Вконтакте Facebook Twitter Лента RSS

Динамические явления в озерах. Гидрологический расчет пруда

— водоем, образовавшийся на поверхности суши в природном углублении. Так как озеро не имеет непосредственного соединения с океаном, это — водоем замедленного водообмена.

Общая площадь озер на земном шаре — около 2,7 млн км 3 , что составляет 1,8 % поверхности суши.

Основные характеристики озера:

  • площадь озера - площадь зеркала воды;
  • длина береговой линии - длина уреза воды;
  • длина озера - кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга точками береговой линии, средняя ширина — отношение площади к длине;
  • объем озера - объем котловины, заполненной водой;
  • средняя глубина - отношение объема водной массы к площади;
  • максимальная глубина - находится непосредственными измерениями.

Самое большое по площади водной поверхности озеро на Земле — Каспийское (376 тыс. км 2 при уровне воды 28 м), а самое глубокое — Байкал (1620 м).

Характеристики крупнейших озер мира приведены в табл. 1.

В каждом озере выделяют три взаимосвязанные составные части: котловина, водная масса, растительность и животный мир водоема.

Озера мира

По положению озерной котловины озера подразделяют на наземные и подземные. Последние иногда заполнены ювенильной водой. К числу подземных озер может быть отнесено и подледное озеро в Антарктиде.

Озерные котловины могут быть как эндогенного , так и экзогенного происхождения, что самым существенным образом отражается на их размерах, форме, водном режиме.

Самые крупные озерные котловины . Они могут быть расположены в тектонических понижениях (Ильмень), в предгорных и межгорных прогибах, в грабенах (Байкал, Ньяса, Танганьика). Большинство крупных озерных котловин имеет сложное тектоническое происхождение, в их образовании участвуют как разрывные, так и складчатые движения (Иссык-Куль, Балхаш, Виктория и др.). Все тектонические озера отличаются большими размерами, а большинство — и значительными глубинами, крутыми скалистыми склонами. Дниша многих глубоких озер лежат ниже уровня Мирового океана, а зеркало волы — выше уровня. В расположении тектонических озер наблюдаются определенные закономерности: они сосредоточены вдоль разломов земной коры либо в рифтовых зонах (Сирийско-Африканская, Байкальская), либо обрамляют шиты: вдоль Канадского шита расположились Большое Медвежье озеро, Большое Невольничье, Великие Северо-Американскис озера, вдоль Балтийского щита — Онежское, Ладожское и др.

Название озера

Максимальная площадь поверхности, тыс. км 2

Высота над уровнем моря, м

Максимальная глубина, м

Каспийское море

Северная Америка

Виктория

Северная Америка

Северная Америка

Аральское море

Танганьика

Ньяса (Малави)

Большое Медвежье

Северная Америка

Большое Невольничье

Северная Америка

Северная Америка

Виннипег

Северная Америка

Северная Америка

Ладожское

Маракайбо

Южная Америка

Бангвеулу

Онежское

Тонлесап

Никарагуа

Северная Америка

Титикака

Южная Америка

Атабаска

Северная Америка

Северная Америка

Иссык-Куль

Большое Соленое

Северная Америка

Австралия

Вулканические озера занимают кратеры и кальдеры потухших вулканов (Кронопкое озеро на Камчатке, озера Явы, Новой Зеландии).

Наряду с озерными котловинами, созданными внутренними процессами Земли, весьма многочисленны озерные ванны, образовавшиеся за счет экзогенных процессов.

Среди них наиболее распространены ледниковые озера на равнинах и в горах, находящиеся как в котловинах, выпаханных ледником, так и в понижениях между холмами при неравномерном отложении морены. Разрушительной деятельности древних ледников обязаны своим происхождением озера Карелии и Финляндии, которые вытянуты по направлению движения ледника с северо-запада на юго-восток вдоль тектонических трещин. Фактически смешанное ледниково-тектоническое происхождение имеют Ладожское, Онежское и другие озера. К ледниковым котловинам в горах относятся многочисленные, но небольшие каровые озера, расположенные в чашеобразных углублениях на склонах гор ниже снеговой границы (в Альпах, на Кавказе, Алтае), и троговые озера — в корытообразных ледниковых долинах в горах.

С неравномерной аккумуляцией ледниковых отложений на равнинах связаны озера среди холмистого и моренного рельефа: на северо-западе Восточно-Европейской равнины, особенно на Валдайской возвышенности, в Прибалтике, Польше, Германии, Канаде и на севере США. Эти озера обычно неглубокие, широкие, с лопастными берегами, с островами (Селигер, Валдайское и др.). В горах такие озера возникли на месте бывших языков ледников (Комо, Гарда, Вюрмское в Альпах). В областях древних оледенений многочисленны озера в ложбинах стока талых ледниковых вод, они удлиненные, корытообразной формы, обычно небольшие и неглубокие (например, Долгое, Круглое — под Москвой).

Карстовые озера образуются в местах выщелачивания горных пород подземными и отчасти поверхностными водами. Они глубокие, но небольшие, часто округлые по форме (в Крыму, на Кавказе, в Динарских и других горных районах).

Суффозионные озера образуются в котловинах просадочного происхождения на месте интенсивного выноса подземными водами мелкоземистых и минеральных частиц (юг Западной Сибири).

Термокарстовые озера возникают при прогаивании многолетнемерзлого грунта или вытаивании льда. Благодаря им Колымская низменность — один из самых озерных краев России. Много реликтовых термокарстовых озерных котловин находится на северо-западе Восточно-Европейской равнины в бывшей приледниковой зоне.

Эоловые озера возникают в котловинных выдувания (озеро Теке в Казахстане).

Запрудные озера образуются в горах, часто после землетрясений, в результате обвалов и оползней, перегораживающих речные долины (озеро Сарезское в долине Мургаб на Памире).

В долинах равнинных рек самыми многочисленными являются пойменные озера-старицы характерной подковообразной формы, образующиеся в результате меандрирования рек и последующего спрямления русел; при пересыхании рек в бочагах — плесах образуются речные озера; в дельтах рек — мелкие озера-ильмени, на месте протоков, часто поросшие тростником и камышом (ильмени Волжской дельты, озера Кубанских плавней).

На низменных побережьях морей характерны прибрежные озера на месте лиманов и лагун, если последние отделяются от моря песчаными намывными перемычками: косами, барами.

К особому типу относятся органогенные озера среди болот и коралловых построек.

Таковы основные генетические типы озерных котловин, обусловленные природными процессами. Их расположение на материках представлено в табл. 2. Но в последнее время возникает все больше «рукотворных» озер, созданных человеком, — гак называемых антропогенных озер: озера — водохранилища на реках, озера — пруды в каменоломнях, в соляных копях, на месте торфо разработок.

По генезису водных масс выделяют два типа озер. Одни имеют воду атмосферного происхождения: осадки, речные и подземные воды. Такие озера пресные , хотя в сухом климате в конечном счете могут стать солеными.

Другие озера были частью Мирового океана — это реликтовые соленые озера (Каспийское, Аральское). Но и в таких озерах первичная морская вода может быть сильно преобразована и даже полностью вытеснена и замещена атмосферными водами (Ладожское и др.).

Таблица 2. Распределение основных генетических групп озер по материкам и частям света

Генетические группы озер

Материки и части света

Западная Европа

Зарубежная Азия

Северная Америка

Южная Америка

Австралия

Ледниковые

Ледниково-тектонические

Тектонические

Вулканические

Карстовые

Остаточные

Лагунные

Пойменные

В зависимости от водного баланса , т. с. по условиям притока и стока, озера разделяются на сточные и бессточные. Озера, сбрасывающие часть своих вод в виде речного стока, - сточные; частным случаем их являются проточные озера. В озеро может впадать много рек, но вытекает только одна (Ангара из озера Байкал, Нева из Ладожского озера и др.). Озера, не имеющие стока в Мировой океан, - бессточные (Каспийское, Аральское, Большое Соленое). Уровень воды в таких озерах подвержен колебаниям разной продолжительности, что обусловлено, прежде всего, многолетними и сезонными изменениями климата. При этом меняются морфометрические характеристики озер и свойства водных масс. Это особенно заметно на озерах в аридных районах, по которым сулят о длительных циклах увлажненности и засушливости климата.

Воды озер, как и другие природные воды, характеризуются различным химическим составом и разной степенью минерализации.

По составу солей в воде озера подразделяются на три типа: карбонатные, сульфатные, хлоридные.

По степени минерализации озера подразделяются на пресные (менее 1 %о), солоноватые (1-24,7 %с), соленые (24,7-47 %о) и минеральные (более 47%с). Примером пресного озера может служить Байкал, соленость вол которого составляет 0,1 %с\ солоноватого — Каспийское морс — 12-13 %о, Большое Соленое — 137-300 %о, Мертвое море — 260-270 %о, в отдельные годы — до 310 %с.

В распределении озер с различной степенью минерализации на земной поверхности прослеживается географическая зональность, обусловленная коэффициентом увлажнения. Кроме этого, пониженной соленостью отличаются те озера, в которые впадают реки.

Однако степень минерализации может быть различной и в пределах одного озера. Так, например, в бессточном озере Балхаш, расположенном в засушливой зоне, в западной части, куда впадает р. Или, вода пресная, а в восточной части, которая соединяется с западной лишь узким (4 км) неглубоким проливом, вода солоноватая.

При перенасыщении озер из рассола соли начинают выпадать в осадок, происходит их кристаллизация. Такие минеральные озера называют самосадочными (например, Эльтон, Баскунчак). Минеральные озера, в которых откладываются пластинчатые тонкодисперсные иглы, известны как грязевые.

Важную роль в жизни озер играет термический режим.

Пресные озера жаркого теплового пояса характеризуются самой теплой водой у поверхности, с глубиной она постепенно уменьшается. Такое распределение температуры по глубине называется прямой термической стратификацией. Озера холодного теплового пояса почти весь год обладают самой холодной (около 0 °С) и легкой водой вверху; с глубиной температура воды повышается (до 4°С), вода становится плотнее, тяжелее. Такое распределение температуры по глубине называется обратной термической стратификацией. Озера умеренного теплового пояса обладают переменной стратификацией по сезонам года: летом прямая, зимой обратная. Весной и осенью наступают такие моменты, когда температура по вертикали одинаковая (4 °С) на разных глубинах. Явление постоянства температуры по глубине называется гомотермией (весенней и осенней).

Годовой термический цикл в озерах умеренного пояса разделяется на четыре периода: весеннее нагревание (от 0 до 4 °С) осуществляется за счет конвективного перемешивания; летнее нагревание (от 4 °С до максимальной температуры) — путем молекулярной теплопроводности; осеннее охлаждение (от максимальной температуры до 4 °С) — путем конвективного перемешивания; зимнее охлаждение (от 4 до О °С) — вновь путем молекулярной теплопроводности.

В зимнем периоде замерзающих озер выделяются те же три фазы, что и у рек: замерзание, ледостав, вскрытие. Процесс образования и таяния льда схож с реками. Озера, как правило, на 2-3 недели дольше покрыты льдом, чем реки региона. Термический режим замерзающих соленых озер напоминает режим морей и океанов.

К динамическим явлениям в озерах относятся течения, волнения и сейши. Стоковые течения возникают при впадении реки в озеро и оттока воды из озера в реку. В проточных озерах они прослеживаются на всей акватории озера, в непроточных — на участках, прилегающих к устью или истоку реки.

Высота волн на озере меньше, но крутизна больше по сравнению с морями и океанами.

Движение воды в озерах, наряду с плотной конвекцией, способствует перемешиванию воды, проникновению кислорода в нижние слои, равномерному распределению питательных веществ, что важно для весьма разнообразных обитателей озер.

По питательным свойствам водной массы и условиям развития жизни озера подразделяют на три биологических типа: оли- готрофные, эвтрофные, дистрофные.

Олиготрофные — малопитательные озера. Это большие глубокие прозрачные озера с зеленовато-голубой водой, богатой кислородом, поэтому органические остатки интенсивно минерализуются. Из-за малого количества биогенных элементов они бедны планктоном. Жизнь небогата, но есть рыба, ракообразные. Это многие горные озера, Байкал, Женевское и др.

Эвтрофные озера обладают большим содержанием питательных веществ, особенно соединений азота и фосфора, неглубокие (до 1015 м), хорошо прогреваемые, с буровато-зеленой водой. Содержание кислорода снижается с глубиной, из-за чего зимой бывают заморы рыбы и других животных. Дно торфянистое или илистое с обилием органических остатков. Летом наблюдается «цветение» воды за счет сильного развития фитопланктона. В озерах богатый растительный и животный мир. Они наиболее распространены в зонах лесостепей и степей.

Дистрофные озера бедны питательными веществами и кислородом, они неглубокие. Вода в них кислая, малопрозрачная, бурая из-за обилия гуминовых кислот. Дно торфянистое, фитопланктона и высшей водной растительности мало, животных тоже. Эти озера распространены в сильно заболоченных местностях.

В последнее десятилетие в условиях повышенного поступления с полей соединений фосфора и азота, а также сброса сточных вод некоторых промышленных предприятий наблюдается эвтрофикация озер. Первым признаком этого неблагоприятного явления служит сильное цветение сине-зеленых водорослей, потом в водоеме уменьшается количество кислорода, образуются илы, появляется сероводород. Все это создаст неблагоприятные условия для жизни рыб, водоплавающих птиц и др.

Эволюция озер происходит разными путями во влажном и сухом климате: в первом случае они постепенно превращаются в болота, во втором — в солончаки.

Во влажном (гумидном) климате ведущая роль в заполнении озера и превращении его в болото принадлежит растительности, отчасти остаткам животного населения, которые вместе образуют органические остатки. Временные водотоки и реки приносят минеральные наносы. Мелкие озера с пологими берегами зарастают путем надвигания растительных экологических зон от периферии к центру. В конечном счете озеро становится травянистым низинным болотом.

Глубокие озера с крутыми берегами зарастают иначе: путем нарастания сверху сплавины (зыбуна) — слоя из живых и отмерших растений. Основу ее составляют растения с длинными корневищами (сабельник, вахта, белокрыльник), а на сетке из корневищ поселяются другие травянистые растения и даже кустарники (ольха, ива). Сплавина сначала появляется у берегов, защищенных от ветра, где нет волнения, и постепенно надвигается на озеро, увеличиваясь в мощности. Часть растений отмирает, падает на дно, образуя торф. Постепенно в сплавине остаются лишь «окна» воды, а потом и они исчезают, хотя котловина еще не заполнена отложениями, и только со временем сплавина смыкается со слоем торфа.

В сухом климате озера со временем становятся солончаками. Этому способствуют ничтожное количество осадков, интенсивное испарение, уменьшение притока речных вод, отложение твердых осадков, приносимых реками и пыльными бурями. В результате водная масса озера уменьшается, уровень понижается, площадь сокращается, концентрация солей возрастает, и даже пресное озеро может превратиться сначала в соленое озеро (Большое Соленое озеро в Северной Америке), а затем в солончак.

Озера, особенно крупные, оказывают смягчающее влияние на климат прилегающих территорий: зимой там теплее, летом прохладнее. Так, на береговых метеостанциях у озера Байкал температура зимой на 8-10 °С выше, а летом на 6-8 °С ниже, чем на станциях вне влияния озера. Влажность воздуха близ озера больше из-за повышенного испарения.

В настоящее время все большую популярность с развитием ландшафтной архитектуры приобретают декоративные пруды и ландшафтные бассейны. Тем более, что появилось много специальной литературы, касающейся прудовой тематики и водной архитектуры. Кроме того увеличилось количество компаний, специализирующихся на продаже соответствующего оборудования, а также строительстве водоемов.

Ну а что же делать если хочется построить пруд, ландшафтный бассейн своими руками? Ничего сложного в этом нет. Вот несколько советов, рекомендаций как построить пруд, подобрать насос для пруда, систему фильтрации, а также по эксплуатации водоема.

Совет 1.

Понять для чего Вам нужен этот пруд.

И с какими проблемами Вы можете столкнуться.

При создании ландшафта пруд может выполнять несколько функций:

  • декоративную(разведение водных растений, и рыбок);
  • экстерьерную (подчеркнет детали сада);
  • накопительную (служить как резервуар для полива);
  • рыбоводческую (разведение ценных пород рыбы для употребление в пищу);
  • служить бассейном для купания.

Не все из них можно сочетать. Так нельзя купаться в пруду где будет разводиться рыба из соображений гигиены, чтобы разводить карпов кои и растения нужно специальное устройство пруда(карпы кои с удовольствием питаются кувшинками), в резервуаре для полива невозможно добиться прозрачности и чистоты воды.

Будет ли в пруду фонтан, ручей, водопад? От принятия этого решения напрямую зависит стоимость оборудования, система фильтрации. А так же необходимо подумать о том готовы ли Вы постоянно слышать шум водопада.

Готовы ли Вы мириться с присутствием в пруду непрошеных гостей- лягушки, жуки, водные пауки, слышать вечером громкое пение жаб?

На все эти вопросы необходимо себе ответить!

Итак, Вы готовы строить живой водоем. В таком случае:

Совет 2.

Решить какова будет отделка пруда и декорация берега.

Стиль дома и сада определяет и стиль отделки и декораций пруда. Но и здесь основную роль должно играть назначение пруда:

  • зарыбленные пруды намного быстрее зарастают илом и грязью. Необходимо регулярно чистить дно, а если дно декорировано камнем, это проблематично.
  • если водоем гидроизолирован пленкой, нужно полностью декорировать стенки пруда, или может быть достаточно оформить береговую линию.

Дело в том, что есть три способа устройства пруда

  1. Пруд устраивается природным способом, есть родник, делается котлован, устраивается глиняный замок дается декорация береговой линии и пруд готов.
  2. Выливается бетонная чаша, делается проникающая гидроизоляция. В этом случае возможны любые варианты отделки, от клинкерного кирпича до природного камня.
  3. Гидроизоляция прудовыми пленками. Тут возможны не все случаи отделки, к пленкам камень приклеить невозможно, можно только уложить его либо сухим способом, либо на раствор. Также можно на пленку залить бетонные стенки, и облицевать любой плиткой, либо клинкером, либо природным камнем.

Итак Вы решили для себя какой будет пруд. Теперь нужно рассчитать количество материалов и подобрать оборудование: насос для пруда, систему фильтрации, подсветку для пруда, биопрепараты для здоровья воды. Для примера рассчитаем пруд размером 3х5 метров, глубина 1 м. С небольшим водопадом высотой 0,5м. С рыбами.

Совет 3.

Расчет пленки для пруда.

  1. Пленка для пруда. В настоящее время используется пленка двух типов:ПВХ (полиэтиленовая) и ЭПДМ (бутилкаучуковая), обе пленки не токсичны для рыбы. Но есть рад различий. У пленки ПВХ срок эксплуатации гораздо меньше чем у ЭПДМ мембраны. Первые водохранилища были построены в Испании в 1973году с мембраной ЭПДМ. В 2010г. провели анализ состава пленки и выяснилось что она за 35 лет на изменила своих свойств. У пленки ПВХ со врменем улетучиваются полиэфиры и она теряет свою эластичность, к слову у ЭПДМ коэфициент растяжения достигает 400%. К тому же размеры пленки ЭПДМ гораздо больше, в ширину от 1,5 до 30м, в длину 25-30м., возможны полотнища пленки размером 30х30м! У разных производителей свои размеры полотен, у торговой марки FARESTONE --------, у марки GISCOSA 4,5-6-7,5-9-10,5-12-13,5-15.придлине рулона 25м.

Прежде чем копать пруд выберите производителя и ориентируйтесь по размерам пленки, тогда пленка точно ляжет в Ваш котлован. Чтобы определить размер полотна, возьмите максимальные значения длины L и ширины N и добавьте глубину H, и по 0,5м на загиб пленки у берега.

Формула такова: Длина А=L+2H+1(0,5+0,5), (в нашем случае А=5+2х1+1=8м)

Ширина B=N+2H+1 (в нашем случае А=3+2х1+1=6м)

Итак получаем кусок пленки 6х8м=40м2 подходит производитель марки GISCOSA

  1. Подбираем геотекстиль. Это нетканое иглопробивное синтетическое полотно, он предохранит пленку от проколов и повреждений как в момент строительства, так и при эксплуатации пруда.если декорация пруда будет природным камнем, укладываем геотекстиль под пленку и поверх ее, берем ткани в 2 раза больше, чем размер пленки. В нашем случае 80м2

Совет 4.

Расчет насоса для пруда и системы фильтрации.

Чтобы рассчитать оборудование нужно взять объем пруда. На практике это делается так: V=(L x N x H) х0,7. В нашем случае V=5х3х1х0,7=11,5м3 На декорацию потребуется 2-3м3 камня, принимаем объем нашего пруда 8-10м3.

В случаях, когда в пруду будет разводиться рыба, мощность фильтрации удваивается, то есть нам нужен фильтр мощностью на пруд 20м3 без рыбы. Фильтры бывают двух типов: напорные (герметично закрытый фильтр, через который под напором можно подать воду под напором на водопад) и проточные(фильтр, через который проходит вода самотеком от насоса) .Напорный фильтр можно установить в технической зоне, либо заглубить в землю. Объем воды в напорном фильтре от 5 л. до 75л. Фильтр проточный устанавливается на поверхности, он достаточно велик, требует дополнительных декораций. Кроме того излив воды из этого фильтра -максимальная высота подъема воды. В напорном фильтре предустановлена ультрафиолетовая лампа для осветления воды, в в проточных фильрах это как правило дополнительная опция. В нашем случае мы остановимся на напорном фильтре объемом 50л. С установленной УФ-лампой мощностью 24Вт.

Еще один очень важный момент. Вы должна решить, не будет ли Вам мешать постоянный шум и журчание текущей воды. В водопадах высотой более 0,5м это достаточно громкий звук. Поэтому не нужно в таких случаях смешивать фильтрацию, которая должна работать постоянно, и водопад, который может включаться по желанию. В нашем случае мы примем решение объединить фильтрацию и водопад, в таком случае к нашему фильтру подходит насос производительностью до 10м3/час. При глубине пруда пруда 1м., и высоте подъема воды на 0,5м.насос согласно своим характеристикам на высоте 1,5м дает излив 6,5м3/час. Характеристики насосов указываются на упаковке, либо в каталоге соответствующего производителя. При этом обязательно нужно учитывать потери на трение воды о стенки шлангов. Есть таблица потерь на шлангах, из нее видно, что чем больше диаметр шланка, тем меньше потери. Мы возьмем спиральный морозостойкий шланг диаметром 32мм.потери составят на 5 метрах-0,5 м напора, то есть излив уменьшиться на 0,5м3/час и составит 6м3/час. Чтобы понять поток есть простой способ: 1м3/час излива дает поток шириной 10см и толщиной 1 см. Наш поток будет 60см в ширину, либо 30см и толщиной 2 см.

Совет 5.

Здоровье пруда.

Итак, ваш пруд построен, заполнен водой. Теперь нужно провести гидроиспытания. Запустить фильтрацию и убедиться, что все соединения герметичны. Замерить уровень воды в пруду и оставить фильтрацию на сутки. Если за это время уровень не понизился, можно заниматься здоровьем воды.

Поскольку мы решили что пруд у нас будет живой, то наша задача устроить биобаланс воды. Для этого мы добавляем в пруд активные бактерии. Есть различные биопрепараты для пруды. Бактерии в этих биопрепаратах природные, существующие в обычных водоемах. Они абсолютно безопасны для растений, рыбы и человека. Нужно только строго следовать инструкциям на упаковках, чтобы эффект был максимальным. Механизм работы этих бактерий таков: они питаются нитратами и нитритами, которые также употребляют в пищу простейшие водоросли, то есть являются конкурентами, уничтожают кормовую базу, и водоросли погибают, вода осветляется. Так же есть биопрепараты для борьбы с нитевидными водорослями, для уничтожения донных отложений, биопрепараты для поддержание биобаланса воды в зимний период, а так же препараты для здоровья рыбы и растений. Обязательно нужно добавить стартовые бактерии для запуска фильтрации.

Продавцы препаратов дадут Вам соответствующие инструкции по применению биопрепаратов.

Есть несколько очень важных моментов для поддержания здоровья пруда:

  1. Кормите рыбу строго дозировано(двайте за одно кормление столько корма, сколько рыба съедает за 3-5 минут.
  2. Никогда не кормите рыбу хлебом, комбикормом и пр.
  3. Следите что бы в пруд не стекала вода с грунтом.
  4. Не ставьте в пруд растения, высаженные в торф, чернозем.
  5. Добавляйте биопрепараты в пруд регулярно, согласно инструкциям.

Если Вы все сделали по рекомендациям, правильно подобрали оборудование, не превысили норму зарыбления пруда, пользуетесь биопрепаратами для пруда, у Вас работает ультрафиолетовая лампа. Вы будете любоваться Вашим прудиком и его обитателями!

Приобрести пленку, а также различные аксессуары для строительства пруда или водоема вы можете у нас в магазине:

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

Водохозяйственными расчетами устанавливают общую потребность рыбоводного хозяйства в воде и определяют возможность обеспечения этой потребности принятым источником водоснабжения.
Основой водохозяйственных расчетов служат данные инженерных изысканий, а также нормативные данные по срокам наполнения и сброса прудов, времени их эксплуатации.
Расчет потребности воды производят в следующем порядке. Определяют объемы воды, необходимые для наполнения прудов всех категорий; расходы воды, необходимые для водообмена в зимовальных прудах и живорыбных садках для длительного содержания товарной рыбы; потери воды на испарение с поверхности прудов и транспирацию, фильтрационные потери воды.
Объемы воды на заполнение прудов определяют расчетами и приводят в ведомости основных показателей проектируемых прудов:


Если данные по объему воды в проектной документации отсутствуют, то его находят по формуле

где W - объем, м3; F1 - площадь ложа пруда, ограниченного дамбами, м2; F2 - площадь водного зеркала при НПУ, м2; h - глубина пруда.
Расходы для водообмена в живорыбных садках определяют, исходя из нормы содержания кислорода (не менее 3 мл/л на вытоке), а в зимовальных прудах принимают из расчета полной смены воды в течение 12- 20 сут.
Исходные данные для водохозяйственного расчета - определение потерь воды на фильтрацию и испарение - приводятся в табл. 15 и 16.



Заключительным этапом водохозяйственных расчетов является составление календарного графика водопотребления, совмещаемого с гидрографом источника водоснабжения и сводного водохозяйственного баланса (табл. 17).


Расчет. Требуется определить количество воды и составить график водообеспечения для прудового хозяйства, расположенного в Горьковской области. Хозяйство имеет следующие площади прудов; га: нагульных - 177,5; выростных - 24,0; нерестовых - 1,1; зимовальных - 2,2; летнематочных - 2,0.
Среднегодовой расход воды водоисточника составляет 564 л/с. Зимний расход воды 84,6 л/с, летний - 282 л/с и весенний - 4512 л/с.
При расчетах необходимо знать время работы отдельных категорий прудов. Для рыбоводных хозяйств, расположенных в Горьковской области, примерные сроки наполнения и спуска прудов приводятся в табл. 18. Здесь также даны нормативы по времени наполнения и опорожнения прудов.


Для летних прудов схема расчета будет следующей. Сначала определяется потребность в воде, необходимой для заполнения прудов. Затем вычисляется количество воды, необходимое для восполнения потерь на фильтрацию (см. табл. 15), испарение (см. табл. 16), проточность. При этом учитывается время работы каждой категории прудов.
Определение расхода воды на наполнение прудов производится но формуле Q = W/t, где Q - расход воды на наполнение прудов данной категории, л/с; W - объем воды, л; t - время наполнения прудов, сут.
Развернутый вид формулы таков:

где S - площадь прудов; hср - средняя глубина; 86400 - количество секунд в сутках.


Потери воды на испарение и фильтрацию составит: нерестовые - 1,1 5 = 5,5 л/с; выростные - 24 1 = 24 л/с; маточные - 2 1 = 2 л/с; нагульные - 177,5 1 = 177,5 л/с.
На основании полученных данных составляют совмещенный график водопотребления прудов и гидрограф реки (рис. 50). Сравнивая приходную и суммарную расходную часть водного баланса по месяцам, можно сделать вывод, что пруды будут полностью обеспечены водой.

Как указывалось, пруды и водоемы задерживают и регулируют местный сток, т.е. сток периодически действующих (временных) водотоков. Эти водотоки чаще всего представлены сухими балками, оврагами и лощинами, верховьями рек. Весь годовой сток или подавляющая его часть образуется в результате снеготаяния и проходит за короткий период весеннего половодья. Доля дождевого стока относительно невелика и трудно поддается учету, а в засушливые периоды ничтожна или совершенно отсутствует. Некоторые балки имеют грунтовое питание в течение всего года, образующее так называемый живой ток. Но эту очень незначительную часть годового стока весьма трудно учесть, тем более предвидеть изменения в грунтовом питании после постройки пруда и вызванного этим подпора грунтового потока.

Таким образом, нормой стока для прудов и водоемов можно считать средний сток весеннего половодья. Для определения нормы стока пользуются картами изолиний, на которых показан средний слой весеннего стока в миллиметрах и значения СV весеннего стока).

Коэффициент асимметрии примем равным удвоенному коэффициенту вариации, т. е. CS= 2CV.

Процент обеспеченности определяет то количество лет (из 100), в течение которых гарантируется удовлетворение заданной потребности в воде.

Например, обеспеченность 80 % означает, что заданная потребность удовлетворяется в среднем 80 лет из 100 или 8 лет из 10. В течение 20 лет из 100 или в среднем 1 раз в 5 лет возможно неудовлетворение заданной потребности в воде.

Обеспеченность 90 % означает, что перебои в подаче потребного количества воды можно ожидать в среднем один раз в 10 лет и т.д. Обычно принимается следующая расчетная обеспеченность, %:

при сельскохозяйственном водоснабжении - 90 % и более;

при орошении - 75-80 %

Иногда водоем используют для орошения и водоснабжения одновременно. При этом обеспеченность учитывается как для оросительного водоема, но при эксплуатации принимаются меры к обеспечению прежде всего водоснабжения.

Объем стока любой обеспеченности, в том числе и 80 %, определяется по формуле:

W80%=бУ80%А 1000=0,73 13 28 1000=265 720 м3 ,(1.9)

где W80%- объем стока, м3 , б- коэффициент, учитывающий уменьшение величины стока в результате агромелиоративных мероприятий в разных природных зонах Поволжья, У80%- сток 80 %-й обеспеченности, мм, определяемый по карте изолиний весеннего стока 80 %-й обеспеченности для Советского района, А - водосборная площадь км2

Регулирование поверхностного стока в искусственных водоемах бывает годичным или многолетним.

Годичное регулирование применяется в тех случаях, когда сток расчетного года по обеспеченности достаточен для удовлетворения заданной потребности в воде с учетом потерь. Если сток расчетного года не покрывает потребности в воде, переходят на многолетнее регулирование. Та часть объема водоема, которая расходуется на покрытие недостатков стока в многолетнем разрезе, называется емкостью многолетнего регулирования (VMH). Объем, забираемый ежегодно из пруда на полезное потребление (водоснабжение, орошение и др.), называется полезной отдачей (U0).

Сумма объемов полезной отдачи и годовых потерь на испарение (EДоп), фильтрацию (Ф) и ледообразование (Vл) называется объемом годового потребления (UT). При годичном регулировании потери на ледообразование учитываются в водоемах, используемых для круглогодового водоснабжения, и не учитываются в водоемах сезонного (летнего) действия (сезонное водоснабжение, орошение). При многолетнем регулировании ежегодных потерь на ледообразование не происходит: лед весной тает, и вода, из которой он образовался, сохраняется в водоеме. Емкость пруда складывается из объема воды, необходимого для орошения и водоснабжения Vплз, т.е. полезного объема Vплз = Wop + Wвод=77 500+25 000=102 500 м3, мертвого объема VM0, объема потерь на фильтрацию и испарение hnот Для подсчета объема воды на орошение надо среднюю оросительную норму брутто умножить на площадь орошения fор, т.е.

Woр = . fор=3100 25=77 500 м3 (1.10)

Объем воды на водоснабжение рассчитывается в зависимости от участников водохозяйственного комплекса и прибавляется к Wop.

Возможную площадь орошения на местном стоке для отдельных водосборов можно определить по следующей формуле:

Где fор - возможная площадь орошения местного стока определенного водосбора, га; А - водосборная площадь бассейна (водосбора), км2; hp - расчетный слой стока заданной обеспеченности; б - коэффициент полезной водоотдачи проектируемых прудов в рассматриваемом бассейне; n - КПД оросительных систем, для закрытых систем n = 0,9-0,95; открытых систем

n = 0,6-0,7; Мср - средняя оросительная норма орошаемого севооборота на среднесухой год, м3/га.

Эрозионная деятельность поверхностного стока, задерживаемого прудами, нередко приводит к отложению в них значительного количества наносов, иначе говоря, к их заилению.

При значительном количестве поступающих в пруд наносов он может в короткий период заилиться настолько, что перестанет обеспечивать необходимый объем водоподачи. Возможен также полный выход из строя пруда в результате заиления. Поэтому при расчете пруда и, прежде всего при определении его мертвого объема, учитывают вероятное поступление наносов. Следует отметить, что существующие данные о твердом стоке с малых водосборов сильно расходятся между собой. Наиболее надежным способом установления объема отложившихся наносов следует считать способ аналогии с данными соседних прудов. Для использования водоема по назначению в течение достаточно длительного срока необходимо предохранить его полезный объем от занесения наносами. Все попадающие в пруд наносы должны откладываться на дне мертвого объема. Поэтому мертвый объем следует проверять на заиление. Срок заиления мертвого объема принимают не менее 50 лет.

Для ориентировочного определения годового стока наносов пользуются формулой:

Wт==0,177 тыс. м3 (1.12)

где с0 - норма годовой мутности, г/м3; W0 - годовой сток наносов, м3; m - 10 % донных наносов от взвешенных; д - транзитная часть наносов, сбрасываемых через водосбросный канал в дно балки, т.е. в нижний бьеф водохранилища, д= 0,3 ;

готл - масса наносов, т/м3.

Зная твердый сток за год, устанавливают срок заиления пруда (Т) по выражению:

Т =Vм.о./ WT=114/0,1773=643 года (1.13)

где Vм.о - мертвый объем водохранилища.

Мертвый объем представляет собой неиспользуемый объем воды пруда. Мертвый объем и горизонт мертвого объема определяются в зависимости от условий и требований.

Командование (пруд, водоем) предназначается для самотечного орошения некоторой площади. В этих случаях горизонт мертвого объема определяется наиболее высокой отметкой орошаемого участка, с учетом уклона самотечного канала.

Работа насосов стационарной насосной установки, располагаемой на берегу. Горизонт мертвого объема следует назначать с учетом высотного размещения насосов и допустимой высоты всасывания.

Рыборазведение. Многие пруды, в которых разводится рыба, каждую осень опорожняют для ее отлова. Если же пруд эксплуатируется круглый год и рыба в нем зимует, то мертвый объем и его глубина с учетом ледообразования должны обеспечивать рыбе достаточную площадь, корм и воздух.

Санитарные и противомалярийные требования. Согласно им глубина воды в прудах у плотины летом должна быть не менее 2-3 м.

Чтобы получить отметку уровня (112 м V Умо) к отметке дна на топографической характеристике прибавляют 2-3 м и проводят горизонтальную линию через полученную отметку до пересечения линии УМО с кривой V =f(Н), опускают перпендикуляр на шкалу объемов и отсчитывают по ней УM0 (см. рис. 1.2).

Полный объем пруда определяют как сумму полезного и мертвого объемов:

VПОЛ=VПЛЗ +VМО=102,5+118=220,5 тыс м3 (1.14)

По величине полного объема на топографической характеристике (см. рис. 1.2) определяют отметку V НПУ без учета потерь. Затем V НПУ определяют с учетом потерь, прибавляя к НПУ слой потерь. Допустим V НПУ= 112,65 м, hпот = 0,592 м, тогда с учетом потерь V НПУ будет равна 112,65 м + 0,592 = 113,1 м. Полученная НПУ с учетом потерь уточняется расчетом:

где щнпу, щумо - площади зеркала при соответствующих отметках, снятые с топографической характеристики (см. рис. 1.2).

Исходя из этого подсчитывают весь объем воды в пруду и окончательно принимают отметку V НПУ и объем, т.е. V HПУ = VМО + VПЛЗ + Wпот =102,5+118+101,074=321,574 тыс. м3

Зная расчетный сток и плановую отдачу, ведем расчет водохранилища сезонного регулирования предварительно без учета потерь, а затем окончательно с учетом потерь на испарение и фильтрацию (табл. 1.5).

При таблично- балансовом расчете водохозяйственный год устанавливаем с максимального притока воды с водосбора (с IV месяца). Плановую отдачу, т.е. объем воды, идущий на орошение и водоснабжение, распределяем по месяцам следующим образом: равномерно Wвод на каждый месяц водохозяйственного года плюс Wop - на вегетационный период.

Распределив отдачу (U) по месяцам, определяем конечные наполнения водоема (пруда). Расчет ведем с момента опорожнения пруда (с начала водохозяйственного года от величины VM0) вперед по ходу времени в году путем прибавления расчетного стока WP и вычисления расходуемой отдачи. В гр. 4 табл. 1.5 при расчете конечных наполнений, если объем получается больше полного Vпол, записываем величину полного объема (Vпол), а излишки, которые составят величину сброса (S), заносим в гр. 5.

Затем ведем расчет с учетом потерь. Для этого определяем средние объемы:

Vср=(Vн +Vк)/2 (1.16)

где VH и VK - объемы пруда на начало и конец месяца (по данным табл. 1.5).

Среднюю площадь зеркала щср (гр. 7) находят по топографической или объемной характеристике, в гр. 10 рассчитывают объем потерь WПOT = щср hпот, слой потерь hпот в миллиметрах по месяцам берут из табл. 1.4. Рассчитанные потери hпот в миллиметрах переводят в метры и получают отдачу с учетом потерь, равную Vплз Дальнейший расчет конечных наполнений ведем аналогично варианту, рассчитанному без учета потерь, с новым полученным полным объемом.

По результатам регулирования строят графики работы водохранилища - конечных наполнений (VК) с учетом и без учета потерь (см. табл. 1.5 и рис. 1.3).


Таблица - Расчёт водохранилища сезонного регулирования

Расчётный сток Wp

плановая отдача Up

Наполнение без учёта потерь

Расчёт потерь

Наполнение с учётом потерь

второй вариант

ср. объём Vср

средняя площадь зеркала wср.

итого потерь VП

сток минус отдача и потери

второй вариант
© 2024 Про уют в доме. Счетчики газа. Система отопления. Водоснабжение. Система вентиляции