План оросительной системы на местном стоке при поливе Росой

Содержание

 

 

Чертежи:

План оросительной системы на местном стоке при  поливе Росой-3 

Введение

 

 

Проектирование оросительной системы  на местном стоке.

Требуется запроектировать оросительную систему на местном стоке, источником орошения которой должен быть пруд на сухой балке с земляной плотиной. Водоем располагается в таком месте, куда могут притекать сточные воды с населенных пунктов, то есть выше населенного пункта. Берега чаши водохранилища не должны быть крутыми, но и пологими. Ложе водохранилища состоит из водопроницаемого грунта (берем из задания - суглинки).

 На 1 м³пруда должно приходиться от 15 до 20 м³ воды. Выбираем самую  суженную часть балки, тем самым увеличиваем количество задерживаемой воды.

Основание плотины должны составлять прилегающие грунты. В теле плотны не должно быть действующих родников, если же они имеются, то необходимо учитывать этот объем воды.

Водопроницаемые грунты в теле плотины  должны находиться на глубине 1,5-2м. Необходимо укрепить их.

С выбором места плотины выбирается место для устройства аварийно-сбросного  канала, он является обязательным сооружением  при строительстве плотины.

 

1.Проектирование  водохранилища.

1.1Выбор  места под плотину и чашу  водохранилища.

 

Будущий водоем расположим в том месте, куда не будут попадать сточные воды из населенных пунктов и из других загрязненных мест. По возможности расположим водоем выше населенного пункта.

Берега чаши водохранилища не должны быть крутыми, но и сильно пологими. Крутые берега быстро размываются, что приводит к заиливанию пруда. При пологих берегах значительная часть водоема будет покрыта неглубоким слоем воды, что благоприятствует быстрому зарастанию водоема и большой потере воды на испарение и фильтрацию.

Берега и ложе водохранилища должны состоять из водонепроницаемых грунтов-глин и суглинков.

Плотину лучше располагать в  суженной части балки, причем желательно, чтобы выше плотины балка была широкой и глубокой. Это позволит накапливать большой объем воды в водохранилище при выполнении небольшого объема земляных работ. Не следует выбирать место под плотину с отвесными и обрывистыми берегами, так как в процессе осадки тела плотины между коренными берегами и плотиной может образоваться трещина, по которой будет просачиваться вода, что приведет к размыву плотины.

В основании плотины должны залегать водонепроницаемые грунты, желательно на глубине не более 1,5 ... 2,0 м от поверхности  земли. Нельзя выбирать место под  строительство плотины там, где  имеются выходы грунтовых (родниковых) вод.

Одновременно с выбором места  под плотину решается вопрос об устройстве водосбросного аварийного канала, который  является обязательным сооружением  при строительстве плотины.

Плотину нужно располагать в  таком месте, чтобы водосборная  площадь была достаточной для заполнения водохранилища.

Границы водосборной площади проходят по двухскатным водораздельным точкам поверхности земли.

Величина водосборной площади  принимается из задания. 

1.2 Определение  возможного притока воды в  водохранилище.

 

 

Возможный годовой объем притока воды в водохранилище на год 50% обеспеченности стоком , определяется по формуле:

,   

где - норма стока в с , которая по заданию берется равной 19810 м³/км²;

F- площадь водосбора в , которая по заданию равна 22,5 ;

K- модульный коэффициент стока 50% расчетной обеспеченности, принимается равным 0,75…0,95. В нашем случае он равен 0,8.

Подставив все значения в формулу, получим: .

Норма стока ( ) принимается по картам зонального районирования гидрологических расчетов. По Оренбургской области норма стока изменяется в пределах от 20000…30000 с в восточных районах, и до 60000…90000 с в северных, центральных и западных районах.

Для курсового проекта за расчетный  год принимаем год 50% обеспеченности, при условии наполнения водохранилища стоком воды пятьдесят раз из ста лет (условно).

            

1.3 Определение  емкости чаши водохранилища.

Объем воды, который может вместить чаша водохранилища, определяется по плану  в горизонталях. Емкость чаши водохранилища состоит как бы из нескольких объемов, отсекаемых горизонталями (см. рисунок 1), поэтому она определяется по каждой горизонтали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для этого вычисляют площади ( ), ограниченные каждой горизонталью и створом плотины (также электронным планиметром, но в масштабе 1:10000) (Приложение 1 «Расчет площадей зеркал водохранилища»).

; ; ; ; .

Затем определяют объем воды, заключенный между двумя соседними горизонталями.

Вычисления начинают с нижней горизонтали (10). Объем, отсекаемый нижней горизонталью , определяется по формуле объема конуса и будет равен: , где - площадь зеркала по нижней (10) горизонтали, ; h – сечение между горизонталями рельефа местности, м.

Все остальные объемы воды, заключенные  между горизонталями, определяются по средней площади соседних горизонталей, т.е. по формуле усеченного конуса. Так, объем, заключенный между нижней (10) и второй (соседней, 11) горизонталью , будет равен:

 и т.д. для всех горизонталей:

;

;

;

;

 

 

Расчет сводится в Таблицу 1 «Расчет  емкости чаши водохранилища»

 

 

 

 

 

Таблица 1 «Расчет емкости чаши водохранилища»

 

Наименование горизонталей (отметки)	Площадь по одной данной горизонтали F,м²	Средняя площадь между двумя  соседними горизонталями,	Сечение горизонталей, h,м	Объем воды между соседними горизонталями,	Объем до данной горизонтали, W,м³
1	2	3	4	5	6
10	80000		1	26666,7	2666,7
		133350		133350
11	186700				160016,17
		235450		235450
12	284200				395466,7
		373600		373700
13	463000				769166,7
		562200		562300
14	661400				1331466,7

 

 

Сумма чисел графы пять или последнее  число в графе шесть показывает, какой объем воды может вместить чаша водохранилища при данных топографических условиях. Полученную емкость водохранилища (W) необходимо сравнить с объемом возможного притока воды в водоем ( ). При этом могут быть 2 случая:

- когда  объем притока воды  в водоем ( ) больше емкости чаши водохранилища (W). В этом случае общий объем пруда будет равен емкости чаши водохранилища (W);

- когда  объем притока воды  в водоем ( ) меньше емкости чаши водохранилища (W), тогда общий объем пруда будет равен объему возможного притока воды ( ), и в дальнейшем он принимается за расчетный.

В нашем случае < W, следовательно, общий объем пруда будет равен объему возможного притока воды ( ).

Для более точного определения  расчетного горизонта воды в водохранилище (НПГ) производится построение интегральных кривых площади зеркал и емкости  водохранилища.

 

1.4 Построение  интегральных кривых площади зеркала и емкости водохранилища.

 

Интегральные кривые необходимо иметь  для производства дальнейших расчетов. Выполняются они по данным Таблицы  №1 «Расчет емкости чаши водохранилища». На оси ординат наносятся наименования горизонталей (отметки), а на оси абсцисс - шкала объемов и шкала площадей. Масштаб выбирается произвольный (в нашем случае: для шкалы площадей: в 1 см-25000 , для шкалы объемов -в 1 см -50000 ). Для построения кривой из Таблицы №1 «Расчет емкости чаши водохранилища» по каждой горизонтали выбираются соответствующие им значения площади горизонтали (графа3) и объем до данной горизонтали (графа 7), и точки наносятся на график (см. Рисунок 3 «Топографические характеристики водохранилища»).

 Соединяя плавной кривой  нанесенные точки, получим интегральные  кривые площади и объема водохранилища.  Кривые W=f(H) и F=f(H) показывают, как изменился объем и площадь водохранилища в зависимости от глубины пруда (см. Рисунок 3 «Топографические характеристики водохранилища»).

 Откладывая на шкале емкости  водохранилища объем возможного  притока воды в пруд, определяем  расчетный нормально-подпертый уровень (НПУ) (см. Рисунок 2 «Топографические характеристики водохранилища»).

 

1.5 Определение  полезного объема пруда.

 

При водохозяйственных расчетах ориентироваться  на использование полного объема пруда нельзя, так как за летний период значительное количество воды будет потеряно на испарение и  фильтрацию.

При весеннем наполнении пруда вода, попадающая в водоем, содержит большое количество наносов, которые затем оседают на дно пруда и уменьшают его объем. Это вызывает необходимость не реже одного раза в 15…20 лет производить чистку пруда. Кроме того, в пруду постоянно находится некоторый объем воды, чтобы водохранилище в летне-осенний период не пересыхало, а в зимний – не промерзало.

В пруду должен всегда находиться объем воды, необходимый для жизни  рыб. Слой воды в пруду (помимо наносов) должен быть не менее 1,5…2,0 м. Объем  воды (отвечающий этому слою) и расчетный объем заиления называется мертвым объемом пруда.

Таким образом, общий объем пруда  может быть определен так:

,

Где - полезный объем пруда,

- мертвый объем пруда, 

- объем испарения, 

- объем фильтрации,

 

 

 

 

1.5.1 Определение  мертвого объема.

 

Мертвый объем, как отмечалось выше, состоит из объема наносов, которые накапливаются в пруду за период между чистками пруда и объема воды, соответствующего слоя 1,5…2,0м.

Объем наносов  , определяют по формуле: , где - мутность воды, прибывающей в водоем ( количество килограммов наносов, содержащихся в каждом кубическом метре воды), равняется 1,6…2,0 ( для проекта );  t - период  между чистками пруда 15…20лет. (для проекта t=10 лет); объемная масса наносов 1,3…1,5 ( для проекта ).

Полученный по формуле объем  наносов откладываем на шкале  объемов интегральной кривой и проводим линию до пересечения с кривой объемов. От точки пересечения проводим горизонтальную линию на шкалу отметок, на которой находим глубину возможного заиления пруда наносами за 10 лет. (См. Рисунок 3 «Топографические характеристики водохранилища»). .

К отметке наносов добавляем 1,5…2,0 м (для проекта 1,5м) и получаем отметку мертвого объема пруда. (См. Рисунок 3 «Топографические характеристики водохранилища»). . Зная отметку мертвого объема пруда, пользуясь интегральной кривой объема пруда, определяем мертвый объем пруда. (См. Рисунок 3 «Топографические характеристики водохранилища»).

1.5.2 Определение  объема испарения и объема  фильтрации.

 

Для определения объема испаряющейся воды необходимо знать слой испарившейся воды и площадь, с которой происходит испарение. Тогда объем испарения , будет равен: ,

где - площадь испарения, ;

- слой испарения, м.

Слой испарившейся воды , мм, может быть определен по формуле И.В.Тихомирова: , где Д - дефицит влажности воздуха, мб; - скорость ветра, .

Для курсового проектирования дефицит  влажности воздуха (Д) в среднем за период может быть принят в пределах 8…12 мб (в нашем случае 9 мб). Скорость ветра в пределах 3…5м/с (в нашем случае 4м/с). Подставив значения в формулу И.В.Тихомирова, получим:

Площадь испарения в течение всего периода будет изменяться: весной она будет равна площади при полной емкости пруда, а осенью - площади при мертвом объеме пруда.

За расчетную принимают среднюю  площадь, которая определяется как  среднее между площадью зеркала  при мертвом объеме пруда и площадью зеркала при НПГ: . Площади зеркал при мертвом объеме и НПГ определяются по интегральной кривой площадей. Для этого проводим горизонтальную линию от отметки точки мертвого объема до интегральной кривой объемов и в точке пересечения данной линии с интегральной кривой опускаем вертикальную линию на шкалу площадей и находим площадь зеркала при мертвом объеме пруда. Аналогично поступаем для определения площади зеркала при НПГ. .

Подставляя полученные площади  зеркал в формулу, получим:

Подставив все данные в формулу, найдем объем испарения:

Объем воды, который теряется на фильтрацию, будет зависеть от свойств грунтов, подстилающих ложе водохранилища.

Если берега и дно оврага образованы водонепроницаемыми грунтами (глины, тяжелые  суглинки), то объем воды на фильтрацию принимается равным 5…10% от общего объема пруда, при слабопроницаемых грунтах 10…15%. Поскольку у нас дно и  берега состоят из глины, примем фильтрацию, равной 10% от общего объема пруда.

Таким образом, полезный объем пруда  . Подставляя ранее вычисленные данные, получим:

 

Жанные величины отмечаем на продольном профиле плотины (см. Рисунок 3 «Топографические характеристики водохранилища»)

1.6 Проектирование  плотины.

 

Земляная плотина представляет собой хорошо утрамбованную насыпь, выполненную из слабоводопроницаемого  грунта. Лучшим материалом для насыпи плотины являются суглинистые и супесчаные грунты с содержанием в них 50…60% песка. На рисунке 4 «Поперечное сечение земляной плотины М 1:200» показан поперечный разрез плотины с замком.

 

 

 

Рисунок 4 «Поперечное сечение земляной плотины М 1:200»

1.6.1 Определение размеров элементов  плотины.

 

Отметка гребня плотины (ГП) должна быть больше, чем уровень воды перед  плотиной (НПГ) не менее, чем на 1,0 м ( ).

Величина сухого запаса гребня плотины  над расчетным горизонтом (НПГ) ,м, определяется по формуле: , где - высота разгона волны, м, определяемая по формуле В.А. Замарина: , где L - длина разгона волны, которая определяется по наибольшему измерению диагонали зеркала НПГ, км. Измеряем L по плану местности М 1:10000 и получили L=1,27км. Подставив в формулу  В.А. Замарина, получим:

Подставив высоту волны в формулу, получим: .

Ширина плотины по гребню (БВ) принимается  как для проезжей части, при небольшом  движении автотранспорта, равной 4…5м (по заданию  ).

Откосы плотины зависят от свойств  грунта, из которого выполняется плотина. Верховой откос (АБ или «мокрый» откос), обычно принимают с коэффициентом заложения (По заданию ). Это значит, что ширина основания под этим откосом в 4,0…7,5 раз больше высоты плотины Низовой откос обычно делают с заложением (по заданию ).

Ширина плотины у основания (АГ) В, м определяется по формуле: , где b - ширина плотины по гребню; - высота плотины; Подставив все данные в формулу, определим ширину плотины по основанию: .

Если под основанием плотины  водопроницаемые грунты залегают на некоторой глубине, то в этом случае, чтобы уменьшить фильтрацию воды под плотиной прибегают к устройству глиняного замка. Глубина замка определяется из условия, чтобы он врезался в водонепроницаемый слой на 0,5…0,7м (По заданию глубина водонепроницаемого слоя равна 2,5 м. Следовательно, глубина замка будет равна 1,5м+0,5м=2,0м). Ширина замка принимается равной 1/3 ширины плотины по гребню (следовательно, ширина замка по дну равна 4/3 м).  Стенки замка выполняются с заложением откосов m=1,5…1,0 (для проекта m=1,0). После установления всех размеров плотины выполняются следующие чертежи:

- продольный профиль по створу плотины в масштабах: горизонтальный М 1:2000, вертикальный М 1:100.

- поперечный разрез плотины  в масштабе М 1:200.

Продольный профиль плотины  показан на Рисунке 5 «Продольный  профиль по оси земляной плотины» На чертежах должны быть нанесены высотные отметки всех элементов плотины, увязанные с планом.

 

 

 

Рисунок 5 «Продольный профиль по оси земляной плотины»

 

 

 

 

 

1.7 Определение  объема земляных работ по устройству  пруда.

1.7.1 Насыпка  тела плотины.

 

Объем земляных работ по насыпке тела плотины , определяется по формуле: , где - площадь поперечного сечения земляной плотины при средней высоте плотины, ;  - длины плотины по гребню, м (берется из продольного профиля плотины ).

 

Величина средней площади поперечного  сечения плотины  , , определяется по формуле: , где b - ширина плотины по гребню, м; - ширина плотины по подошве, м; - средняя высота плотины, м.

 

Ширина плотины по подошве  ,м, определяется по формуле: ,

 

Где величина средней высоты плотины  , м, определяется по продольному профилю (рисунок 5) из условия: , где - сумма высот плотины, м; n- количество расчетных значений высоты плотины. Подставив все найденные значения в формулы, получим:

; ;

;

.

 

 

1.7.2 Снятие растительного  грунта.

 

Растительный слой земли снимается  с площади основания плотины (со дна и берегов оврага) на глубину 0,3 м. Площадь основания плотины определяется по средней высоте плотины.

Объем земляных работ по снятию растительного  грунта , будет равен: ,

где - площадь основания плотины, ;  h - глубина снятия растительного слоя, 0,2…0,3м.

Площадь основания плотины  , определяется по формуле: , где - длина плотины, м.

Подставив все найденные значения в формулы, получаем: ;

.

1.7.3 Устройство  замка.

 

Объем земляных работ по устройству замка  , определяется по формуле: , где - площадь поперечного сечения замка, ; - длина замка, м.

Площадь поперечного сечения замка  , , определяется по формуле: , где - ширина замка по дну, м; - глубина замка, м; - коэффициент заложения откосов. Подставив все найденные значения в формулы, получаем:

 

 

1.7.4 Устройство  водосбросного канала.

 

 

 

Водосбросной канал является обязательным сооружением в каждой плотине. Водосбросной канал располагают на расстоянии не менее 50 метров от плотины. Отметка  дна водосбросного канала равна  отметке НПГ.

Объем земляных работ, , приближенно может быть принят равным от 6 до 8% от объема земляных работ по насыпке тела плотины. ;  .

Крепление откосов плотины и  другие виды ручных работ  ,

1.8 Определение оросительной способности пруда

 

Оросительную способность пруда, то есть количество гектаров, которое  можно оросить из данного пруда  ,га, определяют упрощенно по формуле: , где - приведенная оросительная норма, которая равна по заданию 2600 , с учетом потерь воды в пруду и в каналах оросительной системы, что соответствует коэффициенту использования прудовой воды, равному 0,70…0,75.

Подставив значения в формулу, получим: .

Затем определяют площадь брутто , га, участка орошения с учетом отчуждения площади под оросительные каналы, дороги, лесополосы по формуле: , где коэффициент земельного использования, принимается равным 0,75…0,95. (В проекте принимается равным 0,75).

Подставив значения в формулу, получим: 

 

2.Проектирование оросительной  системы.

 

Закончив расчеты по проектированию пруда, приступают к составлению проекта оросительной системы, предварительно установив, будет ли эта система самотечной или с механическим водоподъемом.

Для решения этого  вопроса необходимо обратиться к  планово-топографическому материалу  и вычислить разницу отметок  зеркала воды в пруду при мертвом объеме и наивысшей точкой земель орошаемого участка. Если уровень воды в пруду при мертвом объеме находится выше точки водовыдела предполагаемого участка орошения, то в этом случае возможно самотечное орошение.

При самотечном орошении воду, лежащую под мертвым объемом, выводят по трубе через плотину и далее по каналу к наивысшей точке орошаемого участка. Чтобы пропустить воду через трубу, нужен напор H=0,2…0,3м; канал имеет уклон (обычно от 0,002 и 0,0005). Поэтому отметка трубы донного водовыпуска на входе принимается равной:

  входа = ГМО+(О,2…О,3)м,

где ГМО - отметка горизонта мертвого объема.

входа =21,56+0,25=21,81м

Отметка выхода трубы водовыпуска, будет равна:

Выхода = , где

- уклон трубы донного водовыпуска, ( );

 длина трубы донного водовыпуска, м

Выхода =21,81-0,001 24,9=21,785м

С отметки выхода трубы  донного водовыпуска магистральный  трубопровод (канал) трассируется с  заданным уклоном, чтобы обслужить  поливом как можно большую  площадь, самотечным орошением.

В случае, когда наивысшая точка поверхности проектируемо участка орошения  расположена выше расчетного горизонта воды в пруде (НПГ), придется воду поднимать при помощи водоподъемной установки насосной станции. Система орошения в этом случае возможно только с механическим подъемом.

В нашем случае система  будет с механическим водоподъемом, поскольку уровень метрового  объема расположен ниже точки водовыдела.

2.1 Организация  орошаемой площади.

 

Окончательно обследуется и  оконтуривается орошаемый участок по возможности ближе к пруду и с наиболее благоприятным рельефом.

Площадь орошаемого участка выбирается по оросительной способности пруда ( ), в зависимости от планового расположения магистрального канала, характера разбивки полей, техники и способов полива.

Размещение полей выполняется  с соблюдением следующих требований:

- поля орошения должны быть  равновеликими но площади,  т.к это обеспечивает равномерность в использовании рабочей силы и машин. Отклонение от среднего размера поля допускается не более 5…10 %;

- каждое поле должно иметь  удобную по условиям механизации  форму и достаточные размеры.  Площадь не должна быть меньше 20 га (для курсового проектирования);

- расположение и размеры полей  орошаемого участка должны обеспечивать правильную организацию труда, хорошую агротехнику и хорошее качество поливов при увязке с техникой полива. Это значит, что на каждом поле должна быть разработана техника полива для каждой культуры.

 

2.4 Дорожная  сеть и лесные полезащитные полосы.

 

 

На орошаемых землях должна быть создана система лесных полезащитных полос, которые располагают вдоль постоянных каналов и границ полей севооборота.

Лесные полосы на орошаемых землях имеют ветроломное значение и  делаются продуваемой конструкции  из высокорастущих пород деревьев с невысоким подлеском. В состав лесных пород целесообразно вводить плодовые деревья и кустарники.

Дорожная сеть должна отвечать следующим  требованиям:

- обеспечивать возможность быстрого  и удобного въезда тракторов  и машин на каждое поле и вывоза продукции с полей после уборки;

- не затопляться водой; 

- иметь минимальную длину и  минимальное количество мостов  и 

переездов;

- надежно обслуживать эксплуатационные нужды системы.

В проекте предусматриваются следующие виды дорог:

- полевые, обеспечивающие подъезды  и выезды на каждый поливной участок;

- хозяйственные, объединяющие полевые  дороги и связывающие их с  поселками. 

Ширина земельного полотна  дорог, не считая кюветов, устанавливается:

- на полевых и хозяйственных  дорогах - 5 м;

2.5 Способы  и техника полива. 

Способ орошения обуславливается  хозяйственными, техническими, топографическими и почвенными условиями.

Техника полива должна быть увязана  с конкретными условиями и  отвечать основному требованию - обеспечивать при поливе необходимое увлажнение активного слоя почвы на всей орошаемой площади при минимальных затратах рабочей силы и экономном использовании оросительной сети.

На равномерность увлажнения большое  влияние оказывает длина поливных полос и удельная поливная струя, которые должны быть увязаны с водопроницаемостью почв и уклоном поливных полос.

Высокая производительность труда  и механизация работ при поливе обеспечивается плановым расположением  всей временной поливной сети - временных оросителей, выводных и поливных борозд, поливных полос и поливным током, с которым работает поливальщик.

3. Гидротехническая часть.

3.1 Определение расчетного расхода

 

Расчетный секундный максимальный расход при поливе дождеванием зависит от количества дождевальных машин; количество дождевальных машин равно:

,

где - вся площадь орошения СПХ

- сезонная производительность  одной машины (га/сез)

, где r – радиус одной дождевальной машины (для Росы-2 r=40м)

Расчетный секундный максимальный расход Q_нт (л/с) определяем по формуле:

,

Где q- потребный секундный расход дождевального агрегата, л/с

- коэффициент одновременности работы машин по времени в течение сезона 0,90…0,85

л/с

Расход брутто, учитывающий потери из каналов Q_бр (л/с) найдем последующей формуле:

, где - КПД оросительной системы =0,8

Максимальный секундный расход брутто является расчетным расходом, по которому определяются размеры каналов  и напорных трубопроводов

3.2 Расчет напорного трубопровода.

 

Диаметр напорного трубопровода определяем из условий нормальной эксплуатации его при наличии скорости движения воды в трубопроводах в пределах допустимых величин, зависящих от материала. Примем скорость течения воды V=2.5м/с, отсюда диаметр трубопровода выразим из следующей формулы:

3.3 Расчет насосной станции

 

Расчет насосной станции сводится к определению рабочих характеристик:

-производительность насосной станции  (л/с) 

-расчетный напор (м) Н

-мощность двигателя (кВт)N

Расчетный напор насосной станции  Н, (м) определяем по формуле:

,

- геодезическая высота подъема  воды

, где ДТ – отметка диктующей  точки орошаемого участка, УВ  при ГМО – отметка уреза воды при ГМО,

где - сумма потерь напора при движении воды по трубопроводу, м;

- потери в точках водораспределения,  м;