Проектирование прудового рыбоводного полносистемного карпового хозяйства общей площадью 400 га в VІ зоне рыбоводства

Общий фильтрационный расход через плотину определяют по формуле:

Ряд допущений позволяет упростить расчеты.
Метод аналитического расчета однородной земляной плотины, предложенный Е.А. Замариным, заключается в замене реального профиля плотины расчетным эквивалентным профилем с вертикальным откосом со стороны верхнего бьефа, называемым раздельным сечением (рис. 9).

Рисунок 9 – Схема к фильтрационному расчету плотины с дренажом при отсутствии воды в нижнем бьефе

Последовательность проведения расчета
Все расчеты и чертежи приведены в Приложении.
1. Вычерчиваем в масштабе поперечное сечение земляной плотины с дренажем.

2. Определяем положение раздельного сечения (АВ через ∆L).
Положение раздельного сечения (АВ) определяем по горизонтальному расстоянию ∆L от точки пересечения верхового откоса с уровнем воды верхнего бьефа. Величину ∆L определяют по формуле:
∆L = ε Н m,
где ε – коэффициент, зависящий от рода грунта и принимаемый равным 0,30; Н – напор воды в верхнем бьефе, 10,8 м; m – коэффициент заложения верхового откоса, m = 2,5
∆L = 0,3۰10,8۰2,5= 8,1 м.

3. Вычисляем величину захода кривой депрессии в дренаж (l) и определяют ординату кривой депрессии в месте выхода ее на низовой откос (h1) из выражения:
h1 = 2 l = √L2 + H2 - L, откуда l = h1/2,
где L – расстояние от конца верхового откоса дренажной призмы до раздельного сечения, определяем по чертежу; l – нулевая точка координат кривой депрессии в месте выхода ее на низовой откос; H – напор воды в верхнем бьефе, при отсутствии воды в нижнем бьефе плотины Н – высота воды перед плотиной.
h1 = √34,12 + 11,32 – 34,1 = 1,8 м, l =0,8/2= 0,9 м.

4. Устанавливаем начало координат кривой депрессии (точка 0): ось X направлена по уровню воды в нижнем бьефе в сторону верхнего бьефа, ось У проходит через начало координат 0 на расстоянии l от точки пересечения внутреннего откоса дренажа с осью X.
Принимая начало координат в точке пересечения раздельного сечения с основанием плотины (0) и задаваясь различными значениями х, вычисляем соответствующие величины у, используя выражение:
у2 = 2 h1 х, откуда у = √2 h1 х.
Значения х и у записываем в таблицу 11.

Таблица 11
Значения х и у для построения кривой депрессии

х 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 у 3,7 4,6 5,3 6 6,6 7 7,6 8 8,5 8,9 9,3 9,7 10

5. По величинам х и у наносим точки кривой депрессии на чертеж и соединяем их плавной кривой. У верхнего бьефа кривую депрессии исправляем от руки так, чтобы она примыкала к верховому откосу под прямым углом.

6. Определяем общий фильтрационный расход через плотину Q, м3/сут. При отсутствии воды в нижнем бьефе расчетные формулы упрощаются:
Q = q۰L′,
где L′ – общая длина плотины (м), определяется по Генеральному плану хозяйства. Удельный расход на фильтрацию плотиной (q, м3/сут на 1 м длины плотины) определяем из выражения:
q = k H2 / 2 (L +l),
где k – коэффициент фильтрации грунта тела плотины (например, для суглинка k = 0,07 м3/сут на 1 м длины плотины); L – величина из фильтрационного расчета.

q = 0,07 ۰ 10,82/2 ۰ (34,1 + 0,9) = 0,12 м3/сут на 1 м,
Q = 0,12 ۰ 2350 = 282 м3/сут.

7. Определяем расчетный объем земляных работ по возведению плотины и заносим результаты в таблицу 12.
Объемы линейных земляных сооружений (плотин, дамб, каналов и пр.) вычисляют приближенным способом путем деления сооружения вертикальными поперечными плоскостями в характерных точках перелома продольного профиля (рисунок 10) на призматоиды (рисунок 11). По площадям поперечных сечений F1 и F2 и расстоянию l между ними определяют объемы V отдельных призматоидов, а затем суммируют их.
Поперечное сечение насыпей и выемок имеет обычно вид трапеции, площадь которой вычисляют по формуле:
F = (b + mh) h,
где b – ширина гребня насыпи (или ширина по дну выемки); m – коэффициент заложения откосов; h – высота насыпи (или глубина выемки).
При различных коэффициентах заложения откосов m = (m1 + m2) : 2.

5 6

Рисунок 10 – План контура плотины по основанию, полученного в результате разбивки: 1-8 – поперечники; 9 – верховой откос; 10 – гребень плотины; 11 – борозда по подошве откоса


Рисунок 11 – Фигуры для подсчета объема земляных работ:
а – призматоид для подсчета объема насыпи; б – поперечное сечение насыпи; b – ширина гребня; h – высота насыпи; с – заложение откоса; m – коэффициент заложения откоса
Таблица 12
Результаты расчета по объему земляных работ
№№
точек Высота
плотины, м Заложение
откосов Ширина
гребня, м F1,
м2 F2,
м2 Fср., м2 Расстояние
между
точками, м Объем
работ
W, м3 m n 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 1 1,5 2,5 1,5 10 0 19,5 9,8 135 1323 2 6,5 2,5 1,5 10 19,5 149,5 84,5 515 43517,5 3 9,5 2,5 1,5 10 149,5 275,5 212,5 580 123250 4 11,5 2,5 1,5 10 275,5 379,5 327,5 390 127725 5 12,5 2,5 1,5 10 379,5 437,5 408,5 50 20425 6 10,5 2,5 1,5 10 437,5 325,5 381,5 75 28612,5 7 5,5 2,5 1,5 10 325,5 115,5 220,5 260 57330 8 0,5 2,5 1,5 10 115,5 5,5 60,5 245 14822,5 9 0 2,5 1,5 10 5,5 0 2,8 135 378 ИТОГО: 417383,5 L′ – длина плотины по гребню 2350 м (по Генеральному плану).

Для возведения плотины необходимо выполнить земляные работы в объеме 417383,5 м3.

3.9. Гидравлический расчёт паводковых водосбросов
и головных водозаборов
Водосбросные сооружения входят в состав гидротехнических узлов головных, нагульных (русловых) прудов и гидротехнических узлов комплексного назначения. Водосбросные сооружения в рыбоводных хозяйствах проектируют следующих типов: автоматические, управляемые и комбинированные. В данном проекте гидравлический расчет регулируемого водосброса с плоскими затворами осуществляют исходя из условий работы прямоугольного водослива с широким порогом. Водослив может быть незатопленным или затопленным. Если отношение h/H <0,7 (h – глубина воды в нижнем бьефе над порогом водосброса, Н – напор над порогом в верхнем бьефе), то водослив считается незатопленным, если h/H >0,7 – водослив считается затопленным (рисунок 12).



Рисунок 12 – Водослив с широким порогом:
а – незатопленный; б – затопленный; в – ширина потока воды
в сжатом сечении; г – отверстие открытого паводкового водосброса

Расчётная формула для незатопленного водослива с широким порогом:
Q = М۰bсж۰√2g ۰H03/2,
где: Q – максимальный паводковый расход, м3/с, являющийся расчётным расходом; bсж – ширина потока, м; Н0 – действующий напор над порогом водосброса (принимается 3 м):
Н0 = Н + V2/2g,
где g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2; V – скорость, с которой вода подходит к водосбросу, м/с; V2/2g – скоростной напор.
Если течения в водохранилище нет, тогда V = 0, V2/2g = 0. Поэтому полный напор Н0 = Н. Отсюда:
____
bсж = Q / М۰√2g ۰H03/2, или bсж = Q / М ۰H03/2, или bсж = Q / М ۰√Н3.
где М – коэффициент плавности входа в водосброс (из таблицы 13 Методуказаний М = 1,55).

bсж = 24,9 / 1,55 √27 = 3,1 м.

Зная bсж, можно определить полную строительную ширину водосброса:
bстр = bсж + 0,07 n Н + mб Сб + mc Cc,
где n – число сжатий, число сжатий, n назначают с таким расчётом, что у каждого устоя имеется по одному сжатию, у каждой промежуточной стойки – по два сжатия;
mб – количество бычков (ставятся через 3-5 м) – в КП не ставятся;
Сб – ширина бычков (0,6-0,8 м);
mс – количество стоек (ставятся через 1 м) – 1 шт.;
Сс – ширина стойки (0,4 м).

bстр = 3,1 + 0,07 ۰4۰3+ 0 + 1۰0,4 = 4,34 м.

Таблица 13
Коэффициент плавности входа
Порог водослива М φ С закруглённым входным ребром
Без закругления входного ребра
Без закругления входного ребра и при
неровном шероховатом входе 1,55
1,42
1,33 0,92
0,85
0,80
Шахтные водосбросы. При отсутствии подтопления со стороны водоподводящей трубы пропускную способность водосброса любого сечения определяют по формуле:
_____ _____ ____________
Q = m۰b۰√2g۰H3/2, откуда b = Q / m۰√2g۰H3/2, или b = Q / m۰√2g۰H3,

где Q – максимальный паводковый расход, м3/с; b – периметр сливной кромки шахты, м; m – коэффициент расхода, равный для шахты с плоским гребнем 0,36-0,40; H – напор над порогом водослива, м (0,75-1 м и более).

При шахте круглого сечения с радиусом R используется формула:
_____ _____ ____________
Q =m۰2 R√2g۰H3/2, откуда R = Q / m۰ 2 π ۰√2g۰H3/2, или R = Q / m 2π √2g۰H3.
При проектировании водосбросов используют типовые проекты. Так для шахтного водосброса с пропускной способностью 10 м3/с размеры шахты следующие: в плане – 2,7×2,7 м; высота – 4, 5 и 6 м; для водосброса с пропускной способностью 30 м3/с соответственно – 4,4×4,4 м; 4, 5 и 6 м.

Гидравлический расчет головных водозаборов
1. Головной водозабор закрытого типа представляет собой трубчатый водоспуск, работающий под напором.
Пропускную способность (Q, м3/с) водозабора определяют по формуле:
Q = ω v,
где ω – площадь поперечного сечения трубопровода, м2; v – скорость, м/с.
___________ __________
v = √2g H0 / √1 + ξ ,
где H0 – действующий напор (разность уровней воды верхнего и нижнего бьефов), м; ξ – коэффициент потерь в трубопроводе, м.
ξ = λ l / d + ξвх + ξвых,
где λ – коэффициент трения; l – длина трубы, м; d – диаметр трубы, м; ξвх и ξвых – коэффициенты местных сопротивлений.

Диаметр трубы водозабора для пропуска известного расхода воды определяют гидравлическими расчетами, используя приведенные выше формулы:
- если известна скорость, следует найти площадь поперечного сечения (ω)
______________
по формуле: ω = Q / v. ω = π d2/ 4. Тогда d = √4 ω / π.

- из формулы ξ = λ l / d + ξвх + ξвых находят d = ξ – (ξвх + ξвых) / λ l.

2. Открытый шлюз-регулятор представляет собой лоток прямоугольного сечения со стенками их Г-образных железобетонных блоков и монолитным днищем на бетонной подготовке.
Пропускную способность (Q, м3/с) водозабора определяют по формуле:
___________________
Q = φп b h √2g (H – h),
Q = 6062,6 м3/с
где φп = 0,85; b – ширина лотка шлюза-регулятора, м; H – глубина воды в верхнем бьефе перед оголовком, м; h – глубина воды в отводящем канале, м.

Ширину лотка шлюза-регулятора (b, м) для известного расхода воды определяют, исходя из приведенной выше формулы:
___________________
b = Q / φп h √2g (H – h).
__________
b = 6,0628/0,85 ۰1,15۰√2 ۰ 9,8۰ 0,2 = 3,1 м.
Выбирается типовой проект головного водозабора со следующими параметрами: двухочковый; ширина по дну каждого отверстия – 150 см, высота воды над порогом сооружения – 150 см, на расход – 8,3 м3/с .

3.10. Сооружения рыбосборно-осушительной системы
3.10.1. Рыбосборно-осушительные каналы прудов карпового хозяйства
Рыбоводные пруды бывают залиты водой за определённый отрезок времени. По окончании периода работы вода из рыбоводного пруда должна быть полностью спущена, а ложе его очищено. Для сбора воды с ложа и подвода её к донному водоспуску, а также для полного ската рыбы на ложе пруда нарезают сеть рыбосборно-осушительных каналов, она зависит от рельефа ложа пруда. Чем спокойнее рельеф, тем проще схема расположения рыбосборно-осушительной системы каналов. При спокойном рельефе осушительную систему проектируют по схемам (рисунок 13).


Рисунок 13 – Схема расположения сети рыбосборно-осушительных каналов на ложе пруда – ёлочная

При ёлочном расположении каналов боковые каналы подводят к устраиваему каналу под углом 45-60º и делают их на расстоянии примерно 50 м один от другого. При сложном рельефе схема расположения осушительных каналов может быть усложнена.
Схемы в прудах хозяйства:
в нагульных и выростных – елочная; в карантинных и изоляторных – только центральная рыбосборно-осушительная канава.
Размеры поперечного сечения рыбосборно-осушительной сети различны и зависят от категории пруда. Для нагульных прудов глубину каналов назначаем 1,0 м, ширину по дну – 1,0 м, коэффициент заложения откосов 1,5; для выростных – 1,5 м ;для карантинных и изоляторных прудов глубина каналов равна 0,5 м, ширина по дну – 0,4 м, коэффициент заложения откосов – 1,5




3.10.2. Донные водоспуски
Сооружения предназначены для полного сброса воды из прудов и перемещения рыбы из прудов в рыбоуловители, для регулирования уровней воды и обеспечения водообмена в прудах, особенно в зимовальных.
Донный водоспуск может быть использован для пропуска строительных расходов в период строительства головного гидротехнического узла. Донные водоспуски располагают в самых глубоких местах водоема с таким расчетом, чтобы был обеспечен полный сброс воды как из пруда, так и из рыбосборноосушительной системы. В рыбоводной практике (и для данного проекта) применяют донные водоспуски закрытые трубчатые (рис. 14).

Рисунок 14 – Железобетонный донный водоспуск:
1 – железобетонная башня; 2 – щитки; 3 – решетка; 4 – водопроводящая часть (асбестоцементная труба); 5 – диафрагма; 6 – водобойный колодец

Основные части донного водоспуска – входная часть, вертикальная башня, водопроводная и выходные части, служебный мостик.
Донные водоспуски делают из бетона, монолитного или сборного железобетона с применением для водопроводной части асбестоцементных, металлических и железобетонных труб.
Донные водоспуски различных категорий прудов отличаются диаметром водопроводящей части. Через них должен быть пропущен расход воды, зависящий от площади пруда, глубины его и времени сброса воды из него. Напор перед водоспуском зависит от категории пруда. Так, донные водоспуски в нерестовых прудах должны быть рассчитаны на напор 1-1,5 м, в выростных, зимовальных, маточных – на напор 1,5-2 м, пойменных нагульных – на напор 1,5-3,0 м, нагульных русловых и головных – на напор 3-5 м.
При строительстве донных водоспусков с напором 1-2,5 м применяют бетон, монолитный и сборный железобетон, с напором 3-5 м – монолитный и сборный железобетон.
В данном проекте произведен гидравлический расчёт донных водоспусков для каждой категории прудов. В соответствии с ним выбраны диаметры водопроводящих труб: для нагульных – 1000 мм, для карантинных и изоляторных - 291 мм, для зимовальных – 338 мм, для выростных – 576 мм.




Гидравлический расчёт донных водоспусков
Необходимо подобрать диаметр трубы донного водоспуска для каждой категории прудов. Для этого, необходимо рассчитывают расход воды Q, пропускаемый водоспуском:
Q = F 10000 hср / tсп 86400 (м3/с),
где F – площадь пруда, га; hср – средняя глубина пруда; tсп – время спуска (принимается по сводной таблице 10).
Затем определяем напор, действующий на данный водоспуск, в зависимости от категории и глубины запроектированных прудов (Н – максимальная глубина пруда). Напор (Н) следует принимать как половину максимального напора водоспуска, так как при спуске воды из пруда Н – величина переменная, изменяющаяся от НПУ до нуля.
Используя расчетные данные (Q, м3/с и Н/2), можно определить диаметр трубы (в мм) донных водоспусков по графику (рисунок 15).
H, м
Q
Рисунок 15 – График пропускной способности донных водоспусков
при различных напорах

В данном проекте произведен гидравлический расчёт донных водоспусков для основных категорий прудов. В соответствии с ним выбраны диаметры водопроводящих труб: для зимовальных прудов – 338 мм; выростных –576 мм; нагульных – 1000 мм, карантинных – 291 мм (таблица 14).

Таблица 14
Диаметры водопроводящих труб донных водоспусков
основных категорий прудов
Категория пруда F, га hср., м H, м H/2, м t, сут. Q, м3/с d, мм Зимовальный 0,5 1,8 2,5 1,25 0,5 0,21 338 Выростной 18 1,5 1,8 0,9 4 0,78 576 Нагульный 84,6 1,9 2,3 1,15 10 1,86 1000 Карантинный 0,2 1,9 2,3 1,15 0,2 0,2 291
3.10.3. Рыбоуловители
Размеры рыбоуловителя зависят от площади пруда и количества находящейся в пруду рыбы и могут быть взяты из таблицы 15 (МУ, 2013).

Таблица 15
Размеры рыбоуловителей в зависимости от массы рыбы в пруду
Площадь пруда, га Общий вылов рыбы, т Полезный объем рыбоуловителя, м3 Размеры рыбоуловителя, м ширина по дну длина глубина 50 60 300 7 35 1 100 120 600 8 50 1 250 250 1200 10 110 1 500 400 2000 14 130 1
В данном хозяйстве запроектировано 3 рыбоуловителя: 1 для выростных и 2 для нагульных прудов (таблица 16).

Площадь пруда, га Общий вылов рыбы, т Полезный объем рыбоуловителя, м3 Размеры рыбоуловителя, м ширина
по дну длина глубина В-1 18 25 300 7 35 1 Н-1 – Н-4 338,4 680 1200 10 110 1
Для выростного пруда площадью 18 га запроектировано строительство типового рыбоуловителя на общий вылов рыбы 25 т: полезный объем рыбоуловителя – 300 м3 (шириной по дну – 7 м, длиной – 35 м и глубиной – 1 м),
для нагульных – на общий вылов рыбы – 680 т, полезный объем рыбоуловителя – 300 м3 (шириной по дну – 10 м, длиной – 110 м и глубиной – 1 м).










Заключение
Результатом работы стал проект полносистемного карпового хозяйства с земляной плотиной. За время работы над курсовым проектом были освоены расчеты прудового фонда, расчет расхода воды от весеннего снеготаяния, водохозяйственный расчет, расчет магистрального канала и фильтрационный расчет плотины. Также были систематизированы данные по гидротехнике. Курсовой проект позволил оценить всю сложность проектирования рыбоводного хозяйства и всю важность знания гидротехники для рыбовода.
Источником водоснабжения является река Псезуапсе, размер водосборной площади которой равен 290 км2. Длина реки 39 км. Глубина в месте строительства – 1 м. Отметка уровня воды над уровнем моря – 174 м. Растительный покров в пределах зональной нормы. Наличие лесов на водосборной площади 11% общей площади водосбора, наличие болот – 1% и озёр – 2%.
Параметры плотины:
- Ширина по гребню b, м – 10 м;
- Коэффициенты заложения откосов, соответственно m – 2,5 м; n – 1,5;
- Высота плотины с учетом сухого запаса (d), м: Нпл – 12,5 м;
- Отметка гребня плотины ▼ГП – 185,5;
- Длина плотины по гребню L′ – 2350 м (измеряется по Генеральному плану).
▼НПУводохр = 183,8.
Для возведения земляной плотины потребуется выполнить около 417383,5 м3 земляных работ.
Трассирование магистрального канала вели с уклоном канала I = 0,001. Общая длина канала составила 2350 м. Глубина общая 1,87 м.

Состав прудового фонда хозяйства:
нагульные пруды – 4 пруда общей площадью 338,4 га. Средняя глубина – 1,9 м;
выростные пруды – 1 пруд общей площадью 15 га. Средняя глубина – 1,5 м;
мальковые пруды – 2 пруда общей площадью 2 га. Средняя глубина – 0,8 м;
нерестовые пруды – 7 прудов общей площадью 0,7 га. Средняя глубина – 0,5 м;
зимовальные пруды – 6 прудов с общей площадью 3,0 га. Средняя глубина – 1,8 м;
зимнематочные пруды – 2 пруда общей площадью 0,1 га. Средняя глубина – 1,8 м;
зимнеремонтные пруды – 4 пруда общей площадью 0,2 га. Средняя глубина – 1,8 м;
летнематочные пруды – 2 пруда общей площадью 2 га. Средняя глубина – 2 м;
летнеремонтные пруды – 4 пруда общей площадью 4 га. Средняя глубина – 1,8 м;
карантинные пруды – 2 пруда общей площадью 0,1 га. Средняя глубина – 1,9 м;
изоляторные пруды – 2 пруда общей площадью 0,4 га. Средняя глубина – 1,8 м.

Список использованных источников

Баранов А.А. Сборник заданий к практическим и лабораторным занятиям / А.А. Баранов. – пос. Рыбное, 2007. – 167 с.

Мамонтова Р.П. Рыбохозяйственная гидротехника: Учебник / Р.П. Мамонтова. – М.: Моркнига, 2012. – 377 с.

Орлова З.П. Рыбохозяйственная гидротехника / З. П. Орлова. – М.: Пищевая промышленность, 1978. – 279 с.

Справочник по рыбохозяйственной гидротехнике / Под ред. М. Киппера. – М.: Легк. и пищ. пром-сть, 1983. – 279 с.

Электронный вариант методических указаний к написанию курсового проекта для студентов всех форм обучения по направлению подготовки (специальности) «Водные биоресурсы и аквакультура» / Составитель Р.П. Мамонтова, 2012 г. – 34 с.















18










36










36