Проектирование сельскохозяйственных прудов комплексного назначения

1.5 Проектирование плотины

При строительстве прудов на балках чаще всего проектируют земляные плотины. К проектированию земляной плотины предъявляют следующие требования:

      У плотины мокрый откос должен быть закреплен бетонными плитами, а сухой – посевом трав;

      Гребень плотины (верхняя ее часть) должен иметь выпуклую форму  с уклоном 2-3˚;

      Грунт для насыпки плотины должен иметь слабую водопроницаемость.

В проекте рассчитывают высоту плотины и дренажную призму, подбирают коэффициенты заложения откосов и ширину плотины по верху.

Конструкцию и параметры плотины принимают из условий минимальной фильтрации воды через ее тело, а откосы из условия их устойчивости. Этим требованиям отвечает форма поперечного сечения в виде трапеции. Мокрый (верховой) откос принимают более пологим, чем сухой (низовой).

Определение размеров плотины

Запас hзап высоты плотины над НПУ рассчитывают по зависимости:

hзап =h1+h2+h3+h4+h5,

где h1 – кратковременное переполнение водоема во время весеннего                                                    половодья, (0,4-1 м);

h2 – капиллярное непромачивание гребня плотины, в среднем суглинке (0,1-0,15 м);

h3 – величина, учитывающая накат и нагон волны ветром, (0,5-1 м);

h4 – усадок грунта под телом плотины (0,1-0,2 м);

h5 – осадок тела плотины за период эксплуатации пруда (0,1-0,5 м).

hзап =1+0,15+1+0,2+0,5=2,85 м.

Отметка гребня плотины:

Нгр = НПУ+hзап.

Нгр = 192,6+2,85=195,45 м.

Высота плотины:

Нпл = 195,45 – 184,75= 10,7м,

где Нд – отметка подошвы плотины, м.

Минимальную ширину плотины по гребню (а) принимают 6 м – из расчета устройства эксплуатационной дороги. Если по гребню плотины предусматривается строительство автомобильной дороги, то его ширину принимают в зависимости от категории дороги. Гребень плотины должен быть выпуклым, уклон его принимается 0,02-0,03, что обеспечивает быстрый сток талых и дождевых вод.

Ширина плотины по низу (в) определяется по формуле:

В=а+(m1+m2)*Нпл,

где m1 – коэффициент верхового откоса;

m2 - коэффициент низового откоса;

Нпл – высота плотины,м.

Для предохранения тела плотины и ее низового откоса от разрушения и для понижения уровня фильтрационных вод в теле плотины устраивают трубчатый дренаж обычно в виде отсыпки из слоев песка, гравия и камня. Слои укладывают один на другой по принципу обратного фильтра. Высоту дренажной призмы принимают hп=(0,15+0,20) Нпл, но не менее 1 м. Ширину призмы по верху определяют по формуле:

впр=(0,25-0,30)*hпр,

где hпр – высота призмы.

В поперечном сечении дренажная призма имеет форму трапеции с заложением откосов со стороны верхнего бъефа – 1,25 и нижнего – не менее 1,5.

После определения основных размеров вычерчиваються поперечный профиль плотины.

Профиль по основной оси плотины отражает высотное расположение всех элементов плотины. Он вычерчивается следующим образом: сначала строят вертикальную шкалу отметок, по горизонтали переносится ось плотины с указанием расстояния между точками нивелирования и выписываются отметки этих точек с рисунка 1. затем в масштабе откладываем по вертикали отметки точек местности. Соединив концы этих линий, получают продольный профиль плотины в виде ломанной линии.

План плотины (рисунок 3) вычерчивают точно под профилем по оси плотины в том же масштабе, как и горизонтальный масштаб продольного профиля плотины. Наносится на план ось плотины, по обе стороны от нее откладывается гребень плотины. В одну сторону (вверх) от гребня откладывается значение мокрого откоса, а в другую (вниз) – сухого откоса. Соединив данные точки, получим план плотины. Поперечные профили плотины представляют собой трапеции, в которых одной из параллельных сторон является гребень плотины, а другой (нижний) – ширина плотины по низу. Высота трапеции равна высоте плотины в данном сечении.

Чертеж плана плотины используют для разбивки плотины на местности и для определения объема тела плотины.

1.6 Подсчет объема земляных работ по насыпке тела плотины

Имея продольный профиль и план плотины, подсчитывают объем насыпи плотины, как сумму объемов призматоидов, получающихся между двумя соседними сечениями.

Объем призматоида равен полусумме оснований помноженной на высоту. Площади оснований представляют собой трапецию с основаниями соответствующими в верху ширине гребня, а внизу – ширине основания. Высота трапеции павна высоте плотины в каждом из сечений. Расчет вводят в таблицу 3.

Таблица 3. Подсчет объема земляных работ по насыпке тела плотины.

1.7 Расчет водосбросного канала и трубчатого водоспуска, максимального расхода воды в весенний паводок

Водосбросные сооружения служат для сбрасывания излишнего стока после наполнения водохранилища до нормального подпертого горизонта. Водосбросы работают в период весеннего паводка и изредка во время сильного ливня или затяжных дождей.

Расчет максимального расхода воды в весенний паводок

Вычисление производится по формуле:

Ql%=F/(F+1)n* δ*Kо *h, м3/с   ,

где F – площадь водосбора, км2;

n – показатель степени редукции (уменьшения) весеннего стока;

δ – коэффициент залесенности;

Kо – районный коэффициент дружности половодья;

h – весенний сток 1% повторяемости (берется по карте), мм.

Ql%=20/(20+1)0,15* 0,86*1,5 *510=2,631 м3/с.

Расчет трубчатого донного водоспуска

Донный водоспуск предназначается для полного или частичного опорожнения пруда при ремонте плотины, для промывки пруда от заиления, для частичного пропуска паводковых вод, для пропуска в нижний бьеф санитарных расходов.

Пропускная способность трубчатого водосброса определяется по формуле:

Q=ω*μ* , м3/с

где Q – расход воды, м3/с;

μ – коэффициент расхода;

ω – площадь поперечного сечения водосброса, м2;

g – ускорение свободного падения (g=9,8 м/с2);

Z – разность отметок уровней верхнего и нижнего бьефа, м.

Коэффициент расхода определяется формулой:

μ=

где λ – коэффициент трения, шероховатости для стальных труб равный 0,02;

                                                   ω=

d– длина трубчатого водосброса, м;

ω= 3,14*1/4=0,785

Z=Нфпг-1/2*d=5,85-0,5=5,35 м

Q=0,785*0,7* =5,65 м3/с

2 Режим орошения

Оптимальный режим влагообеспеченности растений на орошаемых землях создается и регулируется искусственной системой поливов, производимых периодически в установленные заранее сроки и определенными поливными нормами. Суммарное количество воды, подаваемое в почву за все поливы на один гектар, составляет оросительную норму. Для разработки режима орошения необходимо устанавливать нормы поливов, число и сроки их проведения.

Правильное определение числа, сроков и норм поливов имеет большое значение для экономного использования оросительной воды, недопущения заболачивания, засоления, эрозии почвы, повышения плодородия орошаемых земель. Получение высоких и устойчивых урожаев на орошаемых землях прежде всего зависит от правильного проектирования режима орошения и строгого его соблюдения.

Режим орошения устанавливается исходя из потребностей растений в воде в течение вегетации и изменяющихся запасов влаги в расчетном слое почвы к началу вегетационного периода.

Расчет режимов орошения ведется в следующей последовательности:

1.            установление величины оросительной нормы (дефицита водного баланса при оптимальных условиях выращивания сельскохозяйственных культур);

2.            определение поливных норм;

3.            установление сроков проведения поливов, их количества и продолжительности;

4.            построение неукомплектованного графика поливов севооборотного участка и укомплектование его;

5.            расчет техники полива.

2.1 Водно-физические свойства чернозема выщелоченного

Проектируемый участок находится  в Хайбуллинском районе, который входит в зону Зауралья и преобладающими почвами здесь являются черноземы выщелоченные.

На рассматриваемой территории черноземы выщелоченные распространены преимущественно в северной части и в полосе предгорий, располагаясь на более выровненных элементах рельефа, сформированы большей частью на элювио-делювиальных отложениях.

По механическому составу они относятся к пылевото-иловатым тяжелым суглинкам с довольно постоянным количеством по профилю пылеватых фракций. Отмечается довольно высокое содержание песчаной фракции (в пахотном слое 21-27%), в подпахотных горизонтах количество тонкой пыли такое же, как и илистой фракции. Количество последней в почвенном профиле сохраняется относительно стабильным. Высокое содержание этой фракции и в почвообразующих породах обусловливает их значительную емкость поглощения. Среднесуглинистые почвы встречаются реже.

Хорошо выражена микроструктура. В пахотном слое количество микроагрегатов среднесуглинистых разновидностей размером более 0,01 мм составляет 25%, в тяжелосуглинистых – 48-50%. Коэффициент дисперсности в пахотном слое равен 0,4-4,7%. В отдельных горизонтах увеличиваясь до 11-13% в тяжелосуглинистых и до 28% в среднесуглинистых черноземах.

Фактор структурности в почвах тяжелосуглинистого гранулометрического состава равен в пахотном слое 130-147, среднесуглинистого – 99.

Плотность твердой фазы в пределах пахотного слоя колеблется в пределах 2,48-2,64 г/см3, сложения в зависимости от приемов, времени обработки и определения 1,04-1,21 г/см3, пористость от 52 до 59%. Вниз по профилю показатели плотности возрастают и в горизонте С составляют: твердой фазы в пределах 2,61-2,81 г/см3, сложения – 1,65-1,78 г/см3. Пористость уменьшается до 37-43%. Водопроницаемость удовлетворительная и составляет 2,47-4,27 мм/мин за первый час заливки и 1,98-2,13 мм/мин в среднем за 6 часов. При этом пропиталось соответственно 148-256 и 713-767 мм воды.

Черноземы выщелоченные в целом обладают удовлетворительной влагоемкостью: капиллярная в слое 0-20 см колеблется в пределах 37-49%, полная – 42-58%. Вниз по профилю величина влагоемкости значительно снижается и в материнской породе составляет 18-26%.

Максимальная гигроскопичность в пахотном слое среднесуглинистых разновидностей черноземов выщелоченных колеблется в пределах 8,4-8,7%, в тяжелосуглинистых – 8,6-10,5%, влажность завядания растений составляет соответственно 11,3-11,7 и 11,2-14,1%. Эти почвы могут содержать в метровом слое от 287 мм до 347 мм общей влаги.

2.2 Климатические условия

Рассматриваемая территория входит в Зауральскую степную зону. Климат зоны континентальный неустойчивый, для которого характерно жаркое лето и умеренно холодная зима. По климатическим условиям территория хозяйства относится к зоне умеренно-теплого засушливого агроклиматическому району.

Отрицательная температура устанавливается в последней декаде октября и держится примерно до первой декады апреля. Самым холодным месяцем в году является январь, самым теплым июль.

Зимние минимумы доходят до -50°С, летние максимумы до +39°С.

Обычно весенние заморозки прекращаются во второй  декаде мая, но в отдельные годы смогут продолжаться до первой декады июля.

Первые осенние заморозки наступают во второй декаде августа.

Безморозный период в среднем составляет 100 - 120 дней.

Сумма активных температур за вегетационный период составляет 2100 – 2200 град. Этого количества тепла достаточно для созревания полевых культур данной зоны.

Длина малого вегетационного периода при температуре свыше 10°С составляет 119 – 127 дней. Большой вегетационный период свыше 5°С составляет 158 - 167 дней.

Общий характер распределения осадков благоприятен для сельскохозяйственных культур.

Наибольшее количество осадков выпадает в мае, июне, июле. Но в отдельные годы распределение осадков подвергается большим колебаниям.

Среднее многолетнее годовое количество осадков колеблется от 264 мм до 400 мм, из них за вегетационный период выпадает 150 – 200 мм. Гидротермический коэффициент равен – 0,8.

Осенние и зимние осадки также играют существенную роль в пополнении влаги в почве.

Снежный покров недостаточно устойчив, он сравнительно медленно накапливается с ноября и достигает наибольшей мощности во второй декаде февраля. В зависимости от  характера рельефа и наличия естественной защиты распределение снежного покрова происходит крайне неравномерно. Наиболее всхолмленные участки почти оголены от снега.

Поэтому для лучшего использования почвой зимних осадков необходимо проводить снегозадержание.

Господствующими ветрами для хозяйства являются как в летний период, так и в зимний, ветры  юго-западного и южного, западного и северного направлений.

Таблица 4. Дефицит влажности воздуха, Мб.