Бабиков Б. В. Гидротехнические мелиорации (2002)

Рис. 64. Типы земляных плотин:

(/- 113 о.:tlЮр0:!НОго гру"та; 0- с ядром; ({- 111 О:!IЮрo:!IIOГО гру"та со UJnYIITO~I; ;~- со С,10ЖIIЫМ Я:!РО~I;

1- супесь; 2- глина; д- с экраном ; с -- нз ОдllOРОдlюго грунта с дренажем

Заложение сухого и мокрого откосов зависит от их назначения.

Мокрый откос для средних суглинков устанавливают равным 2,5- 3,0, для супесей- 3,0-3,5, для песков- 3,5-4,0. Сухой откос устанав­ ливается соответственно - 1,5-2,0; 2,0-2,5; 2,5-3,0. Мокрые откосы

в целях лучшей устойчивости следует укреплять каменной отмост­

кой или бетонными плитами. Крепят верхнюю часть откоса выше

иниже НПГ на 1-1,5 м.

Втело плотины после заполнения пруда фильтруется вода, рас­

полагаясь ниже определенной линии, называемой кривой депрес­

сии. Ее уклон ПNlблизительно равен: в супесях - 1/5, в суглинках - 114, в глинах - 113. Кривая депрессии должна пересекать основание

плотины на расстоянии не менее 4 м от основания сухого откоса.

О Д н о р о Д н ы е п л о т и н ы устраивают из слабоводо­

проницаемых суглинистых грунтов с содержанием 50-70% глины и 50-30% песка. Для снижения фильтрации под основанием плоти-

190

откос. Вblстилка выполняет функции фильтра, по которому вода стекает вниз. Для повышения устойчивости каменную наброску

можно уклаДblвать в клетки из беТОННblХ элементов. Крепление

проводят и в воде на 1,0-1,5 м ниже НПГ.

При BblcoTe ПЛОТИНbI не более 5-6 м можно применять и биоло­

гическое крепление в виде посадок ИВbI. Крепление создают по­

садкой черенков с размещением посаДОЧНblХ мест через 1,Oxl,0 или 1,5xl,5 м. В период приживания посадок откос можно защитить от разрушения волнами ВblСТИЛКОЙ из хвороста или соломы. НИЗОвые

OTKOCbl можно закреплять посевом многолетних трав, залужением

в клетках из дерна или сплошной одерновкой.

Водохозяйственый расчет пруда. При водохозяйственном рас­ чете определяют требуеМblЙ объем пруда, устанавливают необхо­

димую BblCOry плотины И проводят расчеты наполнения пруда во­

дой. Требуемый объем пруда определяется расходами ВОДbl на оро­ шение, водоснабжение, испарение, заиление, фильтрацию и необ­

ходимым по санитаРНblМ нормам минимаЛЬНblМ запасом воды

(мертвым объемом).

Объем воды на орошение устанавливают в зависимости от оро­ сительной нормы и величины орошаемой площади. Его можно BbI- числить по формуле:

11

где V - объем ВОДbl на орошение; F - орошаемая площадь, га; М -

OP

средняя оросительная норма, м3/га; 11 - коэффициент полезного дей­

ствия оросительной систеМbI (0,6-0,8).

Объем на водоснабжение зависит от вида потребителя (бы­

товые НУЖДbl, производствеННblе предприятия, тушение пожа­

ров и т.д.) И рассчитывается по нормам воДопотребления (СНиП

П-30-76).

Количество ~ОДbl, потребляемое на орошение и водоснабжение,

наЗblвается ПО[Iезной водоотдачей пруда.

Потери на испарение с водной поверхности зеркала пруда опре­

деляют по величине испаряемости и раССЧИТblвают по формуле Н.Н.Иванова (гл. 1). Приблизительная величина испарения приве­ дена в табл. 1.

192

Потери на испарение при облесении территории вокруг пруда

сокращаются на 15-20% вследствие снижения скорости ветра и

повышения влажности воздуха в зоне пруда.

Потери на фильтрацию не остаются постоянными. В первые годы

после строительства потери больше, в дальнейшем по мере заиле­

НИЯ пруда и кольматации почвенных пор ложа пруда фильтрация уменьшается. Для приближенных расчетов потери на фильтрацию можно определить по табл. 41.

ТаБЛlща 41

Потери воды на фильтрацию из прудов

Слой воды. м ОТ объема пруда. ,:,(,

в целях борьбы с фильтрацией под ложем пруда устраивают

экраны из суглинка, глины, битума, бетона. В последние годы на­

ходит применение пленочное покрытие на дне водохранилищ в виде

сплошной выстилки дна с покрытием ее на 0,2-0,3 м грунтом. Потери воды за счет заиления (уменьшение объема воды в пруду) за­

висят от состояния водосбора, степени его распаханности и облесения.

Посколы<)' плотинные пруды наполняются водами, стекающими с водо­

сбора, необходимо знarь ежегодный приток воды и величину твердого

стока. Объем пруда, занимаемый илом, можно определить по формуле:

(111 )

где Vз- объем ила; V,,1. - ежегодный приток воды расчетной обеспе-

р , "

ченности, мз ; 'V - количество взвешенных частиц, кг/м3 ; а - коэффи-

циент пористости наносов.

При облесенном нераспаханном водосборе средний слой заиле­

ния равен 1,7-4,0 см в год, при распаханном водосборе заиление

может достигать 20-22 см в год.

е целью уменьшения твердого стока и заиления прудов по бере­

гам балки целесообразно оставлять нераспаханнуlO 20-30-1\'lетрО­

вую полосу вокруг пруда и проводить облесение берегов балки.

Мертвый запас воды в пруду определяется санитарными требова­

ниями и хозяйственной необходимостью. В целях уменьшения про­

греваемости воды в летнее время и снижения процессов разложения и

гниения растительных и животных оспrгков в пруду по санитарным

нормам постоянно должно быть не менее 1,5-2,0 м воды. Часто пруды используютдля рыборазведения. Дпя перезимовки рыбы с учетом льдо­ образования необходимо увеличить слой мертвого запаса до 2,5-3 ,0 м.

Суммирование объемов воды на фильтрацию, заиление мертвого запаса, потребление (орошение и водоснабжение), испарение позво­ ляет определить объем пруда. Рассчитав объем пруда, устанавливают

необходимую BbICOl)' плотины. Необходимо учесть, что после образо­

вания пруда волнобоем плотина будет разрушаться. Дпя предохране­ ния от размывания гребень плотины возвышается над нпг. Высоту волн ориентировочно можно определить по формуле Е.А.Замарина:

. где L - длина разгона волны, км.

Для приближенных расчетов можно принять превышение греб­

ня над НПГ на высоту 1,0-1,5 м.

Расчет наполнения пруда водой производится в большинстве

случаев на сток весенних талых вод. Гидрологический расчет пру­

дов, предназначенных для орошения, проводят на сток 50%- или 70%-ной обеспеченности (гл. 3). Сток весенних вод рассчитывают по формуле:

где Wc - суммарный весенний сток с водосборной площади, м3 ; F - площадь водосбора, м2 ; h - мощность снега перед весенним снего­ таянием, м; 8 - плотность снега; cr - коэффициент стока.

Объем пруда определяют по горизонталям плана балки, для чего

вычисляют площади, ограниченные каждой горизонталью и осью

плотины (ри~. 65) .

Расчет оръема проводят по формуле:

194

Рис. 65. План балки с плотиной и водосливом:

1 - гребень ПЛОТl1llbl; 2 - МОКрblЙ откос; 3 - сухой откос; 4 - водослив

где V47_48 - объем чаши пруда между горизонталями 47-48;~7'~8-

площади, ограниченные горизонталями 47 и 48; h - высота сечения

горизонталей.

Суммирование объемов между каждой парой горизонталей даст

общий объем пруда.

Водосбросные сооружения. В большинстве случаев в прудах

задерживается часть годового стока с водосбора. Излишние воды

могут переполнит водохранилище и вызвать разрушение плотины.

Для отвода избыточных вод устраивают водосбросные сооружения:

водосливы, каналы, водоспуски.

В о д о с л и в устраивают обычно в виде канала с быстротоком

(см. рис. 44) или перепадом (см. рис.43), располагая его в стороне от

ПЛотины в обход ее. Входную часть водосливного сооружения рас­

Полагают не ближе 30-40 м от плотины по урезу воды на уровне нпг.

Далее канал огибает плотину, располагаясь не ближе 40-50 м от ос­

Нования сухого откоса. Верхняя горизонтальная часть водослива на­ Зывается понуром, наклонная часть - водобойным полом и нижняя ГОРИЗонтальная площадка - сливным полом. По верхней границе по­

НУРа Ниже его основания устраивают противофильтрационную стенку

195

или забивают шпунтовый ряд глубиной 1,5-2,0 м. Шпунтовый ряд

забивают и в конце понурого пола. Входная часть понура делается

расширенной для рассредоточения потока воды на входе. Водобой­ ный пол заканчивается водобойным колодцем. Входную часть водо­

слива (сливной пол), так же как и входную часть понура, делают уширенной для обеспечения более спокойного течения воды.

Ширину водослива приближенно можно определить по формуле:

где Ь - ширина водослива на входе, м; Q - максимальный расход воды, м3/с; а - коэффициент (при остром входе - 0,85, закругленном

- 0,92); а - глубина воды на пороге водослива, м; g - ускорение сво­

бодного падения (9,81 м/с:!); Z - перепад (превышение уровня воды в водохранилище над уровнем над входным отверстием), ПРИНИl\'Ia­ емый в пределах 0,08-0,10 м.

Расход воды определяют по максимальному модулю стока та­

лых вод по формуле Д.Л.Соколовского:

где а - среднемаксимальная интенсивность снеготаяния (2-4 мм/г); а - коэффициент стока; а - коэффициент редукции, равный для площа­ дейводосбора 100, 1000и 10000 га, соответственно 0,98, 0,81 и 0,49.

Канал устраивают взамен водослива на небольших прудах при сбросе небольших расходов воды. Канал прокладывают в корен­ ном берегу балки обычно без укрепления дна и откосов. Иногда для обеспечения устойчивости в нижней части канала делают про­

стейшие быстротоки или ступенчатые перепады. В начале канала

устраивают льдозадерживающие сооружения. Ширину по дну зем­

ляного водосбросного канала рассчитывают, как и ширину по дну проводящих каналов осушительной сети (см. гл. 6). Расход Qопре­

деляют по фо~муле:

где q - максимальный модуль стока, м3/с с 1га; F - площадь водо-

Iпах

сбора пруда, га.

196

в о Д о с n у с к в отличие от водослива и канала устраивают в

теле плотины. Он представляет собой камеру с отвесными стенка­

МИ, закрываемую щитовой задвижкой, или шандорой (рис.66). Наи­

более важной частью водоспуска является флютбет (нем. Flutbett

отFlut- поток и Bett- постель). Флютбетчасть гидротехническо­

го сооружения (водоспуска, водослива), поверх которого протекает

водный поток. Он служит для пропуска воды из пруда через плоти­

ну (водоспуск) или в обход (водослив).

-... -_ .__.....; _ . - - .._- - ---

--..'-' ..

I 2 J 5

Рис. 66. Схема водоспуска в теле плотины:

J- предпонурное сооружение; 2- понурная часть; з- водобоiiная часть: 4- СЛlIВI1ая часть ; 5- Рltсберма:

6- Нltжний бьеф: 7- дамба

Основные элементы флютбета изображены на рис. 66. П о н у р

- водонепроницаемое покрытие дна в начальной части флютбета со стороны верхнего бьефа, уменьшающее возможности фильтра­ ции воды под основание водосбросного сооружения. Перед пону­

ром иногда укладывают слой мятой глины. В о д о б о й (водобой­

ный пол) - часть флютбета, воспринимающая динамическое воз­

действие воды. Особенно сильно это воздействие при наличии зат­

вора, подпирающего воду в верхнем бьефе. Водобойный пол

постепенно переходит в сливной пол, который может устраиваться с некоторым уклоном. Р и с б е р м а - участок флютбета, предназ­

наченный для гашения кинетической энергии потока и снижения ско­

рости, приближая ее к скорости течения в нижнем бьефе (русле ниже

водосбросного сооружения). Флютбет устраивают из различных

материалов, лучше из железобетона, но возможно (в небольших пру­

дах) и из дерева. Для уменьшения фильтрации воды и предотвра­

щения размыва и разрушения под флютбетом устраивают одну или несколько подпорных стенок, или шпунтовых рядов. Первый

ряд в начале понура, второй - под запорным щитом (затвором),

197

далее - в конце сливного пола. При устройстве водоспуска из дре­

весины пол и стенки изготавливают двойными из шпунтовых до­

сок, антисептируя их.

Нижнюю часть водоспуска (дно камеры) располагают на уров­ не дна пруда, поэтому через водоспуск при необходимости можно

спустить всю воду пруда.

Ширину отверстия водоспуска определяют по видоизмененной

формуле водослива с широким порогом:

где Ь - ширина отверстия, м; Q - максимальный расход воды, м3/с; Н

- напор на пороге водоспуска, м; т - коэффициент, равный 1,42- 1,52.

Кроме водосбросных сооружений для подачи воды на ороше­

ние применяют т р у б ы и с и Ф о н ы. Трубы для орошения укладывают при строительстве плотины на коренном берегу балки на отметке горизонта мертвого объема. Сифоны устраи­ вают из стальных труб, укладываемых через плотину со сторо­ ны пруда к основанию сухого откоса. Трубы и сифоны с обеих сторон оборудуют задвижками, а концы и откосы в местах вы­

хода оформляют прочной каменной кладкой. Для включения

сифона полость его заполняют водой с верхней части через спе­ циальное отверстие на уровне гребня плотины, герметически закрываемое после заполнения сифона водой. После этого от­

крывают задвижки.

Трубы и сифоны, используемые для подачи воды на орошение,

нужно выводить со стороны сухого откоса к голове магистрально­

го оросительного канала. В отдельных случаях трубы и сифоны можно использовать для сброса излишней воды из пруда. В местах

выпуска воды устраивают водобойные колодцы.

При строительстве прудов в садово-парковом хозяйстве мо­ гут создаваться особые виды водосбросных сооружений. При­ мером разнообразия таких сооружений является г. Пушкин (Царское Село): •Сброс воды в системе каскадных прудов Ека-

терининского .Парка часто производят через гребень плотин

(рис. 67, 68). Вода через специальные отверстия поступает на

ступеньки низового откоса плотины и далее в следующий пруд. Для украшения пейзажа на ступеньках плотины "Зеленого МО-

198

ста" (г. ПУШКИН) установлены крупные валуны, которые, раз­

деляЯ поток, создают иллюзию движения воды между скалами

(рис.67). На малых каскадах прудах канала вдоль парковой ули­

цы над потоком сооружена арка из туфа (рис.68). Можно со­

оружать туннели, устраивая арочное покрытие над водослива­

ми и водоспусками.

-'-4"

0'/

'./

"

' \

Рис. 67. Схема сброса воды через гребень плотины

Строительство плотинных прудов и их эксплуатация. Стро­

ительство начинают с разбивки на местности пикетами оси плоти­

ны, очертания основания и гребня с указанием местоположения

замка. Одновременно размечают местоположение водосбросного

сооружения. После разбивки плотины под ее основанием и по всей

площади пруда вырубают древесную и кустарниковую раститель­

Ность. На всей площади под основанием плотины на глубину 0,2-

0,3 м снимают растительный грунт, удаляя его за пределы границ

низового (сухого) откоса. Места будущих мелководий желательно

углубить.

199

--