2курс лекции. Мелиорация земель
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
10.5 Проектирование прудов Проектирование пруда начинают с выбора створа будущей плотины. Балка должна иметь достаточный объем и глубину (5-8 м), створ намечают по возможности в сужении балки, берега и основание здесь должны быть сложены устойчивыми и маловодопроницаемыми грунтами, без ключей и пластового выклинивания грунтовых вод. Ложе будущего пруда также должно быть ма- ловодопроницаемым, особенно опасны карстовые явления. Если в ложе будущего пруда залегает торф, его следует выработать во избежание возможного всплывания после затопления или присы- пать минеральным грунтом. Кроме того, из зоны затопления удаляют деревья и кустарник, вырав- нивают поверхность. Для выбранного замыкающего створа выполняют гидрологические расчеты, в результате которых находят, во-первых, объемы весеннего стока различной обеспеченности и, во-вторых, максимальные мгновенные расходы талой воды и дождевого паводка. Водохозяйственными расчетами устанавливают характерные объемы и уровни воды, то есть высоты поверхности воды в пруду над условной горизонтальной плоскостью сравнения. Для этого сначала строят батиграфические кривые пруда – кривые зависимости площади пруда и его объема от глубины или высотных отметок, соответствующих различным уровням наполнения пруда. Гидрологический расчет пруда. Объем стока, поступающего с водосборной площади (к створу плотины) должен обеспечивать суммарное водопотребление. Водосборную площадь определяют планиметром пли обычным геометрическим путем по плану местности в горизонталях, где сооружают пруд (рис. 10.2). Рис. 10.2. План водосборной площади пруда: 1 – водораздел; 2 – ось плотины От оси плотины, намеченной на плане, проводят ли- нию под прямым углом к горизонталям местности. Эта ли- ния представляет собой водораздел, внутри нее и заключа- ется водосборная площадь. При проектировании прудов необходимо знать расчетный годовой сток. Гидрологический расчет прудов, предназначенных для орошения, проводят на сток 75 или 50% обеспеченности, в 45 зависимости от потребности данного хозяйства в воде. Сток заданной Р% обеспеченности опреде- ляется по формуле W Р% вес =W вес К Р% , м 3 , где W вес - норма поверхностного стока, м 3 ; К Р% - ордината кривой обеспеченности, %. Определяется норма поверхностного весеннего стока W вес =1000 h F, м 3 , где: h - норма слоя весеннего поверхностного тока, мм F - площадь водосбора, км 2 В табл. 10.1 приведены данные наблюдений за стоком талых вод по ручью Глубокий Воро- нежской области в створе балки Борщев Лог за 14 лет. Водосборная площадь 66 км 2 Таблица 10.1 - Данные расчета обеспеченности стока Гидрологи- ческий ряд Слой стока в убы- вающем порядке, мм Обеспечен- ность Р, % Гидрологи- ческий ряд Слой стока в убы- вающем порядке, мм Обеспечен- ность Р, % 1 140 3,62 8 53 53,4 2 125 10,7 9 51 60,6 3 94 17,8 10 45 68,7 4 85 25,0 11 34 75,0 5 78 32,0 12 30 82,3 6 73 39,3 13 29 89,3 7 68 46,3 14 23 46,7 По данным таблицы 10.1 строим график (рис. 10.3). Сток 50 % обеспеченности среднемноголетний. На рис. 10.3 он составляет 57 мм. Это зна- чит, что на водосборе ручья Глубокий в течение 5 из 10 или 50 из 100 лет сток будет равен этому значению или больше и 50 % лет сток будет меньше. Сток 75 % обеспеченности равен 34 мм, следовательно, 75 % лет (75 из 100 лет) сток будет равен 34 мм или больше, а 25 % лет сток будет меньше 34 мм. При водосборной площади ручья Глубокий 66 км 2 и стоке 75 %-ной обеспеченности 34 мм объем стока W=1000·66·34= 2244 тыс. м 3 Рис. 10.3. Кривые обеспеченности сто- ка ручья Глубокий Водохозяйственный расчет. Проектируемый пруд должен удовлетворять расчетные по- требности хозяйства в воде (орошение, водоснабжение, противопожарные цели и др.). В результате строительства плотины возникает подпор, то есть подъем уровня воды по от- ношению к первоначальному (бытовому), и соответствующие подпорные уровни. 46 В пруду различают следующие характерные уровни и объемы (рис. 10.4). Рис. 10.4. Основные параметры плотины Нормальный подпорный уровень (НПУ) - наивысший уровень воды, до которого может ре- гулярно наполняться пруд и который можно поддерживать длительное время в нормальных усло- виях эксплуатации пруда. При назначении НПУ исходят из целесообразности обеспечения воз- можно большей емкости труда, но, с другой стороны, учитывают недопустимость или нежела- тельность затопления и подтопления (то есть повышения уровня грунтовых вод) жилых или дру- гих помещений, сооружений, сельскохозяйственных угодий, образования широкой зоны мелково- дья глубиной до 1-1.5 м. При НПУ в пруду размещается его полный объем. Форсированный подпорный уровень (ФПУ) - максимальный расчетный уровень воды, кото- рый наблюдается в пруду в течение пропуска паводка. Объем воды, заключенный в пруду между ФПУ и НПУ, представляет призму форсировки, или сливную. Высота этой призмы для прудов обычно составляет 0,8-1,5 м. Уровень мертвого объема (УМО) - предназначен для сохранения в зимний период прудо- вой флоры и фауны, а также для аккумуляции наносов, приносимых в пруд вместе с водой с водо- сбора: периодически по мере заполнения этого объема наносами (раз в 20-50 лет) воду из пруда спускают и очищают его от наносов.За исключением этих ремонтных периодов, ниже УМО воду не сбрасывают. Глубина мертвого объема может составлять 2-3 м, так чтобы мертвый объем не превышал четверти полного объема. В целях предупреждения заиления полезного объема в пруду оставляют мертвый объем воды, который не используют для хозяйственных нужд. ФПУ НПУ УМО Тело плотины Гребень плотины Основание плотины Сливная призма Полезный объем Мертвый объем Откос низовой Откос верховой Кривая депрессии 47 Полезный объем пруда, в свою очередь, складывается из объема полезной водоотдачи и объема воды, теряемой на испарение и фильтрацию. Полный объем пруда на отметке НПУ при регулировании стока 75% обеспеченности ра- вен W полн =W вес 75% +W мо , м 3 Отметка НПУ и площадь водного зеркала на этой отметке определяются по батиграфиче- ским кривым пруда по плану балки (рис. 10.5). Планиметром измеряют площадь, ограниченную горизонталями, начиная с горизонтали 98. Объемы чаши от горизонтали 97 до расчетной вычисляют последовательным суммирова- нием объемов чаши пруда по отдельным слоям. По батиграфическим кривым пруда и глубине стояния воды в водохранилище можно быстро определить объем воды и площадь водной поверхности. Рис. 10.5. Батиграфические кривые водохра- нилища Топографический план балки: 1 – ось плотины Объем воды на фильтрацию и испарение определяются по формуле W потерь =h потерь F ср , м 3 Объем воды для орошения определяют по зависимости W ор =W нпу -(W мо +W потерь +W вод ), где W вод - забор воды на водоснабжения, м 3 Площадь, которую можно оросить этим количеством воды, может быть установлена сле- дующим образом F ор =W ор /М бр , га, где М бр - средневзвешанная оросительная норма брутто (м 3 /га). 10.6 Типы и конструкции плотин Для задержания вод местного стока чаще строят земляные (из местных грунтов практиче- ски всех видов) плотины. Они пригодны для любых геологических и климатических условий, про- сты по конструкции, надежны и долговечны. Все работы по возведению таких плотин можно пол- ностью механизировать. Земляные плотины, как правило, выполняют глухими, то есть вода через их гребень не пе- реливается. Они могут быть насыпными и намывными. Насыпные плотины возводят послойно от- сыпкой сухих грунтов с последующим уплотнением. Для намывных плотин грунт разрабатывают, транспортируют и укладывают средствами механизации. Для снижения фильтрации через земляные плотины применяют различные противофиль- трационные устройства (экран, ядро, диафрагма). По конструкции поперечного профиля земляные плотины могут быть однородными и неод- нородными (рис. 10.6). 48 Рис. 10.6. Конструкции земляных плотин: а – из однородного грунта с замком; б, в – с глиняным ядром и замком; г – с глиняным экраном; д– из однородного грунта со шпунтом; е– из однородного грунта с дренажной песчано-гравелистой отсыпкой; 1 – гребень плотины; 2 - супесь; 3 – суглинок; 4 – глина; 5 – песчаный грунт; 6 – глиня- ный зуб; 7 – песчано-гравелистая отсыпка; 8 - замок; 9 – водоупорный слой; 10 - песок; 11 - шпун- товой ряд; 12 – ядро Размеры поперечного профиля плотины (рис. 10.7) зависят от ее типа, высоты, характера грунтов основания, условий строительства и эксплуатации. Гребень – самая высокая часть плотины. Ширину его определяют с учетом типа плотины, проезда транспорта и эксплуатационных требований. Если проезд по гребню не предусматривает- ся, его ширина должна быть не менее 3 м; если по гребню будет проходить автомобильная дорога шириной 10-12 м. Рис. 10.7. Элементы поперечного профиля земляной плотины: 1, 4 – верховой и низовой откосы; 2 – крепление откоса; 3 – гребень плотины; 5 – тело пло- тины; 6 – дренажная призма; 7–основание плотины; b–ширина плотины по гребню; В – ширина плотины понизу; Н – высота плотины; m 1 , m 2 – коэффициенты заложения верхового и низового откосов 49 Высоту плотины выбирают с таким расчетом, чтобы через гребень не переливалась вода. Поэтому превышение гребня плотины над ФПУ определяют с учетом высоты наката волны на от- кос и ветрового нагона. Это превышение обычно составляет I-1,5 м. В процессе эксплуатации возможна осадка плотины в результате уплотнения грунтов в ее теле и основании. Поэтому строительную высоту плотины принимают больше проектной на зна- чение предполагаемой усадки (обычно на 5-10 %). Откосы плотины должны обеспечивать устойчивость сооружения и его основания при всех возможных условиях строительства и эксплуатации плотины. Заложение верхового откоса назна- чают для суглинков 1:2,5-1:3, супесей 1:3-1:3,5, песков 1:3,5-1,4; низового – соответственно 1:1,5- 1:2, 1:2-1:2,5 и 1:2,5-1,3. В целях предохранения верхового откоса от разрушения применяют различные виды его крепления – каменную наброску, бетонные монолитные и железобетонные плиты, асфальтобетон- ные покрытия, биологическое крепление (высаживают древесные и кустарниковые породы). Наиболее дешевое и надежное крепление – биологическое. Древесные насаждения (обычно ива кустарниковая и древовидная) высаживают на откосе весной, после пропуска весеннего паводка, по урезу воды (НПУ). Хорошо развитые кустарники обеспечивают полное гашение волн у поверхности откоса, и даже в ветреную погоду вода у отко- сов плотины находится в спокойном состоянии. Поэтому смыва и разрушения грунта на откосе с биологическим креплением не бывает. Корневая система, пронизывая грунт на глубину около 30 см, придает плотине большую прочность и долговечность. В некоторых случаях целесообразно устройство пологих волноустойчивых верховых отко- сов. В специальном креплении они не нуждаются. Низовые откосы для предохранения от разрушения засевают многолетними травами или обкладывают дерном. Принимают и отводят фильтрационные воды в плотинах дре-нажи из проницаемых мате- риалов (песок, каменная наброска) или труб, защищенных от заиления фильтрующими материа- лами. Для снижения фильтрации под основанием плотины устраивают замок (как правило, из глины) шириной понизу 1-1,5 м с откосами 1:0,5 или 1:1. Его врезают в водоупорный слой на глу- бину 3 м. Если водоупорный слой залегает глубже 3 м, тообычно сверху (на глубину 2-3 м) со- здают замок, а ниже, до водоупорного слоя (в глубь него на 0,5 м) забивают шпунтовую стенку. Фильтрацию через тело плотины уменьшают экраном из мятой глины или полиэтиленовой пленки. Экран укладывают вдоль мокрого откоса на глубине 0,7-0,8 м и покрывают слоем крупно- зернистого песка 0,7-0,8 м. Гребень его должен быть на 0,3-0,8 м выше отметки ФПУ и на 1-1,2 м ниже отметки гребня плотины. Толщину экрана сверху принимают 0,8 м, снизу – до 2 м. 10.7. Отсыпка земляных плотин На местности разбивают и закрепляют ось плотины, относительно оси намечают контуры плотины, замка и гребня. Одновременно отмечают контуры водосбросного сооружения и карье- ров, откуда будут забирать грунт для отсыпки. На всей площади будущего основания плотины вырубают кустарники и деревья, удаляют пни и камни, снимают растительный слой на глубину 0,25-0,35 м и вывозятза пределы низового откоса. Грунт основания рыхлят для лучшего сопряжения с отсыпаемым грунтом. Перед заполнением ложе водохранилища также очищают от камней, древесной раститель- ности. Для предотвращения зарастания берегов и создания устойчивых откосов мелкие места во- дохранилища углубляют. Оптимальная влажность грунта, отсыпаемого в тело плотины: супесчаного 9-14 %, сугли- нистого 12-20 %, глинистого 20-28 % массы абсолютно сухой почвы. Сухой грунт смачивают при отсыпке. Отсыпку плотины начинают с пониженных мест и выполняют по всей площади горизон- тальными слоями не более 0,25 м. Каждый слой разравнивают и уплотняют машинами, подводя- щими грунт, кулачковыми или гладкими катками. Степень уплотнения проверяют плотномером. 50 Тело плотины с берегами балки сопрягают по наклонным плоскостям с короткими уступа- ми. Общий объем земляной плотины определяют по отдельным отрезкам. Для этого вычис- ляют среднюю площадь сечения отрезка Fсp (м 2 ) и умножают на его длину L (м). Объем земляных работ находят и по упрощенной формуле Vзp = 0,25(b+B) H L, м 3 , где Н – строительная высота плотины, м; L – длина гребня плотины, м; b, B – ширина плотины поверху и в основании, м. 10.8. Водопропускные сооружения прудов и водохранилищ Водопропускные сооружения это водосбросы и водоспуски. Водосбросы предотвращают переполнение водохранилища и разрушение тела плотины в период паводков и ливней. Их рассчитывают на пропуск максимального мгновенного паводкового расхода расчетной обеспеченности (вероятности превышения). Расчетную обеспеченность макси- мальных расходов устанавливают в зависимости от класса сооружений по нормативным докумен- там. Плотины прудов, задерживающих местный сток в большинстве случаев относятся к IV клас- су, и расчетную обеспеченность максимальных расходов воды для них принимают равной 1 %. Водосбросы могут быть автоматическими и управляемыми. При подъеме воды в пруду выше НПУ автоматический водосброс включается в работу. В управляемых водосбросах для под- держивания уровня воды в водохранилище на отметке НПУ головную часть оснащают затворами, которые открывают для пропуска паводковых вод. На прудах, задерживающих местный сток, наиболее распространены автоматические водо- сбросы (рис. 10.8), поскольку они более просты в эксплуатации. Рис. 10.8. Схема автоматического трубчатого водосброса: а–продольный разрез по оси водосброса; б–план; 1–входной огоюпок-2 – железо- бетонные трубы; 3 – диафрагма; 4 – желе- зобетонная плита на сваях; 5 – плотина; 6 – отводящий канал По конструктивным особенностям водосбросы делятся на открытые (откры- тые каналы, быстротоки, перепады) и за- крытые (из железобетонных труб). Водоспуски необходимы для осу- ществления полезных пропусков из пруда или водохранилища в целях орошения, водоснабжения, частичного или полного опорожнения и др. Их устраивают из металлических, железобетонных и асбестоцементных труб. При заборе воды на полезные нужды трубы укладывают на отметке УМО. Для опорожнения пруда или водохрани- лища устанавливают донные водоспуски (трубы укладывают на самых низких отметках дна бал- ки). Часто их используют и для подачи воды на орошение. Наиболее простой водоспуск (рис. 10.9) выполняют в виде напорной трубы в основании плотины, оснащая его задвижкой. К выходному концу трубы могут быть присоединены всасывающие трубопроводы насос- ной станции. Входное отверстие трубы оборудуют сорозадерживающей решеткой. Для уменьше- ния фильтрации по поверхности контакта трубы с грунтом по длине водоспуска устанавливают диафрагмы. На выходной части во избежание размыва грунта устраивают водобойный колодец. 51 Рис. 10.9. Схема донного водоспуска: 1 – напорная труба; 2 – диафрагма; 3 – задвижка; 4 – водобойный колодец; 5 – отводящий канал 10.9. Эксплуатация прудов и водохранилищ Эксплуатацию прудов и водохранилищ подразделяют на техническую эксплуатацию пло- тины и ее сооружений и эксплуатацию водоема. Мероприятия по технической эксплуатации включают: подготовку плотины и водосливных сооружений к пропуску весенних талых и лив- невых вод; проведение режимных наблюдений и регулирование уровней, а следовательно, и объемов воды в водохранилище согласно гидрологическим и хозяйственным прогнозам и потреб- ностям; аварийный, профилактический, текущий и капитальный ремонты плотины и соору- жений. Перед пропуском паводковых вод должны быть проведены следующие работы: выявлен прогноз ожидаемого паводка и возможные сроки его прохождения в данном водном бассейне; подготовлены мешки с землей, хворост, пиломатериалы, колья, пластыри, карье- ры и резервы земли (на случай подсыпки гребня, мокрого и сухого откосов при опасности их раз- рушения, а также насыпки бермы при вспучивании сухого откоса), запас взрывчатки (для ликви- дации заторов льда у входных отверстий водосливных сооружений), рабочий инвентарь; с осени и рано весной, пока водохранилище не заполнено водой, тщательно от- ремонтированы откосы плотин и их покрытия, заделаны швы между железобетонными и бетон- ными плитами, продольные и поперечные трещины в теле плотины, оправлена и восстановлена каменная отмостка, проверены состояние гребня, работа фильтра, щитовых и подъемных устройств водосливных сооружений, исправлены дефекты в понуре, флютбете и рисберме, отре- монтированы водоочистные колодцы гидротехнических сооружений и др. Во избежание разруше- ния сухого откоса ливневыми дождями систематически скашивают травостой, восстанавливают кюветы, сбросные каналы и лотки; организовано круглосуточное дежурство, создана бригада по пропуску паводко- вых вод, выделено необходимое число самосвалов, скреперов, бульдозеров и экскаваторов, уста- новлена бесперебойная телефонная связь с водохозяйственными и другими районными и област- ными организациями. Режимные наблюдения за уровнями и объемами воды в водохранилище позволяют: пода- вать воду на орошение и водоснабжение ферм в соответствии с графиками потребления воды; вы- являть резервы воды для проведения осенних влагозарядковых поливов; изменять регулирующую вместимость водохранилища с учетом гидрологических прогнозов, а при опасности паводка сбра- сывать излишки воды. В период эксплуатации следует выполнять и профилактический ремонт. Он заключается в проведении защитных мероприятий, исключающих появления тех или иных деформаций в со- оружениях. 52 Текущий ремонт осуществляют каждый год по заранее составленному графику. Он вклю- чает замену отдельных частей сооружений в связи с износом материала, а также ликвидацию де- фектов, обнаруженных после сдачи объекта в эксплуатацию. Капитальный ремонт выполняют строительные организации при необходимости устране- ния серьезных и крупных повреждений, реконструкции узла сооружений, вызванной изменением проектных размеров или коренной перестройкой плотины. К хозяйственным эксплуатационным мероприятиям относятся: залужение и восстановление травостоя в защитной полосе вдоль водохранилища; ' очистка нагорных каналов и ремонт водосливных сооружений; уход за древесными и кустарниковыми насаждениями вдоль водохранилища и в вер- ховьях впадающих балок, а также устройство запруд в местах, опасных в противоэрозионном от- ношении; сгребание и сжигание листьев и другого опада древесных насаждений во избежание засорения водохранилища; установление мест скотопрогона и подготовка специальных площадок для водопоя скота. Во избежание загрязнения водохранилища площадки для водопоя скота устраивают ниже плотины, в местах водовыпускных сооружений; предохранение водохранилища, особенно мелких мест, от зарастания и восстановле- ние разрушенных откосов. Для борьбы с зарастанием используют механические и биологические средства (разведение травоядной рыбы, толстолобика и амура); зарыбление водохранилища ценными породами рыбы (карп, лещ, линь и др.). При разведении рыбы пускают по 400-500 годовиков (сеголеток) на 1 га поверхности воды; разведение водоплавающей птицы. При разведении гусей вдоль водохранилища оставляют залуженные места; оборудование помоста и подъездных путей для забора воды или места для насосной установки с подводящим трубопроводом в случае использования водохранилища для тушения пожара. |