V = --------- м3 (16)
1000
де Q - норма стоку, м3/с; Т - кількість секунд в році.
=315360000м.
Так, як V = f(F) то від розташування греблі по довжині русла річки та від місця розташування водосховища залежить забезпеченість водою всіх потреб користувачів.
3.2 Складові частини водосховища
Кожне водосховище складається з трьох частин. Починаючи з низу вони розташовуються в такому порядку: мертвий, корисний і форсований об'єми.
3.2.1 Мертвий об'єм
Мертвий об'єм (VМО) це, в основному, місткість для розташування мулу. Він протягом тривалого періоду (50-100 років) замулюється повністю. Тому в водогосподарських розрахунках він не враховується, а всі водозабірні і водоскидні споруди розташовуються вище горизонту МО.
Виходячи з такого положення, мертвий об'єм слід визначати за формулою Є.О.Замаріна, яка дозволяє вирахувати кількість мулу (Wмо), який надійде з водозбірної площі за певний період часу (50 - 100 років)
= = 64248109 (17)
Де J - уклон річки; V - річної об'єм притоку до водосховища, м3; Т - 100-річний період експлуатації водосховища (100 років - це Т = 1); а і в - коефіцієнти, які залежать від площі і еродованості басейну (табл.6, 7); с - коефіцієнт, який залежить від ступеню зарегулювання стоку (табл.8); г - питома вага мулу, що відклався в МО, т/м3 - цей параметр визначається за допомогою формули (18) і таблиці 9.
А
г = ______ + С Т + В (18)
L
г
Де L - відсоток органічних речовин у відкладаннях мулу (5-20%).
Корисний об'єм (КО) представляє собою об'єм всіх витрат, за винятком санітарної витрати. Корисний об'єм розташовується вище мертвого об'єму VМО. Цей об'єм протягом року змінюється від нуля до VКО. Тобто, водосховище то наповнюється, то випорожнюється.
Значення коефіцієнта а
Характеристика схилів і прилеглої частини басейну | Суглинок, ліс | Глина | Пісок | |
Річка з широкою заболоченою заплавою, плоска рівнина | 1 | 0,7 | 0,5 | |
Схили, зарослі лісом і чагарником, задерновані | 3 | 2 | 1 | |
Те ж, схили круті | 6 | 5 | 4 | |
Схили пологі, відкрити, розорані | 10 | 8 | 6 | |
Схили круті, розорані | 15 | 13 | 10 |
Значення коефіцієнта в
Характеристика схилів і прилеглої частини басейну | Суглинок | Глина | Пісок | |
Відсутність глибинної ерозії | 1 | 1 | 1 | |
Вибої, канави, вимоїни | 2 | 1,5 | 1,2 | |
Слабо розгалужені яри з неглибоким заляганням базису ерозії | 6 | 4 | 2,5 |
Значення коефіцієнта с
Ступень зарегулювання стоку | Значення коефіцієнта с | |
0 | 1 | |
0,1 | 0,85 | |
0,1 -0,2 | 0,75 | |
0,2 - 0,3 | 0,50 | |
0,3 - 0,4 | 0,40 | |
0,5 | 0,30 |
Значення параметрів А, В, С
Найменування грунтів | А | В | С | |
Піщані | 2,30 | 0,25 | 0,0020 | |
Суглинки і леси | 2,00 | 0,45 | 0,0070 | |
Глинисті важкі | 2,25 | 0,35 | 0,0041 |
Після визначення об'єму припливу мулу треба розташувати його в чаші водосховища. Порядок розміщення слідуючий. Спочатку в ніжній частині водосховища в найбільш звуженої частині перпендикулярно напрямку потоку в річці проводиться ось греблі. Починаючи з самої ніжний горизонталі, розташованої вище осі, виконується розрахунок об'ємів прострів між двома cусідніми горизонталями за формулою
F1 + F2
V0 = Дh, м (19)
2
де F1 і F2 - площі оконтурені горизонталями і віссю греблі,м2; Дh - відстань по висоті між двома розрахунковими горизонталями.
Ураховуючи, що між нижньою горизонталлю і ложем водосховища залишається ще невеличкий простір, то Дh в даному випадку можна прийняти 0,5 - 1,5 м і при визначенні об'єму V0 за формулою (19) F1 слід прийняти рівною нулю.
Після додавання V0 i V1 ця сума повинна дорівнювати або бути більша, ніж WМО.
У випадку (V0 + V1) < Wмо, рахується об'єм між вище розташованими горизонталями і додається до суши V0 + V1 + V2 і так до тих пір, поки не буде рівнятися
V0 + V1 + … Vi = Wмо
Ця верхня горизонталь є верхом мертвого об'єму (ДСМП) і низом корисного.
L=15%
F1 = 37 * 2500 = 92500 м2
V1 = 46250 м3
F2 = 96 * 2500 = 240000 м2
V2 = 92500 + 240000 = 332500 м2
V1 + V2 = 46250 + 332500 = 378750 м3
V3 = 240000 + 46250 + 702500
V1 + V2+ V3 = 702500 + 378750 = 1081250 м3
= 135 * 2500 = 337500 м2
= (240000 + 337500) / 2 = 577500/2 = 288750 м3
V1 + V2+ = 378750 + 288750 м3 = 667500 м3
3.2.2 Корисний об'єм
Корисний об'єм призначається для того, щоб забезпечити усі витрати води з водосховища на господарські цілі. Крім господарських витрат є ще витрати на випаровування з дзеркала води і фільтрацію крізь дно, берега і греблю водосховища.
Найперше - це забезпечення потреб водокористувачів. В нашому випадку це водопостачання тваринницької ферми і подача води на зрошення сільськогосподарських культур. Розрахунок виконується за формулою:
Vг = qґN + M Fзр, м3 (20)
Де q' - норма водопостачання, м3/сут; N - поголов'я тварин на фермі, шт; М - зрошувальна норма, м3/га; Fзр - поливна площа, га.
Vг= 0,065 * 2900 * 365 + 850 * 150 = 188,5 * 365 + 127500 = 68802,5 + 127500 = 196302,5
Друга стаття витрат - це випаровування води з поверхні водосховища. Як відомо, в Лісостепній і Поліської зонах України середньорічна величина випаровування з відкритої водної поверхні дорівнює d = (6000-8000) м3/га. Для визначення всього об'єму випаровування слід помножити цю величину на площу дзеркала води водосховища (Fдзер.) тобто
Vв = d Fдзер. (21)
Де Vв - об'єм води, що випаровується з 1 га, м3; Fдзер. - площа дзеркала води у водосховищі (км2), яка визначається шляхом наближення і розподілу еліптичної поверхні дзеркала до простіших геометричних фігур, обчислення їх площ з послідуючим додаванням. За розрахункову горизонталь приймається горизонталь, яка розташована від ? РМО на відстані 4-6 м.
Vв = 6000 * 131,5 га = 789000 м3
Fдзер = 526 *2500 = 1315000 м2
Третя стаття - це фільтрація води крізь дно. Об'єм витрат води на фільтрацію (V3) в декілька разів перевищує втрати води на випаровування. Абсолютна величина втрат води на фільтрацію залежить від гідрологічних умов і середньої місткості самого водосховища. При добрих гідрогеологічних умовах коли ложе і укоси водосховища складаються з глинистих або важкосуглинкових грунтів втрати становлять 5-10% від його місткості; при несприятливих умовах, тобто коли ложе і укоси представлені піщаними грунтами, то втрати сягають 30-40% від місткості водосховища. Місткість чаші водосховища орієнтовано можна визначати за формулою
Vч = К Fдзер Н (22)
Де Н - максимальна глибина води перед греблею на рівні Fдзер, м; К - коефіцієнт, який залежить від форми поперечного перерізу балки і дорівнює 0,16 - 0,25.
Vч = 0,25 * 1315000 м2 * 8,5 = 2794375 м3
Таким чином корисний об'єм (Vко) буде дорівнювати
Vко= Vг + Vв + Vф
Vко = 196302,5 + 789000 + 8383125 = 1823615 м3
Після визначення Vко починається його вписування в тому же порядку, що і мертвого об'єму.
F4 = 300 * 2500 = 750 000 м2
V4 = = 1631250 м2
= 392 * 2500 = 980 000 м2
= = 865000
V4 + = 1631250 + 865000 = 2496250 м3
3.2.3 Форсований об'єм
З метою зменшення скидних витрат під час повені або паводку передбачається форсований об'єм, в якому розташовується на невеличкий проміжок часу частина талих і зливових вод. Починається він від нормального підпірного рівня (? НПР) який є верхом корисного об'єму. В залежності від об'єму водосховища, класу капітальності гідроспоруд на ньому, мінливості стоку форсований об'єм може розташовуватись вище НПР на висоту 1,0-1,5м. Верх його називається рівнем форсованого об'єму (?РФО).
Форсований об'єм обмежується горизонталлю 480
3.3 Проектування греблі
Спочатку визначаємо відмітку гребня греблі за формулою
?гг = ?НПР + hф + hзап, м (23)
де hф - висота частини об'єму водосховища, яка потрібна на розташування форсованого об'єму, (1 - 1,5),м; hзап- запас на вітряний нагін і хвильовий накат, м.
? гг = 48 + 1 + 0,243 = 49,423 м
Висоту вітряного нагону можна визначити за формулою
ДU2
Hнаг = К соsб, (24)
3 д Н
де К - коефіцієнт, який орієнтовано можна прийняти 0,06; Д - довжина розгону вітряних хвиль, км; U - максимальна швидкість вітру завданої забезпеченості, м/с (U =); д - прискорення вільного падіння, м/с2; Н - середня глибина водосховища при ?РФО,м; б - кут між віссю водосховища і пануючим напрямком вітру (б = 0).
Hнаг = = 0,039 м
Висоту напливу хвилі можна знайти за формулою
h
hнап = 1,2 ------ (25)
m
де h - висота хвилі, м (h = 0,8 - 1,0); m - коефіцієнт закладання укосу греблі.
h нап = м
Гребля повинна розташовуватись в найбільш звуженій частині балки або долини річки, з порівняно пологими берегами і з достатньо глибокою та широкою чашею водосховища вище греблі. На ставках і малих водосховищах греблі виконують земляними з різними коефіцієнтами закладання укосу. Той укіс, що постійно затоплюється водою, називається мокрим, або верховим і має такі величини: для глинистих і суглинкових грунтів 2,5 - 3,0, супіщаних 3,0 - 3,5, піщаних -3,5 - 4,0. Укіс, який не затоплюється, називається сухим або низовим і має такі величини: для глинистих і суглинкових ґрунтів - 1,5 - 2,0; супіщаних - 2,0-2,5; піщаних 2,5-3,0.
Ширина греблі залежить від ширини дороги, яку звичайно, розташовують тут, але не менше 4 - 6 м.
У випадку, коли об'єм притоку води менше корисного об'єму, то треба зменшити кількість користувачів води. Аналогічно слід робити, коли сума трьох витрат на водопостачання, фільтрацію і випаровування разом з VМО, перевищує об'єм чаши водосховища.
У відповідному масштабі зображую повздовжній переріз водосховища і поперечний - греблі.
4. Внутрірічний розподіл стоку
Відомо, що протягом року стік розподіляється по місяцях нерівномірно. Для визначення абсолютних середньомісячних величин при відсутності даних спостережень застосовують різні методи. Одним з них є метод, коли місячні значення визначаємо за допомогою таблиць відсоткового розподілу витрат стоку різної забезпеченості, які складені на основі реальних гідрографів річок різних природно-кліматичних зон. Такі дані приведені в табл.10.
Розподіл стоку по місяцях
Місяці | Забезпеченість стоку, % | ||||||
25 | 50 | 75 | |||||
% | м/с | % | м/с | % | м/с | ||
1 | 1,5 | 0,2235 | 3 | 0,222 | 4 | 0,236 | |
2 | 4 | 0,596 | 7 | 0,518 | 8 | 0,472 | |
3 | 10 | 1,49 | 45 | 3,33 | 35 | 2,065 | |
4 | 12 | 9,238 | 14 | 1,258 | 15 | 0,885 | |
5 | 5 | 0,745 | 7 | 0,222 | 4,5 | 0,2655 | |
6 | 3,5 | 0,5215 | 5 | 0,37 | 4,5 | 0,2655 | |
7 | 2,5 | 0,3725 | 2,5 | 0,185 | 3 | 0,354 | |
8 | 2 | 0,298 | 2,5 | 0,185 | 3 | 0,177 | |
9 | 1,5 | 0,2235 | 2 | 0,148 | 2,5 | 0,1475 | |
10 | 2,5 | 0,3725 | 2,5 | 0,185 | 4 | 0,236 | |
11 | 3 | 0,447 | 4,5 | 0,333 | 7,5 | 0,4425 | |
12 | 2,5 | 0,3725 | 4 | 0,296 | 6 | 0,354 |
Взявши з таблиці 3 величини стоку забезпеченістю 25, 50 і 75% і по тим відсоткам, що наведені в табл.10 знаходжу абсолютні місячні величини стоку, записавши їх в аналогічну табл.10. По цим даним будую 3 гідрографи стоку.
5. Визначення скидних витрат з водосховища і розмірів гідроспоруд
Річка після побудови водосховища повинна існувати незалежно від водності року. Тому завжди за межі греблі повинні скидатись витрати не менше витрат 95% забезпеченості, тобто для розрахунків розмірів гідроспоруд, які треба зробити для перепуску залишків води після її використання в різних галузях народного господарства необхідно мати уяву про вплив регулювання стоку на величини витрат річки.
За основу беру річний об'єм води 5, 50 і 95% забезпеченості який зменшується на величину корисного об'єму, а потім ділю на число секунд в році. Розрахунок скидних витрат (Qск.р.%) виконую за формулою:
Q р% Т - V ко
Q ск р% м3 (26)
Де Qр% - витрати річки в роки розрахункової забезпеченості, м3/с (табл.3).
Q ск 5% =
Q ск 50% =
Q ск 95% =
Результати розрахунків зводжу в табл.11.
Скидні витрати
Забезпеченість | ||||
5 | 50 | 95 | ||
Q p%, м3/с | 19,3 | 7,4 | 4,0 | |
Q cк. р% м3/с | 19,24 | 7,34 | 3,94 |
Скид воді виконується за допомогою водозливів практичного профілю або з широким порогом, які будують замість частини земляної греблі. Розрахунок виконується за формулою
Q ск.95% = m b v 2 g Н03/2 (27)
Де b - ширина водозливу, м; m - коефіцієнт витрат, який можна прийняти для водозливів практичного профілю 0,4 - 0,5, для водозливів з широким порогом - 0,35; g -прискорення вільного падіння; Н0 - глибина води на водозливі з урахуванням швидкості підходу, тобто
Н0 = Н + ________ (28)
g
Швидкість підходу 0 в водосховище можна прийняти рівної в межах 0,1 0,3 м/с.
Розрахункову глибину слід призначити в межах (0,5 0,6) Нmax для водозливів з широким порогом і (0,3 0,4) для водозливів практичного профілю.
34,55
При кресленні плану греблі пунктиром показати місце розміщення водозливу.
Витрати Q95% приймаються по таблиці 3 і застосовуються для визначення останнього члена “b” з формули (27).
Список літературних джерел
А.М. Владимиров. Гидрологические расчеты. Л.: Гидрометеоиздат, 1990, 364 с.
А.В. Рождественский, А.В. Ежов, А.В. Сахарюк. Оценка точности гидрологических расчетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1990, 276 с.
Г.И. Васенков, О.Е. Полищук. Адаптация модели ливневой эрозии почв к расчету миграции радиоцезия в Полесье.- В сб.: Проблемы сельскохозяйственной ірадиоэкологии десять лет спустя после аварии на Чернобыльской АЭС. Житомир, 1996,с.93-96. Практикум по гидрологии и гидрометрии и регулированию стока (Под редакцией Е.Е. Овчарова), М., 1988.
Г.П. Левченко. Гидрология и сельскохозяйственная мелиорация. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
