Как высчитать какой объем воды у пруда. Как построить водоем. Советы начинающим по строительству прудов и водоемов

— 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.

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

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.

Практическая работа 1

Определение морфометрических характеристик озера

ЗАДАНИЕ:

Определить морфометрические характеристики озера (схема озера и необходимые для расчетов данные выдаются преподавателем каждому студенту в индивидуальном порядке)

Порядок выполнения работы. Важной характеристикой озера является его геогра­фическое положение (широта, долгота) и высота над уровнем моря.

Эти данные уже позволяют составить общее представление об основных чертах режима озера. Географическое положение озера в определенной мере отражает общие климатические особенности района, а высотное положение определяет также местные влияния климатических и других факторов на процессы, происходящие в озере.

При изучении озер и озерных котловин важно установить не только условия их образования, но и определить ряд числовых ха­рактеристик, дающих количественные представления об основных элементах озера и озерной котловины. Эти характеристики но­сят название морфометрических .

Площадь озера ω, м 2 , вычисляется двояко: либо вместе с площадью островов, либо отдельно площадь водной поверхности. Так как бе­рега озер не отвесны, площадь водной поверхности (зеркала озера) изменяется при изменении уровня озера.

Длина озера - L, м - кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными точками, расположенными на берегах озера, измеряе­мое по поверхности озера.

Таким образом, эта линия будет прямой лишь в случае сравнительно простых очертаний озера; для изви­листого озера эта линия, очевидно, может быть и не прямой, а со­стоять из отдельных отрезков прямых и кривых линий.

Ширина озера – различают:

Наибольшую ширину - В, м , определяе­мую как наибольший поперечник (перпендикуляр) к линии длины озера,

Среднюю ширину – В ср ,м , представляющую отношение площадиω озера к его длинеL

Коэффициент извилистости т - степень развития береговой линии - отношение длины береговой линииs к длине окружности круга, имеющего площадь, равную площади озера,

Коэффициент извилистости береговой линии может также быть выражен отношением длины береговой линии S к периметру ломаной линииS " , обводящей контур озера:

В этом случае получается более правильное представление об изрезанности береговой линии.

Широкое применение при оценке водных запасов озера имеет кривая изменения площади озера с глубиной , представляющая со­бой график связи площадей горизонтальных сечений озера и соот­ветствующих им глубин, икривая изменения объема озера в зави­симости от его глубины.

На Рис. 1 представлены кривые изменения площади и объема Онежского озера с глубиной. Такие кривые дают воз­можность определить площадь зеркала озера и объема воды для любого уровня. Эти величины необходимо знать при всех расчетах.

Рис. 1. Кривые площадей и объемов озера

Объем воды в озере W , м 3 может быть определен по карте изобат, пользуясь «методом призм». Изобатные поверхности делят объем озера на ряд слоев, каждый из которых можно рассматривать приближенно как призму, основаниями которой будут площади, ограниченные смежными изобатами, а высота равна сечению между ними. Обозначив площади, ограниченные отдельными изобатами, черезω 0 , ω 1 , ω 2 , ω 3 … ω n , а сечение их через h , объем воды в озере определим по формуле

W =
+
+
+…+
+∆ W =

=
∆ W ,

где ∆ W – объем, заключенный между площадью последней самой глубокой изобаты и точкой дна озера с максимальной глубиной, определяемый по формуле:

∆W =
,

где h мак с – максимальная глубина озера в метрах;h n – глубина, соответствующая наибольшей изобате,ω n – площадь последней (самой глубокой) изобаты.

Максимальная глубина озера – h макс , м.

С
редняя глубина озера - h ср , м - отношение объема воды в озере к площади его зеркала.

Средний уклон дна между изобатами определяется по формуле:

где l 1 , l 2 – длины изобат, между которыми определяется уклон;h – сечение изобат,ω – площадь кольца между изобатами.

Средний уклон озера I определяется по формуле:

где n – число изобат.

Знание элементов, характеризующих форму озерной котловины, необходимо не только для того, чтобы понять основные законо­мерности режима озера, но и для решения ряда хозяйственных задач, связанных непосредственно с эксплуатацией озера. Напри­мер, при использовании озера в транспортных целях необходимо знать распределение глубин в пределах всей акватории и, в частности, в зоне бере­говой отмели. При регули­ровании стока вытекающих из озера рек необходимо иметь кривые зависимости объема воды и площадей озера от высоты стояния уровня. Для расчета элемен­тов волн важно знать рас­пределение глубин и ширин озера по различным направлениям и т. д.

Изменение объема воды в озерах и, следовательно, ее уровня определяется притоком и оттоком. Поступление воды происходит за счет осадков, выпадающих на поверхность, и стекания их с водосбора озера, а также за счет подземных источников. Отток воды связан с испарением с поверхности озера, фильтрацией через дно и стоком через вытекающую реку. Если поступление воды превышает отток, то объем озера увеличивается, а уровень его повышается. Когда же потери воды больше притока, то озеро мелеет. В районах, где много , воды в озера поступает больше, чем теряется при испарении и фильтрации. Поэтому они дают начало рекам, по которым сбрасывается избыток воды. Такие озера называют проточными. В засушливых районах (с сильным испарением) воды для образования реки недостаточно, поэтому озера там не имеют или он может быть временным. Такие озера называют бессточными, а если они пересыхают в отсутствие притока воды - эфемерными. Подобные озера характерны для Северного , где некоторые виды рыб (карась, линь) зарываются в донный ил на глубину до 1,5 м при пересыхании водоема. В пересохшем озере рыба в состоянии спячки может находиться 2 - 3 года, пока после многоснежной зимы или дождливой весны снова не возникнет озеро. В результате в озере все время обновляется. Время обновления зависит от объема и интенсивности обмена воды. Небольшие проточные озера могут обновляться за несколько недель, а, например, период обновления вод - 380 лет. Если реки - это в основном системы, переносящие растворимые вещества и наносы, то озера служат накопителями веществ, приносимых с водой, причем количество растворенного вещества сильно меняется в зависимости от проточности. Озера делятся на пресные (всегда проточные озера), солоноватые (обычно на какое-то время они становятся проточными) с содержанием солей от 1 до 25 г/л и с содержанием солей более 25 г/л (как правило, бессточные озера). Минеральные озера распространены в основном в засушливых регионах мира, но больше всего их . В некоторых минеральных озерах содержание солей может достигать 300 - 350 г/л. Это насыщенный раствор, в котором происходит кристаллизация солей и выпадение их в осадки. Их называют соляными. Здесь ведется добыча соли. В сухой сезон такое озеро может пересохнуть и превратиться в солончак. В России, в Астраханской области, есть озеро Баскунчак площадью 104 км которое питается солеными ключами . В нем осаждается поваренная соль, которую добывают из озера уже многие годы.

Благодаря , изменению плотности воды, а также воздействию впадающих и вытекающих вода в озерах все время находится в движении. В некоторых озерах она перемешивается до дна, а в других - только в верхних слоях. Тогда в нижнем, неперемешиваемом, слое температура постоянная и большая концентрация растворенных веществ, чем в верхнем слое. Иногда в такой зоне застоя в связи с отсутствием кислорода и разложением органических веществ скапливается сероводород. Такое явление наблюдается на озере Гекгель в и Беловодь во Владимирской области в России.

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.

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