Путь от замысла до его воплощения, порой бывает нелегким. Смелые мечты разбиваются о суровую реальность, так и не успев воплотиться. В этот момент хорошо, когда рядом есть умелый и грамотный помощник, способный дать практический совет, помочь при расчетах и составлении схем. С этого номера "Любимая ДАЧА" начинает публиковать заметки английского садовода Алана Сарджента, призванные облегчить ваш труд на участке.
Собираясь устроить в саду водоем, о котором так долго мечталось, вы порой упускаете из виду главное: рытье котлована и возня с дерном, верхним слоем почвы и грудами камней заставит любого горе-специалиста пожалеть о своей затее. Только тщательная предварительная проработка проекта избавит вас от множества проблем, не говоря уже о мозолях и боли в спине. У каждой разновидности водоема свои особенности: определенная глубина воды, пологий берег для мини-пляжа из гальки, многоуровневые пруды для обитающей живности. Для примера рассмотрим прудик средних размеров (3x3 м при глубине 0,5 м).
Внутренняя поверхность пруда с уступом для
растений выстилается по всему периметру специальным материалом
размером 4,2x4,2 м. Чтобы рассчитать приблизительную
вместимость пруда, нужно длину помножить на ширину и глубину.
Руководствуйтесь здравым смыслом, рассчитывая пологость берега
или глубину.
Предположим, вы хотите устроить самый обычный водоем: без рокария, водопадной системы и холма из вырытого грунта. Котлован 3x3x0,3 м создаст отвал объемом 2,7 куб.м. Учтите, что некоторые почвы имеют коэффициент разбухания (величина, на которую они увеличиваются в объеме) вплоть до 25 процентов. Песчаный или мелкозернистый грунт разбухает меньше, глинистый и каменистый грунты дают наибольшее увеличение, что обусловлено количеством воздуха между комьями. Если вы будете заказывать транспорт, чтобы вывезти вынутый грунт, рассчитайте его объем с учетом разбухания.
Советы Алана Сарджента
Для оценки объемов земляных работ пользуйтесь приведенной ниже диаграммой. Разница уровней водоема (уступы для растений) не важна, однако крайне важно иметь ровную поверхность дна и одинаковую высоту берегов, чтобы выстилающий дно материал не торчал из воды с одной из сторон.
Если почва на вашем участке осыпается и вам трудно добиться гладких откосов, попробуйте закрепить их полосами тонкой фанеры или строительного картона толщиной 100 мм и длиной 2,4 м от стандартного листа 2,4x1,2 м, который можно приобрести на строительном рынке. Чтобы фанера хорошо держалась, подоприте ее кольями и проверьте уровнем и линейкой - в этом случае пластиковое или прорезиненное покрытие внутренней поверхности водоема ляжет ровно. Таким же образом бетонируют края под любым покрытием или укрепляют их грунтом и дерном, если хотят сделать края водоема мягкими.
Когда вы достигнете нужной вам глубины и добьетесь ровной поверхности берегов котлована, тщательно проверьте, не осталось ли на дне острых предметов: стекла, камней, корней. Для верности обмажьте котлован мокрым песком с добавлением цемента (12 частей песка и 1 часть цемента). Прежде чем делать это, выровняйте поверхность как можно тщательнее.
При использовании цементного раствора для облицовки позаботьтесь о том, чтобы все замесы были одинаковыми (4 ведра песка и 1 ведро цемента). Для равномерного распределения раствора по внутренней поверхности водоема, особенно на откосах, проверьте толщину уложенного раствора тонкой деревянной палочкой с нанесенной на ней насечкой.
Если для облицовки используется готовая ванна из стекловолокна или пластика, уложить ее в вырытый котлован не так-то просто: как бы тщательно вы ни подготовили ложе, жесткая ванна не сразу сядет на место. И все же, если ванна (или другая жесткая форма) не встала правильно и ее края не горизонтальны, то котлован следует залить водой, добавляя песок или мелко-комковатую почву до тех пор, пока ванна не начнет "плавать". Тогда осторожно выправьте ее, а когда вода из котлована уйдет, готовый водоем будет надежно установлен и выровнен. Заливать воду придется не один раз, но даже в больших и нескладных по форме водоемах главную работу за вас выполнит сила тяжести. "
Расчет полезного объема пруда
Приведенные ниже примеры показывают, как рассчитать общую вместимость водоема. Это важно знать для определения мощности насоса и фильтрационной системы, а также для определения кубатуры воды, подлежащей химической обработке.
Сезонное регулирование стока обусловлено неравномерностью внутригодового распределения стока, ежегодно повторяющимися периодами чередования повышенных и пониженных расходов, несовпадением режимов стока и водопотребления.
Сезонное регулирование поверхностного стока - процесс перераспределения поверхностного стока по сезонам в пределах одного года. При сезонном регулировании пруд наполняется в многоводные периоды времени (весеннее половодье, летние паводки), а затем накопленный объем воды расходуется в маловодные периоды года (летняя межень), покрывая дефициты отдачи.
Определение полезного объема пруда
Полезный объем пруда - объем воды, который может быть использован для водоснабжения различных потребителей. Полезный объем пруда равен суммарному водопотреблению, размер которого зависит от состава и количества водопотребителей.
При эксплуатации пруда водопотребление будет возрастать, поэтому необходимо учесть дополнительный полезный объем воды на перспективу. Он принимается в размере 20% от установленного полезного объема.
Таким образом, полезный объем пруда W полез, м 3 , будет равен:
W полез = 1,2 Ч (W бр + W в/потр + W пож/т), (11)
где W бр - объем воды брутто для орошения, м 3 (формула 5);
W в/потр - объем воды для хозяйственного и производственного водопотребления, м 3 (таблица 3);
W пож/т - объем воды для пожаротушения, м 3 (формула 7).
W полез = 1,2 Ч (145000 + 62520,85 + 26280) = 280561,02 м 3
Определение мертвого объема пруда
Мертвый объем пруда - объем воды, предназначенный для размещения наносов, поступающих в чашу пруда в течение принятого срока его службы. Период времени, в течение которого полностью заиляется мертвый объем, называется сроком службы пруда. В зависимости от местных условий и хозяйственных требований срок заиления мертвого объема принимают в пределах от 30 до 50 лет (принимаем 45 лет).
Среднее годовое количество наносов W нан, м 3 , поступающее с площади водосбора в чашу пруда, определяем по отношению:
W нан = , (12)
где - средняя мутность воды рек, г/м 3 (принимаем 300 г/м 3);
Переходный коэффициент от мутности постоянных к мутности временных водотоков. При площади водосбора 5-10 км 2 значение переходного коэффициента = 15-10; при площади водосбора 10-30 км 2 - =10-7;
Средний многолетний объем годового стока, м 3 (формула 13);
r - доля влекомых по дну наносов, от объема взвешенных. Долю влекомых по дну наносов принимают в пределах 0,02-0,06;
Средняя концентрация отложений наносов, т/м 3 . Среднюю концентрацию отложений наносов принимают 0,8 т/м 3 .
W нан = = 1071 м 3
Средний многолетний объем годового стока, м 3 , рассчитываем по формуле:
W ст = 1000 Ч h сл.ст. Ч S в/с Ч k ум, (13)
где h сл.ст. - средняя высота слоя весеннего стока, мм (принимаем 32 мм);
S в/с - площадь водосбора балки, км 2 ;
k ум - коэффициент уменьшения стока с малых водосборов. Принимают в пределах 0,8-0,9.
W ст = 1000 Ч 32 Ч 10 Ч 0,85 = 272000 м 3
Величину мертвого объема W м, м 3 , которая равна объему отложившихся наносов за срок службы пруда, вычисляют по формуле:
W м = k зад Ч W нан Ч t 3 , (14)
где k зад - коэффициент, учитывающий величину задержанных в пруду наносов. От 60 до 80% поступивших в пруд наносов откладывается на дне. Остальные 20-40% выносятся из него со сбросной и оросительной водой. Поэтому k зад принимают равным 0,6-0,8;
t 3 - период заиления мертвого объема или срок службы пруда (t 3 = 30-50 лет).
W м = 0,7 Ч 1071 Ч 45 = 33736,5 м 3
Уровень воды в пруду, соответствующий мертвому объему пруда, называется уровнем мертвого объема (УМО).
По батиграфическим кривым пруда (рисунок 1) определяем глубину воды у плотины (Н умо), отметку уровня воды (vУМО) и площадь водного зеркала (S умо), соответствующие мертвому объему пруда.
Согласно графику,
Н умо = 3,3 м;
vУМО = 78,9 м;
Полный объем воды в пруду состоит из полезного объема, мертвого объема, объема на потери воды и резервный объем.
Полезный объем
Полезный объем пруда (V полезн) включает количество воды, которое идет на удовлетворение нужд водоснабжения населенного пункта (V 6ыт), орошение питомников (V орош), для противопожарных целей (V пож) и называется полезной водоотдачей пруда.
V полезн = V орош +V пож +V быт, м 3 (6)
V орош =43000 м 3
В данной работе на пожаротушение и расчет не ведется.
V полезн = V орош +V быт, м 3 (7)
V полезн =43000 м 3
Мертвый объем
Величину мертвого объема пруда определяют:
по количеству наносов, поступающих в пруд с водосборной площади; по санитарным нормам в целях уменьшения прогревания воды в летнее время и снижения процессов разложения и гниения растительных и животных остатков в пруду постоянно должно быть не менее 0,5-1,0 м воды;
по минимальной толщине слоя воды в пруду при рыборазведении (при разведении зеркального карпа и линя слой воды в пруду должен быть не менее 0,5м); так как дно пруда наклонно, то толщина мертвого слоя в наиболее глубоком месте у плотины должна быть 2-3,5м;
3) по глубине промерзания воды (0,5-1,5 м) - дно пруда не должно промерзать, так как в нем образуются трещины, вызывающие утечку воды из пруда.
При предварительном расчете мертвый объем (V MO) принимается равным 15% от полезного объема.
V мо = 0,15·V полезн = 0,15·43000 = 6450м 3 .
Рассчитанная величина мертвого объема отложенная на топографической характеристике по кривой объемов и определённая глубина воды, соответствующая предварительно рассчитанному мертвому объему, составляет менее 1,5м (глубина мертвого уровня устанавливается с учетом санитарных требований и целей проектирования пруда), поэтому устанавливаем горизонт мёртвого объёма на уровне 1,5м. На топографической характеристике указывается уточненная отметка горизонта мертвого объема (ГМО) и определяется величина мертвого объема.
V мо =70000м 3 .
Сумма мертвого и полезного объемов составит промежуточную величину - расчетный объем
V расч = V полезн + V мо, м 3 (8)
V расч =43000+70000=113000м 3 .
Расчетный объем откладывают на топографической характеристике и определяют по батиграфической кривой площадь зеркала воды на горизонте мертвого объема и уровне расчетного объема для дальнейших расчетов.
S гмо = 108000м 2 ;
S расч = 148000м 2 .
Объемы потерь
Потери воды из пруда определяют для того, чтобы установить, сколько воды можно взять из него для полезного потребления. Вода, накопленная в пруду, не может быть полностью использована для полезных целей, так как часть ее теряется, поэтому при определении объема потерь учитываются потери на испарение, фильтрацию, заиление и льдообразование.
V потерь =V исп +V ф +V з +V льд. (9)
Потери воды на испарение (V исп) с водной поверхности (испаряемость) зависят от температуры воды и воздуха, влажности воздуха и скорости ветра. Слой потерь на испарение можно определить по специальным картам (Зайкова, Полякова) или по формуле
П исп – слой воды на испарение определяется по карте изолиний испарения (Б.Д.Зайкова) или принимается для лесостепной зоны –0,6м, для лесной зоны -0,4-0,5.
Так как Республика Татарстан располагается на двух зонах, возьмем среднеарифметическое 0,5.
S гмо – площадь зеркала воды на горизонте мёртвого объёма, м 2 ;
S расч – площадь зеркала воды на горизонте расчётного объёма, м 2 .
Потери на фильтрацию (V ф ) рассчитывают по формуле (10), подставляя вместо слоя воды на испарение (П исп) величину слоя воды на фильтрацию (П ф). Фильтрация воды из пруда происходит через тело плотины, в обход нее, под плотиной, через ложе пруда и величина ее зависит от водопроницаемости и механического состава грунта, формы берегов. По рекомендациям проф. М.В.Потапова приближенно слой фильтрационных потерь в год можно принимать по таблице (табл. 2).
Таблица 2
Потери воды на фильтрацию из прудов
Потери воды за счет заиления (V з ) зависят от состояния водосбора, степени его распаханности и облесенности. При распаханном водосборе заиление может достигать 20-22 см в год. С целью уменьшения твердого стока и заиления прудов целесообразно оставлять нераспаханную 20-30 м полосу вокруг пруда и проводить облесение берегов балки. Потери на заиление также рассчитывают по формуле:
(12) П з =0,2м
Потери на льдообразование не включаем в расчет, так как вода из пруда используется только для орошения.
Объемы потерь суммируем по формуле (9)
V потерь = 37000+111000+14800=162800м 3
Общий полезный объем пруда складывается из мертвого и полезного объемов и объема потерь.
V нпг = V мо + V полезн + V потерь =43000+70000+162800= 275800м 3
Найденный объем откладывается на топографической характеристике, уровень воды называют нормальным подпорным горизонтом (НПГ). Это высший подпорный уровень, который плотина может поддерживать в течение длительного времени при нормальной эксплуатации всех сооружений.
По графику определяют площадь зеркала воды на этом горизонте.
S нпг = 270000 м 2
Резервный (форсировочный) объем
В результате весеннего снеготаяния, выпадающих длительных ливней с водосборной площади в пруд может поступать большое количество воды. В этом случае объем притока будет превышать расход воды, и вода в пруду может подниматься над НПГ. Объем форсировки (резервный объем) располагающийся выше НПГ служит для сохранения паводковых вод, пропускаемых через водосбросные сооружения. Наивысший горизонт при пропуске наибольшего весеннего паводка называют максимальным подпорным горизонтом высоких вод (ГВВ).
Увеличение отметки ГВВ над НПГ повышает высоту, а, следовательно, стоимость сооружения плотины. Однако при этом снижается стоимость водосбросного сооружения (за счет уменьшения его размеров, рассчитываемых на меньший расход). Уменьшение сбросного расхода объясняется регулирующим влиянием пруда, так в пруду между НПГ и ГВВ временно задерживается часть объема паводка. Так как объём пруда 275800 м 3 возьмём на форсировку 1,5м.
По батиграфическим кривым определяют площадь и объем пруда на ГВВ.
S гвв = 490000м 2
