Проектирование пруда и оросительной системы в Новохопёрском районе Воронежской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РФ

Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д.Глинки

Кафедра мелиорации

Курсовой проект

на тему:

“ Проектирование пруда и оросительной системы в Новохопёрском районе Воронежской области ”

Выполнил: студент З-II-3а

Чопоров А.А.

Проверил: преподаватель Семёнов О.П.

Воронеж 2007 г.

Паспорт проекта

№	Технические показатели		Единицы	Количество
п.п.						измерения
1.	Местоположение участка строительства:
	Область						Воронежская
	Район						Новохопёрский
	Хозяйство					Колхоз “Дружба”
	Широта:
	Долгота:
2.	Гидрологические данные:
	Площадь водосбора				45
	Слой стока					50
	Коэффициент вариации				0,320
	Средний объём стока				2250000
	Объем стока (75% обеспеченности)		720000
3.	Водохозяйственный расчёт:
	Отметка УМО					95
							15000
							10000
	Отметка НПУ					101,5
							250000
							730000
	Отметка МПУ					102,5
							320000
							1020000
	Объем сливной призмы				290000
	Длина водохранилища при МПУ			1,81
4.	Плотина:
	Отметка гребня плотины				103,08
	Ширина гребня плотины				8,00
	Класс дороги по гребню				V
	Высота плотины проектная				9,6
	Высота плотины строительная				10,6
	Грунты						супесь
	Заложение откосов
							2
							2
	Максимальная ширина основания плотины		46,4
	Превышение гребня плотины над МПУ		0,58
	Максимальная глубина у плотины при НПУ		8,0
	Коэффициент заложения кривой депрессии			-
	Максимальная длина плотины		157
	Глубина замка					3
	Ширина замка понизу		3
	Ширина замка поверху						9
	Заложение откосов замка						1
5.	Объём земляных работ по плотинному узлу:
	По подготовке основания (срезка)					1210
	Устройство замка					2826
	Объём тела плотины				16398
6.	Режим орошения:
	Севооборот:
	1 поле				Люцерна 1-го года
	2 поле		Люцерна 2-го года
	3 поле				Корнеплоды
	4 поле					Капуста поздняя
	5 поле						Томаты
	6 поле						Яровая пшеница+травы
	Оросительные нормы:
	1 поле						2000
	2 поле						2000
	3 поле					1600
	4 поле						1900
	5 поле						1800
	6 поле				1100
	Средняя величина оросительного гидромодуля			0,223
	Расчётный расход воды						21,1
	Марка дождевальной машины				ДМУ-А 199-28
	Количество дождевальных машин				1+1=2
	Расчётная ордината гидромодуля				0,490
7.	Насосная станция:
	Расчётный расход				0,0577
	Напорный трубопровод:
	Длина					2350
	Диаметр						363
	Материал						Металл
	Полный напор		57
	Геодезическая высота подъёма		6
	Потери напора		29,6
	Высота всасывания			5,5
	Марка насоса				12-Д-6
	Мощность двигателя					69,8 95,0
	Марка двигателя						ЧА 250 М
	Тип и марка насосной станции						СНП-75/100 БКФ-2

Исходные данные

1. Вариант 10

2. План балки в масштабе 1: 10000

3. Таблица для построения топографических характеристик балки

4. Географические координаты местности

Ш = 51°10'

Д = 41°40'

ВВЕДЕНИЕ

Земля - важнейшая часть окружающей природной среды, характеризующаяся пространством, рельефом, климатом, почвенным покровом, растительностью, недрами, водами. Значительная часть земли отведена под сельскохозяйственные угодья. Для интенсивного использования сельскохозяйственных угодий необходимо создать определенные внешние условия, в первую очередь почвенные, а также в известной мере и климатические. Природные качества почвы можно улучшить путем введения соответствующей системы земледелия, включая ежегодно повторяемые агротехнические приемы возделывания культур. Однако часто одних агротехнических приемов недостаточно. Возникает необходимость в улучшении природных условий с помощью мелиоративных мероприятий, отличающихся от агротехнических своей направленностью и продолжительностью действия.

Таким образом, речь идет о работах продолжительного действия. Это значит, что мелиоративные мероприятия имеют длительный эффект, они прочно и коренным образом улучшают природные условия, произрастания культурных растений, сохраняют свое действие в течении нескольких лет. Это их основное отличие от агротехнических мероприятий. Действительно построенная мелиоративная система позволяет регулировать влажность

корнеобитаемого слоя почвы в требуемых пределах в течении многих лет, до тех пор пока сооружения системы поддерживаются в работоспособном состоянии.

Мелиорация наряду с комплексной механизацией и химизацией служит одним из основных средств интенсификации сельскохозяйственного производства. Ей принадлежит особое место как наиболее мощному и долговременному фактору повышения экономического плодородия земель. Валовая сельскохозяйственная продукция, получаемая с мелиорируемых земель, неуклонно растет благодаря увеличению посевных площадей, совершенствованию их структуры, повышению урожайности.

Проведение внутрихозяйственного и межхозяйственного землеустройства требует от специалистов знания основных понятий и приемов мелиорации. Нельзя верно решить вопросы производительного использования земли без учета возможности и способа осуществления мелиоративных мероприятий, их экономической эффективности.

При составлении проекта внутрихозяйственного землеустройства необходимо увязать площадь и конфигурации мелиорируемых угодий с техническими характеристиками применяемой поливной техники, расположением элементов осушительной и оросительной системы. Инженер-землеустроитель должен глубоко изучить методы мелиорации не только для правильного ведения землеустройства, но и для того, чтобы уметь планировать мелиоративные мероприятия в проекте землеустройства, давать задания специализированным организациям на проектирование мелиоративных систем, контролировать ход строительства и принимать построенные и реконструированные системы и, наконец, организовывать эффективное использование земельных и водных ресурсов хозяйства.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРУДОВ НА МЕСТНОМ СТОКЕ

1.1 Основные показатели проекта пруда

Пруд: его назначение - для орошения участка гарантированного урожая площадью 150-200 га, рыборазведения, нагула водоплавающей птицы; площадь зеркала пруда при уровне мертвого объёма (УМО) и нормальном подпорном уровне (НПУ); объём при НПУ; полезный объём; максимальная глубина, отметка УМО, НПУ, ФПУ (форсированного подпорного уровня); площадь водосбора; площадь мелководья при отметке НПУ (с глубиной меньше 1 м); возможный полезный объём воды.

Земляная плотина: тип (однородная, ядровая), проезжая, ширина гребня; коэффициент заложения откосов: мокрого, сухого.

Водосброс: тип, максимальный зарегулированный сбросной расход; диаметр трубы; ширина водослива; напор на пороге водослива, отметка порога водослива; число ниток.

Донный водоспуск: тип, диаметр трубопровода, число ниток.

Мелиорация ложа пруда: раскорчёвка мелколесья и кустарника

по ложу, га; нарезка осушительной сети, м.

Объёмы основных работ: объём тела плотины; площадь крепления откосов гребня плотины; другие работы.

Стоимость строительства, всего, в том числе земляной плотины, водосброса, водовыпуска, подготовка ложа пруда, крепление откосов; посадки лесополос вокруг пруда.

2. Необходимые изыскания

Если, исходя из хозяйственных соображений, создание искусственного водоёма признано необходимым, то прежде чем приступить к проектированию и строительству, необходимо провести соответствующие комплексные изыскания, чтобы выбрать место для будущего пруда (пруд ёмкостью более 1-2 млн. м3 обычно называют водохранилищем).

2.1 Хозяйственно-экономические изыскания

Задача этих изысканий сводится к установлению экономической целесообразности строительства, а также к выяснению количества водопотре-бителей и выявлению наличия местных строительных материалов (глин, суглинков, камня и т.д.) и рабочей силы.

Водоём должен быть расположен возможно ближе к водопотребителям. Площади затопления и подтопления должны быть минимальными.

2.2 Топографические работы

Для проектирования пруда необходимо иметь план участка в масштабе не менее 1: 5000 с горизонталями через 1,0 м, а также карту водосборной площади в масштабе 1: 25000 или 1: 50000.

2.3 Гидргеологические изыскания

Проводятся с целью получения данных о мощности и составе пород, слагающих ложе и склоны балки, намеченной под строительство водохранилища, а также о степени водопроницаемости этих пород.

Разведка производится путём закладки шурфов и бурения скважин по ряду поперечных створов.

Место для водоёма может считаться пригодным, если ложе и склоны балки сложены водоупорными породами (глинами, тяжёлыми суглинками) с коэффициентом фильтрации Кф < 0,01 м/сут. Мощность залегания этих пород должна быть достаточной, т.е. не менее 3-4 метров. В том случае, если

Кф > 0,01 м/сут., необходимо проведение специальных антифильтрационных мероприятий (экранирование, кольматация, солонцевание, уплотнение, укладка полиэтиленовой плёнки и т.д.). Однако следует иметь в виду, что срок службы большинства антифильтрационных покрытий не превышает 5-10 лет, а производство этих работ является довольно сложным и дорогим.

2.4 Гидрологические изыскания

Эти изыскания проводятся с целью установления гидрологического режима водотока. Особенности гидрологического режима влияют не только на выбор типа регулирования стока, но и на способы производства строительных работ, конструкцию и размеры частей сооружений, технологию пропуска строительных и паводковых расходов воды.



Рисунок 1 Топографический план балки.

При гидрологических изысканиях устанавливаются отметки уровней высоких вод, ведутся промерные работы, изучаются режим водотока, определяются зоны затопления в период половодья. Измеряются расходы воды во время весеннего половодья, насосов и т.д. Устанавливаются объёмы стока с водосборной площади.

2.5 Санитарное обследование

Вблизи пруда, во избежание его загрязнения, не должны располагаться скотомогильниками, свалки, навозохранилища и т.д. Вода, поступающая в пруд, не должна также загрязняться отходами промышленных предприятий.

3. Гидрологический расчёт пруда

3.1 Выбор места под плотину

Выбор места под плотину определяется хозяйственно-экономическими соображениями, величиной водосборной площади и стоком с неё, топографией местности и геологическими условиями. Створ плотины выбирается с учётом следующих соображений:

1. Его желательно располагать в наиболее узком месте балки, где объём земляных работ при строительстве плотины будет наименьшим. Берга балки на этом участке должны быть не особенно крутыми и неразмытыми.

2. Грунт в основание плотины должен быть достаточно прочным и слабо водопроницаемым.

3. Пруд при максимальной ёмкости должен быть с наименьшим зеркалом воды.

4. При наличие родников плотину располагают несколько ниже их выхода.

5. Полольный уклон балки выше плотины не должен превышать 0,005 (0° 20).

6. Действующие участки оврагов должны быть закреплены.

7. Ось плотины должна быть перпендикулярна к берегам.

8. Водосборная площадь должна быть такой величины, чтобы сток с неё обеспечивал бы расчётный объём воды в водохранилище.

9. В целях предохранения пруда от быстрого заиления насосами не желателен водосбор с большими уклонами.

10. Устройство, водосбросного сооружения должно быть простым и дешёвым.

3.2 Гидрологический расчёт

Объем стока, поступающего с водосборной площади, должен обеспечивать наполнение пруда до расчетных отметок.

Возможный излишек стока пропускается через водосборное сооружение (подводящий канал, быстроток, перепад, консольный сброс и т. д.)

Орошение из прудов на базе местного стока распространено в степных и лесостепных районах России. Наибольшая часть стока здесь проходит весной. Для орошения небольших участков обычно проектируют водохранилища сезонного регулирования.

Рекомендуемая расчетная вероятность превышения стока воды при орошении сельскохозяйственных культур обычно составляет 75 - 80%. Это значит, что 75 - 80 лет из 100 сток талых вод будет равен расчетному значению или больше его. В отдельных случаях при хорошей гидрологической изученности территории рекомендуется расчетную вероятность превышения стока воды понижать до 50%.

Сток заданной 75% вероятности превышения определяется по формуле:

где - норма весеннего поверхностного стока, ;

- ордината кривой вероятности превышения, соответствующая Р=75%.

В свою очередь норма весеннего поверхностного стока находится по формуле:

где 1000 - коэффициент размерности для выражения объема стока, м3;

- норма весеннего поверхностного стока, мм водного слоя;

F - площадь водосбора, км2.

Слой весеннего поверхностного стока (мм) находится по карте в зависимости от координат места проектирования.

Ордината кривой вероятности превышения находится по таблице в зависимости от величины коэффициента изменчивости (Cv) и принятой вероятности превышения.

Коэффициент изменчивости Cv находится по карте в зависимости от координат места проектирования.

У нас географическое положение места строительства пруда задано координатами: Ш=52°36', Д=39°37'. Площадь водосбора F=43 км2. Требуется определить объем весеннего стока 75% вероятности превышения.

Находим средний многолетний объем весеннего стока:

Определяем объем стока 75% вероятности превышения:

Здесь значение =0,320 найдено по таблице для Cv=0,95 и задан-

ной 75% вероятности превышения.

3.3 Построение батиграфических кривых пруда

W=f(H), F=f(H).

Построение производится на основе топографического плана балки. Соответствующий расчет сводится в таблицу 1.

Кривые зависимости объема воды пруда и площади его зеркала от

глубины наполнения (так называемые батиграфические кривые пруда) вычерчивают по данным таблиц из методических указаний.

3.4 Водохозяйственный расчет

При проектирование прудов и водохранилищ в основном различают три характерных уровня воды: уровень мёртвого объёма, нормальный подпорный уровень и форсированный подпорный уровень.

Уровень мертвого объёма - УМО - это наинизший уровень воды, до которого допускается опорожнение пруда.

Нормальный подпорный уровень - НПУ - это уровень воды при полном нормальном заполнение пруда.

Форсированный подпорный уровень - ФПУ - это уровень, который наблюдается во время пропуска расчётного половодья или паводка через пруд.

Для отложения насосов, а также по санитарным соображениям, чтобы избежать прогревания и зарастания в летний период, и в целях предохранения от промерзания в зимнее время глубина мёртвого объёма воды принимается не менее чем 2,0 - 3,0м большая по сравнению с отметкой дна пруда уплотин.

Мёртвый объём воды в пруду и соответствующая ему площадь водного зеркала определяется по кривым W=f(H) и F=f(H) в зависимости от отметки УМО.

Полный расчётный объём пруда слагается из мёртвого объёма и потерь воды на испарение и фильтрацию.

Полный расчётный объем пруда при регулирование стока 75% вероятности превышения равен:

где - мертвый объем пруда, м3.

Объем проектируемого пруда должен быть равен или менее водовмеещающей емкости балки, образующей чашу пруда. Полному объему пруда соответствует отметка НПУ и определенная площадь водного зеркала , которые находятся по кривым.

W=f(H) и F=f(H)

Если же >, то полностью зарегулировать сток 75% вероятности превышения невозможно и часть его пойдет на сброс. В этом случае отметку НПУ следует принять на 2 метра ниже возможной максимальной отметки заполнения чаши пруда. По установленной таким образом отметке НПУ находятся соответствующий объем воды и площадь водного зеркала пруда.

Потери воды на фильтрацию и испарение определяются по формуле:

где - слой потерь в метрах за год;

Fcp - средняя площадь водного зеркала пруда, .

При предварительных расчетах величину среднего годового слоя потерь на фильтрацию и испарение для зоны Центрально-Черноземных областей можно принять равной от 0,8 до 2,0 м.

Средняя же площадь водного зеркала пруда определяется по формуле:

Полезный объем воды складывается из расхода ее на водоснабжение и орошение.

Расход на водоснабжение ориентировочно можно принять равным 10% от объема стока 75% вероятности превышения, т. е.

Количество воды, которое возможно использовать для целей орошения, определяется по формуле:

где - объем воды, соответствующий заполнению пруда до отметки НПУ, м3.

Коэффициент вариации определяется по формуле:

пруд плотина орошение севооборот

3.5 Определение отметки максимального подпорного уровня

Отметка максимального подпорного уровня может быть определена путем суммирования отметки НПУ и высоты так называемой сливной приз-

мы, т. е. расчетного слоя воды, допускаемого выше нормального подпорного уровня.

где hсп - высота сливной призмы, которую экономически целесообразно принимать в пределах от 0,5 до 1,5 м.

Повышение отметки МПУ над НПУ приводит к возрастанию стоимости плотины. Однако при этом снижается стоимость водосборного сооружения, что происходит вследствие уменьшения сбросного расхода. Уменьшение последнего объясняется регулирующим влиянием сливной призмы, временно задерживающей часть объема паводка.

В качестве водосбросных сооружений обычно находят применение быстротоки, перепады: консольные и шахтные сбросы и др. Расчет этих сооружений в нашем проекте не предусматривается.

Проведем расчет для настоящего проекта. По санитарным соображениям принимаем глубину мертвого объема =1,5м. Вычисляем отметку уровня мертвого объема:

93,5+1,5=95,5(м)

Откладываем на оси ординат батиграфической характеристики пруда и проводим горизонтальную линию до пересечения с кривыми W=f(H) и F=f(H). Из точек пересечения опускаем перпендикуляры на соответствующие шкалы, по которым определяется и

Вычисляем полный объем пруда (или объем пруда при НПУ)

Откладываем это значение на шкале объемов, проводим перпендикуляры до пересечения с кривой W=f(H), проектируем точку пересечения на ось ординат и определяем отметку, соответствующую .

НПУ=101,5 (м)

Проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой F=f(H) и опускаем перпендикуляр на шкалу площадей, по которой определяем значение площади зеркала воды, соответствующие НПУ.

Принимаем слой потерь потер=1,2 (м)

Fcp=

Принимаем объем воды на водоснабжение равным 10% от объема весеннего стока 75% обеспечения.

Вычисляем количество воды которое можно израсходовать на орошение:

В проекте принимаем высоту сливной призмы равной 1 м, тогда МПУ=101,5+1,0=102,5(м)

Вычисляем объем сливной призмы:

Определяем коэффициент трансформации:

4. Расчет и проектирование плотины

Земляная плотина, перегораживающая русло временного водотока, является основным сооружением, с помощью которого устраивается пруд. При правильном выборе типа плотины, высоком качестве производства работ по ее устройству и соответствующей эксплуатации срок службы земляной плотины практически не ограничен.

При составлении проекта надо решить следующие вопросы:

1. Выбрать тип плотины;

2. Определить отметку гребня и высоту плотины;

3. Принять размеры и тип крепления гребня;

4. Принять величину заложения откосов и решить вопрос о тине их укрепления;

5. Проверить запроектированные размеры поперечного сечения плотины с точки зрения допустимой фильтрации воды через нее;

6. Построить поперечный и продольный профили плотины, а также ее план;

7. Определить объемы работ.

4.1 Выбор типа плотины

Тип плотины в основном определяется соответствующими геологическими и гидрогеологическими условиями места строительства, а также наличием тех или иных местных строительных материалов. При выборе типа плотины желательно пользоваться материалами типового проектирования.

В сельскохозяйственной практике наибольшее распространение получили плотины из однородных грунтов (средние или легкие суглинки) с замком или без замка.

Весьма часто для насыпки тела плотины используют грунт, изымаемый при устройстве водосбросного канала.

Применение для насыпки плотины глин и тяжелых суглинков нежелательно, так как они при замерзании увеличиваются в объеме, а при последующем оттаивании и высыхании образуют трещины. Подобные грунты в случае их применения следует прикрывать сверху защитным слоем из песчаных или легких суглинков толщиной 1,5 м.

Замок устраивают при залегании водоупорного слоя на глубине 2 -3 м для лучшего сопряжения тела плотины с основанием. Заглубление замка

в водоупорный слой не менее 0,5 м. Размещается он вдоль по оси плотины всей ее длине.

4.2 Определение отметки гребня и высоты плотины

Отметка гребня плотины определяется по формуле:

(м)

где d - величина, учитывающая высоту набегающей волны, ее накат

по откосу и некоторый конструктивный запас, м;

Высота плотины Нпл устанавливается как разность между отметкой гребня и наинизшей отметкой основания плотины

Строительная высота плотины с учетом ее последующей осадки принимается на 5 - 10 % более проектной, т. е.

4.3 Проектирование гребня плотины

Ширина гребня зависит от высоты плотины или от категории дороги, проходящей по гребню.

Крепление непроезжего гребня производится путем покрытия его дерном.

При устройстве дороги по гребню плотины его ширина определяется категорией проектируемой дороги и у нас категория дороги V и ширина по гребню 8,0 м, ширина проезжей части 4,5 м, ширина обочины 1,75 м.

4.4 Заложение откосов и их крепление

Откос, обращенный к воде, обычно называется верховым или мокрым , а противоположный ему - низовым или сухим .

Крутизна откосов характеризуется так называемым коэффициентом заложения откоса, который показывает, во сколько раз горизонтальная проекция откоса (заложение) больше его высоты (вертикальной проекции).

Установив заложение откосов, можно определить ширину плотины в основании, воспользовавшись следующей формулой:



где В - ширина плотины в основании, м;

b - ширина плотины по гребню, м;

- коэффициенты заложения откоса;

Нпл - проектная высота плотины, м.

Крепление верхового откоса плотины, как правило является обязательным. Крепление начинается на расстоянии 1,0 м от гребня плотины и заканчивается на 1,0 м ниже уровня мертвого объема (УМО).

Материал крепления должен быть по возможности дешевым, простым в использовании, и хорошо сопротивляющимся размыву. Желательно максимальное использование местных материалов. Наиболее часто употребляемые материалы: гравий, камень, бетон и железобетон. Необходима посадка быстрорастущего кустарника (например, ивы).

Низовой откос при высоте плотины более 6,0 м по всей поверхности обычно крепится дерном или засевается травами.

4.5 Проверка правильности проектирования поперечного сечения плотины

Поперечное сечение плотины может быть проведено или подобрано путем построения фильтрационной кривой (кривой депрессии).

Кривая депрессии представляет собой верхнюю границу фильтрационного тока воды, проходящего через тело плотины.

Необходимо, что бы фильтрационная кривая, проводимая от точки пересечения НПУ с мокрым откосом, не выходила бы на сухой откос, переcекала бы основание плотины на расстоянии не менее 4,0 м от подошвы низового откоса (рис.2а).

Если при построении фильтрационной кривой указанное расстояние получается менее 4,0 м, то надо или увеличить заложение низового откоса, или предусмотреть берму на этом откосе, или устроить дренажную призму (рис.2б,в,г).

Дренажная призма устраивается вдоль низового откоса и выполняется из постепенно укрупняющегося со стороны плотины и ее основания материала - песка, гравия, мелкого камня.

В последние годы в практике сельскохозяйственного гидротехнического строительства вместо дренажной призмы находит применение банкет (насыпь) из растительного грунта (рис.2д).

В нашем проекте определяем длину разгона волны по плану балки

Подбираем величину d

d=0,58 (м)

Вычисляем отметку гребня плотины:

Вычисляем высоту плотины:

Принимаем строительную высоту плотины на 10% больше

проектной, т. е.:

В проекте предусматриваем проезд по гребню плотины путем устройства дороги V категории. Принимаем коэффициент заложения мокрого откоса , и коэффициент заложения сухого откоса (рис. 2 а,б)

Определяем ширину основания плотины:

Находим глубину воды у плотины при НПУ:



Рисунок 2 а) Кривая депрессии, б) Увеличение заложения сухого откоса.

в) Устройство бермы .г) Устройство дренажной тризмы. д) Банкет (насыпь) из растительного грунта.

В проекте предусматриваем устройство замка (для лучшего сопряжения плотины с основанием) с параметрами:

- ширина замка по низу bзамка=3 м;

- ширина замка по верху bзамка=9 м;

- глубина замка hзамка=3 м;

- коэффициент заложения замка тзамка=1.

4.6 Построение продольного профиля и плана плотины

Продольный профиль плотины строится в масштабе: вертикальном - 1:500; горизонтальном - 1:200. При построении используется план балки в месте устройства плотины. Построение чертежа начинается с вычерчивания вертикальной шкалы отметок, охватывающих диапазон от 1 - 2 метров ниже дна замковой траншеи в ее наинизшей точке и до 1 - 2 метров выше гребня плотины.

Нумеруются все точки пересечения оси плотины с горизонталями, начиная с ближайшей от отметки гребня плотины. От начала плотины по ее оси измеряются расстояния до первой горизонтали и далее между последующими горизонталями. Затем эти расстояния в соответствующем масштабе откладывают на чертеже в горизонтальном направлении.

Построив точки, соответствующие по горизонтали отметкам пересечений оси плотины с горизонталями местности, а по горизонтали - расстояниям от начала плотины, соединяют их между собой. Таким образом получается профиль балки по оси плотины в виде ломаной линии. Ниже этого профиля указываются контуры снятого растительного грунта и замковой траншеи.

На профиле указываются гребень плотины, контур строительной насыпки грунта с учетом его последующей осадки и характерные горизонты. Проставляются соответствующие отметки.

Поперечный профиль плотины строится с правой стороны предыдущего чертежа в масштабе 1:100 в горизонтальном и вертикальном направлениях. По форме он представляет собой трапецию, у которой верхняя сторона является гребнем плотины, а нижняя - шириной плотины в основании. Высота трапеции равна высоте плотины в данном сечении.

План плотины вычерчивается под продольным профилем по оси плотины с соблюдением ранее принятого горизонтального масштаба. Вертикальный масштаб принимается 1:200. Сначала проводится осевая линия и на нее проектируются все остальные характерные точки продольного профиля. Затем по обе стороны от оси откладываются размеры гребня. Вверх от гребня откладываются заложения мокрого откоса, а вниз - сухого откоса. Соединяя концевые точки, получают план плотины. Соответствующий расчет сводится в таблицу 2.

4.7 Подсчет объема земляных работ

Имея продольный профиль и план плотины, можно подсчитать объем земляных работ.

К этим работам в основном относят:

1. Снятие растительного грунта на глубину 0,2 - 0,5 м по всей площади насыпи тела плотины;

2. Устройство замка;

3. Насыпка тела плотины с послойным уплотнением грунта. Объем земляных работ по снятию растительного грунта при расчистке площади под основание плотины можно приближенно вычислить по формуле:

где hcp - глубина срезки,м;

L - длина плотины по гребню, м;

В - ширина основания плотины в i-м сечении, м; n - число сечений.

Объем земляных работ по устройству замка можно рассчитать следующим образом:

где - площадь поперечного сечения замка, м2;

- длина замка, м.

Площадь поперечного сечения замка в свою очередь определяется по формуле:

где b - ширина замковой траншеи по дну, м;

m - коэффициент заложения откосов замковой траншеи;

- глубина замковой траншеи, м.

Объем земляных работ по насыпке тела плотины ориентировочно можно подсчитать по формуле:

где Н - наибольшая высота плотины, м;

- длина плотины по гребню, м;

b - ширина гребня плотины, м;

В - наибольшая ширина основания плотины, м.

Строительный объем земляных работ по насыпке тела плотины принимается на 10% больше расчетного:

Считаем объемы земляных работ для нашего проекта

Соответствующий расчет сводится в таблицу 3.

5. РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

5.1 Расчет режима орошения для шестипольного севооборота

Порядок выполнения расчета

1. Определить величину оросительной и поливных норм для каждой культуры принятого севооборота.

2. Установить календарные сроки полива, приурочивая их к фазам вегетации, продолжительность полива по культурам и сроки поливного периода.

3. Определить величину оросительного гидромодуля для всех поливов каждой культуры принятого севооборота, составить ведомость и построить неукомплектованный график.

4. Составить ведомость для укомплектованного графика. Укомплектовать график оросительного гидромодуля для полива дождевальными машинами с одновременным поливом одной, двух или трех культур соответственно одной, двумя или тремя машинами. Построить укомплектованный график оросительного гидромодуля.

1 Определение оросительной нормы

Плановый режим орошения сельскохозяйственных культур разрабатывают на основе расчета. Вначале определяется оросительная норма нетто () - количество, воды, которое необходимо для полива 1 га площади, занятой определенной культурой, за вегетационный период.

Оросительная норма выражается в м на один гектар (м /га) и определяется по формуле:

где Ев --суммарное водопотребление культурой за период вегетации, м3/га;

10--коэффициент перевода осадков из мм в м3 на один га;

-- коэффициент использования осадков почвой, принимаемый для почв, занятых культурами сплошного сева, равным 0,6--0,7, а пропашными -- 0,7--0,8;

Р -- количество осадков, выпавших за вегетационный период культуры, мм;

- запас воды в расчетном (активном) слое почвы к началу вегетации культуры, м3/га;

- то же, в конце вегетационного периода, м3/га;

Мк - количество воды, используемой растениями за счет грунтовых вод, м3/га.

Суммарное водопотребление культурой определяется по формуле:

где К--коэффициент суммарного водопотребления, т. е. затраты воды на единицу урожая, м3/ц;

У -- величина планируемого урожая, ц/га.

Проектная урожайность культур (У) и коэффициент суммарного водопотребления (К) устанавливаются на основании рекомендаций научно-исследовательских учреждений и опыта передовых хозяйств ЦЧЗ.

Атмосферные осадки (Р) определяются в мм по среднемноголетним данным ближайшей метеорологической станции за период вегетации культуры.

Расходование запасов воды из (активного) слоя почвы (-) м3/га определяется как разность между запасами воды в расчетном (активном) слое почвы начале и в конце вегетации культуры.

Запас воды в почве в начале вегетации культуры определяется по формуле:

где Н- глубина расчетного (активного) слоя почвы, м;

d - объемная масса расчетного (активного) слоя почвы, т/м ;

- влажность почвы к началу вегетации культуры в процентах от массы сухой почвы.

Запас воды в почве в конце вегетации культуры определяется по формуле:

где Н и d--имеют те же обозначения, что в формуле;

-- влажность почвы в конце вегетации культуры в процентах от массы сухой почвы.

Влажность расчетного (активного) слоя почвы можно принимать условно для начала вегетации культуры на уровне 70--76% от . Если на поле проводился влагозарядочный или предпосевной полив, то влажность почвы принимается равной .

В конце вегетационного периода культуры влажность расчетного (активного) слоя почвы можно принимать для полевых культур на уровне 55--60% от , а овощных-- 60--65%.

Количество воды, используемой растениями за счет грунтовых вод (Мк), зависит от механического состава почвы, глубины залегания грунтовых вод и их засоленности.

Приведем пример расчета по проекту, взяв за основу люцерну 1-ого года.

Расчет начинаем с определения величины суммарного водопотребления:

Рассчитываем запас воды в почве в начале вегетации люцерны.

Для этого в начале определяем влажность расчетного (активного) слоя почвы к началу вегетации культуры в % от массы сухой почвы для слоя почвы 0--80см равна 34,4%. Влажность этого слоя почвы к началу вегетации принимаем равной 85% от . Следовательно, будет равна

Определяем запас воды в почве в конце вегетации люцерны.

Влажность слоя почвы 0--80 см на конец вегетации люцерны принимаем равной 65% от . Следовательно, будет равна

Подставляя полученные данные, определим величину оросительной нормы

Оросительные нормы нетто принимают кратными 100. Величины оросительных норм нетто, рассчитанные для всех культур принятого севооборота, сводятся в таблицу 4, ведомость расчета оросительных норм.

2 Определение поливных норм

Количество воды (м3/га), подаваемое культуре за один полив на один гектар называется поливной нормой. Сумма поливных норм для одной культуры за вегетационный период составляет оросительную норму нетто .

Поливная норма () Определяется по формуле:

где hp - глубина принятого для увлажнения (активного) слоя почвы в фазу вегетации культуры, м;

d - объемная масса принятого для увлажнения (активного) слоя почвы, т/м ;

- предельная полевая влагоемкость принятого для увлажнения (активного) слоя почвы в процентах от массы сухой почвы;

- влажность активного слоя почвы перед поливом в процентах от массы сухой почвы.

У нас в проекте рассчитаем, например, поливную норму для первого полива люцерны 1- ого года

Влажность почвы под культурой в период вегетации необходимо поддерживать на определенном уровне.

При поливах дождеванием расчетный (активный) слой почвы должен

увлажняться не выше (верхний предел оптимального увлажнения почвы).

Нижний предел оптимальной влажности расчетного (активного) слоя почвы, в зависимости от культуры и характеристики почвы, колеблется от 60 до 85% от. Соответствующий расчет сводится в таблицу 5.

3 Сроки и продолжительность поливов

Сроки поливов устанавливаются разными методами: по фазам вегетации растений, изменению величины почвенной влажности, по дефициту водного баланса и др. В нашем примере сроки поливов приурочиваются к определенным фазам вегетации.

Для каждой культуры, входящей в севооборот, назначаются количество поливов и фазы вегетации растений, в которые следует поливать, и устанавливаются поливные периоды, т. е. назначаются календарные сроки начала и конца каждого полива и его продолжительность в сутках. При этом продолжительность поливов устанавливается с таким расчетом, чтобы для

овощных культур она составляла 4 сут., зерновых -- 5 суток, трав -- 6 сут.

После того, как рассчитают оросительные и поливные нормы, назначат календарные сроки начала и конца каждого полива и его продолжительность, составляют ведомость неукомплектованного графика гидромодуля.

4 Определение величины оросительного гидромодуля

Оросительным гидромодулем (q) называется удельный поливной расход, выраженный в л/с, который необходимо подать на 1 га площади севооборота.

Оросительный гидромодуль при поливе определяется по формуле:

где - доля площади, занимаемой культурой в севообороте.

Для шести полей она равна 1/6 или 0,167;

- поливная норма нетто м3/га;

n - число часов полива в сутки;

t - продолжительность поливного периода в сутки.

Полученные результаты величин оросительных гидромодулей для всех поливов каждой культуры севооборота сводятся в таблицу, ведомость для составления и укомплектования графика гидромодуля.

5 Построение неукомплектованного графика оросительного гидромодуля

На основании данных ведомости строится неукомплектованный график гидромодуля. График гидромодуля строится следующим образом: на миллиметровой бумаге наносятся оси координат. На горизонтальной оси (абсцисс), в масштабе в 2 мм - 1 сутки откладываются в календарном порядке все сроки полива каждой культуры. На вертикальной оси (ординат), в масштабе в 1 см - 0,1 л/с га, последовательно для всех поливов каждой культуры откладывается величина оросительного гидромодуля q.

Всем культурам севооборота дается условное обозначение. Поливы на графиках изображаются прямоугольниками.

В случаях, когда сроки поливов для отдельных культур частично или полностью совпадают, величины оросительных гидромодулей складываются, а ординаты (высоты прямоугольников), в дни совпадения поливов, суммируются графически, т. е. прямоугольники частично или полностью надстраиваются один над другим. При неполном совпадении сроков поливов график гидромодуля приобретает ступенчатую форму, так как величины оросительных гидромодулей суммируются в дни совпадения поливов.

Ширина построенного прямоугольника представляет собой продолжительность полива в сутках t, а высота - величина оросительного гидромодуля q. Площадь прямоугольника (W=q t) - объем воды за один полив, подаваемый на поле.

6 Укомплектование графика оросительного гидромодуля

Построенный неукомплектованный график оросительного гидромодуля характеризуется большими колебаниями ординат гидромодуля и частыми перерывами в поливах. Проводить поливы по такому графику не экономично, так как в один поливной период потребность в воде очень большая, а в другой совсем маленькая. Частые перерывы в поливах неудобны с точки зрения организации труда, эксплуатации дождевальных машин, насосных станций, каналов и трубопроводов.

Учитывая указанные недостатки, график оросительного гидромодуля укомплектовывают в доступных пределах с таким расчетом, чтобы подача воды в оросительную сеть была более равномерной. При укомплектовании графика частично сокращают или удлиняют поливные периоды и передвигают сроки полива культур так, чтобы на графике уничтожились пики и заполнились провалы.

При этом соблюдаются следующие условия:

1. Объем воды за один полив W=qt, рассчитанный для полива данной культуры, не изменяется, т. е. площади прямоугольников должны оставаться неизменными.

2. Полив нельзя начинать позже намеченного срока, а начать, его можно не раньше, чем за два-три дня до срока, а закончить в намеченный срок или на два-три дня позже намеченного срока. Для люцерны и многолетних трав изменение срока полива допускается до 4-5 суток.

3. Интервал между средними датами двух соседних поливов одной и той же культуры (Т - межполивной период) может изменяться не более чем на трое суток.

Уменьшая или увеличивая поливные периоды для отдельных культур, нужно стремиться получить сглаженный или укомплектованный график гидромодуля.

Укомплектование графика для полива дождевальными машинами начинают с определения средней величины оросительного гидромодуля для всех поливов принятого севооборота.

Средняя величина оросительного гидромодуля для всех поливов определяется по формуле:

где - доля площади, занимаемой культурой в севообороте;

- оросительная норма нетто культур, составляющих севооборот, м3/га;

- суммарная продолжительность поливных периодов, сут.;

n - число часов полива, в сутки.

Расчетный расход воды которую надо подавать на всю площадь орошаемого севооборотного участка () определяется по формуле:

Количество дождевальных машин или агрегатов (N), которые должны обеспечить подачу расчетного расхода воды Q нетто на поля орошаемого севооборота, определяется по формуле:

где q ср -средняя величина гидромодуля;

-площадь нетто орошаемого севооборота участка, га;

Q м - расход воды одной машиной, л/с;

Ксм - коэффициент использования рабочего времени смены.

Расчетная ордината (qp ) для укомплектования графика при поливе дождевальной машиной или агрегатом определяется по формуле:

Установив расчетную ординату qp , приступают к укомплектованию графика оросительного гидромодуля по этой ординате.

При укомплектовании графика необходимо, чтобы количество воды, потребное для полива, не изменялось:

где -- величина гидромодуля для полива культуры по неукомплектованному графику, л/с га;

-- продолжительность этого полива в неукомплектованном графике, сут.;

-ордината гидромодуля для полива одной культуры а укомплектованном графике, л/с га;

- продолжительность полива культуры в укомплектованном графике, сут.

При поливе дождевальной машиной или агрегатом одного поля продолжительность полива одной культуры () в укомплектованном графике при круглосуточном поливе определяется по формуле:

Если при расчете продолжительность полива в сутках получается дробная, то число суток следует округлять в большую сторону с точностью до 0,5 сут.

При укомплектовании графика следует уменьшить разрывы между поливами и ликвидировать одновременный полив нескольких культур, необходимо передвинуть в доступных пределах сроки полива культур так, чтобы на укомплектованном графике уничтожились пики ординат гидромодуля и заполнились провалы. Соответствующий расчет сводится в таблицу 6.

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗАКРЫТОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

6.1 Закрытая оросительная сеть для полива дождеванием

Под закрытой оросительной сетью понимается сеть трубопроводов с подземной или наземной укладкой труб. В первом случае она называется постоянной, а во втором - разборной.

Составные элементы закрытой оросительной сети следующие:

1) сеть напорных трубопроводов;

2) сооружения на трубопроводах по переходу через каналы, дороги, овраги;

3) регулирующая, предохранительная и запорная арматура;

4) сбросные устройства, распределительные, водовыпускные и смотровые колодцы.

Расположение закрытой оросительной сети в плане и ее конструкция зависят от рельефа, конфигурации орошаемого участка, принятого севооборота и технологической схемы орошения.

Разбивку трассы трубопроводов на орошаемом участке производят с соблюдением следующих условий:

1) плановое расположение трубопроводов должно отвечать требованиям принятых технологических схем орошения и техники полива;

2) затраты на строительство и эксплуатацию трубопроводов и сооружений должны быть минимальными;

3) число пересечений трубопроводов с препятствиями должно быть наименьшим;

4) по трассе трубопроводы укладываются с уклоном;

5) в нижних точках трубопровода необходимо обеспечить выпуск воды, а в верхних точках - выпуск воздуха.

По своему назначению напорные трубопроводы делятся на:

1) магистральные - транспортирующие поливную воду от насосной станции до орошаемого севооборотного участка (ПМТ);

2) распределительные, или участковые, которые распределяют поливную воду по отдельным долям севооборота (РТ);

3) поливные - подводящие поливную воду непосредственно к дождевальным машинам и агрегатам (ПТ).

В проекте предусматриваем прокладку всех трубопроводов из стальных труб.

Сеть напорных трубопроводов делится на постоянную и временную. Постоянные трубопроводы прокладываются в траншеях на глубине 0,8--1 м (и не менее 0,5--0,6 м от поверхности земли до верха трубы) и по ним подают поливную воду к определенным неизменным точкам поля. Временные трубопроводы из быстроразъемных труб укладываются по поверхности поля и после полива перевозятся на другой его участок.,

Закрытую оросительную сеть проектируют, как правило, тупиковую и рассчитывают ее на использование полной длины дождевального крыла машины. Поливные трубопроводы располагают параллельно друг другу, а распределительные перпендикулярно им. Расстояние между поливными трубопроводами равно двойной длине крыла дождевальной машины или диаметру разбрызгивания воды машиной. Границы поля должны иметь прямоугольную форму, и от поливных трубопроводов они должны отстоять на длину крыла или на радиус разбрызгивания.

Поля шестипольного севооборота следует размещать также в два ряда, по три поля в каждом ряду.

На орошаемых участках, где полив проектируется дождевальными машинами марки «Фрегат», насосную станцию надо размещать на берегу реки по середине орошаемого участка, а для машин марки «Днепр» и «Волжанка» - в створе восточной границы.

От насосной станции до южной границы участка прокладывается трасса подводящего магистрального трубопровода, который будет подавать воду в распределительные трубопроводы. От распределительных трубопроводов по полям кратчайшим путем прокладываются трассы поливных трубопроводов, которые будут подавать воду к дождевальным машинам.

6.2 Гидравлический расчет тупиковой закрытой оросительной сети

Расчет тупиковой сети заключается в следующем:

1) определить расчетные расходы воды брутто в напорных трубопроводах основной магистральной линии;

2) рассчитать диаметры этих трубопроводов;

3) определить потери напора по длине трубопроводов основной магистральной линии.

Расчет тупиковой сети начинается с установления водооборота на сети и определения направления основной магистральной линии напорных трубопроводов, проходящей от насосной станции до командной точки оросительной сети. Командная точка - наиболее удаленная точка от насосной станции по расстоянию или по высоте, где трудно создать свободный напор воды. Для машины марки ДМУ-А 199-28 с забором воды из поливных трубопроводов основная магистральная линия проходит от насосной станции до гидранта №1, расположенного на поле №1, который является командной точкой. Она состоит из поливных трубопроводов (ПТ-1 и ПТ-6), распределительного (РТ-1) и подводящего (ПМТ) трубопроводов.

6.3 Определение расчетных расходов воды брутто в трубопроводах

Расчетный расход воды брутто поливного трубопровода определяется по формуле:

где n - количество дождевальных машин, одновременно работающих на поливном трубопроводе;

- расход дождевальной машины, л/с;

-коэффициент полезного действия поливного трубопровода (0,99).

Расчетный расход воды брутто распределительного трубопровода брутто равен сумме расходов одновременно работающих на нем дождевальных машин и определяется по формуле:

где n и QM имеют те же обозначения, что в предыдущей формуле

- коэффициент полезного действия распределительного трубопровода (0,98).

Расчетный расход воды брутто подводящего магистрального трубопровода равен сумме расходов одновременно работающих дождевальных машин или агрегатов и определяется по формуле:

где -коэффициент полезного действия закрытой оросительной сети, который можно принять равным (0,97)

Полученный расход является исходным для гидравлического расчета насосной станции, работающей на закрытую оросительную сеть. Соответствующий расчет сводится в таблицу 7.

6.4 Определение потерь напора по длине трубопровода

При движении воды по трубопроводу возникают силы сопротивления или трения, вследствие чего часть напора теряется на преодоление этих сопротивлений.

Различают два вида потерь напора:

1 Потери напора по длине трубопровода , они пропорциональны длине трубопровода;

2 Местные потери напора , которые создаются фасонными частями, арматурой, изменением сечения трубопровода и т.п.

Для определения потерь напора по длине трубопровода находят применение следующие формулы:

где - безразмерная величина, называемая коэффициентом сопротивления трения по длине,

d - диаметр стандартного трубопровода, м;

V -средняя скорость движения воды в трубопроводе, м\с;

g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2;

L - длина трубопровода, м.

6.5 Расчет насосной станции

Плановое и высотное расположение насосной станции

На проектируемом орошаемом участке с механическим водоподъемом насосная станция (НС) обеспечивает забор воды из водоисточника и ее подачу по подводящему магистральному трубопроводу в распределительные подземные и наземные трубопроводы, из которых вода поступает в поливные трубопроводы и далее через гидранты выводится на поверхность к дождевальным машинам или в открытую поливную сеть.

На топографическом плане НС размещается как можно ближе к водоисточнику и командной точке местности. Место расположения НС выбирается с таким расчетом, чтобы ось насоса находилась на 0,5--1,0 выше уровня высоких вод а глубина воды в месте водозабора была бы не менее 1,0 м.

Для подачи воды к дождевальным машинам и агрегатам наиболее удобны стационарные и передвижные НС. На стационарных НС монтируют высокопроизводительные насосы с приводом от электродвигателя. Передвижные НС, как правило, укомплектованы дизельными двигателями.

Гидравлический расчет насосной станции

При гидравлическом расчете стационарной НС требуется определить:

1) расчетный расход НС;

2) диаметр напорного и всасывающего трубопроводов;...