|
|
ОглавлениеРаздел I. Орошение. Глава I. Оросительные системы и условия их применения Глава II. Орошение сельскохозяйственных культур с забором воды из реки Глава III. Орошение сельскохозяйственных культур водой местного стока Глава IV. Орошение сельскохозяйственных культур дождеванием Глава VI. Удобрительное орошение сточными водами Глава VII. Предупреждение вторичного засоления и промывка засоленных. Земель Глава VIII. Борьба с водной эрозией почвы Раздел II. Осушение. Глава IX. Осушительные системы и условия их применения Глава X. Проектирование осушительно-оросительной системы Глава XI. Проектирование закрытой осушительно-увлажнительной системы Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава III. ОРОШЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ВОДОЙ МЕСТНОГО СТОКА1. Исходные данные для проектирования водоема и оросительной сетиТребуется разработать проект орошения дождеванием сельскохозяйственных культур на площади ωуч.б = 240 га брутто в учхозе «Муммовское» Аткарского района Саратовской области. На участке предполагается освоить 8-польный овоще-кормовой севооборот. Почвы участка — выщелоченные черноземы. Топографический план участка имеет масштаб 1 : 10 000, сечение горизонталей через 1 м. Для орошения сельскохозяйственных культур необходимо запроектировать водоем в балке Глубокой объемом W = ωуч.б · Мор. Весенний сток года 80%-й обеспеченности составляет слой воды 28 мм. Коэффициент полезного действия водоема — 0,80, коэффициент полезного действия оросительной сети — 0,80. 2. Выбор места для строительства пруда и оценка пригодности орошаемого участкаДля выбора места под водоем и орошаемый участок изыскательская партия проектного института проводит топографическую съемку, почвенные, гидрометрические, гидрологические и гидрогеологические изыскания. На основе данных изысканий составляют топографические планы балки Глубокой и орошаемого участка. Створ плотины (рис. 22) намечают в наиболее узком месте балки. Ось плотины располагают нормально (перпендикулярно) горизонталям местности. В этом случае балка имеет максимальную глубину hmax = Нв – Нн = 22 – 8 = 14 м и среднюю hср = 22 – 15 = 7 м. Здесь Нв и Нн — верхняя и нижняя отметки горизонталей балки (см. рис. 22). При такой глубине вода в водоеме не будет прогреваться, а дно и откосы не будут зарастать сорной растительностью. При правильном выборе мест для створа плотины на каждый кубический метр земли, вложенный в тело плотины, должно приходиться от 3 до 10 м3 задержанной воды. Уклон дна балки между горизонталями 22 и 8, расположенными на расстоянии 1550 м, составит то есть он меньше максимально допустимого для строительства водоемов (i = 0,01). Рис. 22. Расположение в плане плотины, водоема и оросительной для полива дождевальной машиной ДКШ-64 «Волжанка»: В пределах балки нет действующих оврагов. Берега ее не отличаются большой крутизной и поэтому не будут подвергаться оползанию. Грунты ложа проектируемого водоема представлены тяжелыми суглинками мощностью до 4 м, ниже залегают ленточные глины слоем более 3,5 м, под которыми лежит мощный слой глины с галькой. Следовательно, дно и откосы балки слабоводопроницаемы. На глубинную фильтрацию будет расходоваться воды значительно меньше допустимого слоя (0,5–0,7 м). В пределах водосборной площади балки Глубокой нет населенных пунктов, кладбищ, скотомогильников, ферм и промышленных предприятий, значит, водосбор проектируемого водоема отвечает санитарно-гигиеническим условиям. Таким образом, балка Глубокая отвечает основным требованиям, предъявляемым к строительству искусственных водоемов, используемых для орошения сельскохозяйственных культур и водоснабжения животноводческих ферм. Справа от балки Глубокой предусмотрено строительство оросительной сети для полива культур дождеванием. Участок имеет спокойный рельеф, средний уклон его Почвы средней водопроницаемости, обладают высоким естественным плодородием, не засолены и не засорены злостными и карантинными сорняками. Уровень пресных грунтовых вод от 5 до 10 м от поверхности земли. Участок вполне пригоден для орошения. 3. Гидрологический расчет пруда и проектирование земляной плотиныВ задачу гидрологического расчета входит определение водосборной площади пруда для выбранного створа плотины, годового притока воды, мертвого и полного объемов, а также нормально подпертого уровня (НПУ), потерь воды на фильтрацию и испарение, а также полезного объема. Водосборная площадь — это часть площади, поверхностный сток с которой поступает в проектируемый водоем выше створа плотины. Она ограничивается водораздельной линией. Чтобы оконтурить водосбор балки Глубокой, створ плотины которой проходит через горизонталь, необходимо провести водораздельную линию, то есть линию, разделяющую поверхностный сток противоположных склонов. Для этого от намеченного створа, начиная от горизонтали 22, вправо и влево проводят плавную линию примерно перпендикулярно к каждой следующей горизонтали (рис. 23). Площадь водосбора проектируемого водоема определяют планиметром, палеткой или геометрическим методом. При геометрическом методе определения водосборной площади необходимо на плане (см. рис. 23) провести прямые линии параллельно створу плотины через каждые 2 см. Рис. 23. План водосборной площади В результате вся криволинейная фигура будет разбита на шесть трапеций с высотой 2 см, сумма площадей которых составит площадь водосбора. Результаты расчета сведены в табл. 21. Таблица 21 Площадь водосбора балки Глубокой
При переводе площади водосбора в гектары необходимо учитывать масштаб плана. В данном примере он равен 1 : 50 000, следовательно, площадь водосбора ωв = 114,4 · 25 = 2860 га. Гидрологический расчет начинают с определения рабочего объема Wp. В районах неустойчивого увлажнения пруды рассчитывают на заполнение только весенними талыми водами, так как летние осадки образуют незначительный поверхностный сток. Приток воды W (м3) в пруд, устраиваемый на пересыхающих летом балках, определяют по формуле: W = 0,1K α hст ωв , где: К — поправочный коэффициент, учитывающий обеспеченность расчетного объема стока. Так, при годовой обеспеченности стока Р = 5% К = 1,6, при Р = 10% К = 1,4, при Р = 25% К = 1,2, при Р = 50% К = 1,0, при Р = 80% К = 0,8 при Р = 90% К = 0,7. Обеспеченность обычно принимается: при использовании стока для орошения и обводнения — 75–80%, водоснабжения — 90–97% и рыборазведения — 80%; α — весенний объем воды,% годового объема стока; hст — средний слой, определяемый по карте среднемноголетнего годового стока на территории РФ. Он представляет собой слой в мм, который получится, если объем воды в м3, стекающий за определенное время, равномерно распределить по всей площади ωВ (га) водосбора: hст = W/ωВ. Если водохранилище устраивают на не пересыхающих ручьях и реках, то объем притока воды W (м3) за год определяют по формуле: W = 3,15Кq ωВ где: q — среднегодовой модуль стока, л/с·км2, определяемый по карте изолиний нормы стока для территория РФ. Годовой объем стока поверхностных вод WP (м3) с водосборной площади, равный рабочему объему пруда, можно рассчитать по упрощенной формуле: WP = 10hстωВ, (34) где: hст — слой стока года 80%-й обеспеченности (рис. 24), мм; ωВ — площадь водосбора, га. Чтобы дать экономическую оценку целесообразности затопления площади, строят кривые связи между отметками поверхности воды, площадью затопления и объемом воды в пруду (рис. 25). В процессе эксплуатации пруда по слою сработки воды определяют расходование ее на орошение и другие нужды. Рис. 24. Карта изолиний весеннего стока в год 80%-й обеспеченности Рис. 25. Графическая характеристика пруда на балке Глубокая: Для построения графика (рис. 25) использованы данные табл. 22. Таблица 22 Зависимость между глубиной воды h у плотины, площадью зеркала ω и объемом воды W в балке Глубокая
Мертвый объем (Wм.о) — это придонная часть объема воды в водоеме, которая не расходуется на орошение. Он необходим для аккумуляции наносов, создания подпора воды в случае самотечной ее подачи на поля, хозяйственных и культурно-бытовых нужд (разведение рыбы и водоплавающей птицы, водопоя скота) и т. д. Мертвый объем определяют из условий возможного срока заиления водоема, необходимости зимовки маточного стада рыб и др. Из условий заиления водоема мертвый объем воды Wм.о (м3) рассчитывают по формуле: (35) где: ρ — средняя многолетняя мутность, г/м3; Wc — средний многолетний сток, м3 в год; Т — период эксплуатации пруда (между очередными чистками); ∆ — объемная масса наносов, ∆ = 1,1–1,2 т/м3; ξ — коэффициент, учитывающий вынос наносов весенней водой, ξ = 0,6–0,8; ψ — доля влекомых наносов по отношению к донным, ψ = 0,05. 4. Назначение отметки мертвого объема водохранилища из условий его эксплуатацииВ рыбоводческих прудах площадь водной поверхности мертвого объема ωм.о должна быть более 30% площади водного зеркала ωнпу при полном наполнении пруда, а глубина воды зимой не менее 1–3 м. При разведении водоплавающей птицы ωм.о = (0,5–0,6)ωнпу. Водохранилище, запроектированное для самотечного орошения, должно обеспечивать самотечную подачу воды на орошаемый участок в вегетационный период. В прудах, предназначенных для водоснабжения, нельзя допускать промерзания водозаборных сооружений и поступления в них ила со дна. По санитарным требованиям глубина мертвого объема перед плотиной hм.о = 2–3 м. При такой глубине не происходит интенсивного зарастания водоема. Зная мертвый объем воды, по рис. 25 определяют отметку воды в водоеме и площадь затопления. Полный объем воды находят по зависимости W = Wм.о+ Wp. Полный объем воды в водоеме образуется на второй год его эксплуатации. Зная полный объем W, по рис. 25 находят отметку уровня воды в водоеме, которая соответствует нормальному подпорному уровню (НПУ) и площади зеркала воды ωнпу. Полезный объем воды Wa (м3) или объем, используемый на орошение сельскохозяйственных культур, рассчитывают по зависимости: Wп = Wр — (Wе + Wф), (36) где: We — испарение с поверхности водоема, м3; Wф — потери на фильтрацию воды в грунт через дно и берега водоема, м3. Потери воды на испарение и фильтрацию определяют для всего года или периода, когда в водоеме есть вода. Испарение зависит от географического положения проектируемого объекта, площади водной поверхности водохранилища, изменяющейся от максимальной весной до минимальной к началу осени и местных климатических условий. Годовой слой испарения е80% находят по карте испаряемости (рис. 26). Объем воды на испарение We (м3) вычисляют по зависимости: Wе = 10е80% ωср, (37) где: ωср — средняя площадь (га) зеркала воды в водоеме за расчетный период, ωср = (ωмо + ωнпу)/2. Потери воды на фильтрацию Wф (м3) через ложе водоема рассчитывают по формуле: Wф = 10hфωср, (38) где: hф — слой воды, расходуемый на фильтрацию из водоема, мм. Годовой слой воды, расходуемый на фильтрацию, зависит от геологического строения дна водоема. При хороших геологических условиях — слабоводопроницаемых грунтах ложа (глины, тяжелые суглинки, слабопроницаемые скальные грунты) и высоком стоянии грунтовых вод слой потерь на фильтрацию можно принимать минимальным hф = 400 мм; при грунтах ложа со средней водопроницаемостью (средние суглинки, супеси) hф = 400–1000 мм; при плохих геологических условиях — сильноводопроницаемых грунтах (пески, легкие супеси) и глубоком залегании грунтовых вод hф = 1000–2000 мм. В расчетах также следует учитывать, что с течением времени при эксплуатации водоема происходит уменьшение потерь на фильтрацию вследствие кольматации ложа его мелкими частицами, откладываемыми в порах грунта фильтрационным потоком. Коэффициент полезного действия водоема ηв определяют по зависимости: Он изменяется от 0,7 до 0,9. Если КПД водоема меньше 0,7, то разрабатывают мероприятия по уменьшению потерь воды на фильтрацию и испарение с поверхности водоема. Рис. 26. Карта изолиний испаряемости в год 80%-й обеспеченности Пример. Определить характерные объемы и уровни воды в водоеме (рабочий, мертвый, полный и полезный, нормальный подпорный уровень и уровень воды, соответствующий мертвому объему), проектируемом на балке Глубокая. Дано: план водосбора балки в масштабе 1 : 50 000 (см. рис. 23); план балки в масштабе 1 : 10 000 (см. рис. 22); карты весеннего стока (см. рис. 24) и испаряемости (см. рис. 26). Рабочий объем воды в водоеме находим по формуле (34): WP = 10hстωВ = 10 · 28 · 2860 = 801 000 м3. Мертвый объем водоема рассчитываем из условий зимовки маточного стада рыб. Глубина мертвого объема: hм.о = hв + hл = 3 + 1 = 4 м. Здесь hв — слой воды ниже льда, hв = 1,5–3 м; hл — слой льда, hл = 0,7–1 м. Отметки воды в водоеме при мертвом объеме: Hм.о = Нд + hм.о = 8 + 4 = 12 м. Объем и площадь водного зеркала определяем по рис. 25. При Hм.о = 12 м, ωм.о = 3,8 га, Wм.о = 62 000 м3. Полный объем пруда Wп = Wр + Wм.о = 801 000 + 62 000 = 863 000 м3. Зная полный объем воды (863 000 м3), по рис. 25 находим НПУ = 18,8 м и площадь водного зеркала ω = 24,2 га. Глубина воды у плотины hнпу — Нд = 18,8 – 8,0 = 10,8 м. Объем воды, который расходуется на испарение с поверхности водоема, вычислим по зависимости: Wе = 10е80%ωср. Значение е80% (рис. 26) находим по карте испаряемости: е80% = 500 мм, а ωм.о = (ωм.о + ωНПУ)/2 = (3,8 + 24,2)/2 14 га. Тогда We = 1 · 500 · 14 = 70 000 м3. Потери воды на фильтрацию через дно и откосы водоема: Wф = 10hфωср = 10 · 400 · 14 = 56 000 м3, где hф — годовой слой потерь воды на фильтрацию. Для суглинка hф = 400 мм. Полезный объем определяем по формуле (36); Wп = Wр – (Wе + Wф) = 801 000 – (70 000 – 56 000) = 675 000 м3. Коэффициент полезного действия водоема: Основные показатели гидрологического расчета по водоему сведены в табл. 23. Таблица 23 Объемы, уровни воды и площади водного зеркала на балке Глубокая
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
