Инженерно-геологические условия

1.1.4  Инженерно-геологические условия

Наливной пруд предназначен для орошения и располагается в эрозийной балке, впадающей в долину р. Бельбек, в пределах южного склона обширной межгорной долины, разделяющей внутреннюю гряду Крымских гор.

Участок створа плотины и чаша пруда сложены известняками инкерманского яруса нижнего палеогена и четвертичными отложениями.

Известняки светло-серые, органогенные, массивные, крепкие. Четвертичные отложения представлены двумя генетическими видами пород:

a)  делювиально-пролювиальными, залегающими в днище балки и представленными древесными грунтами и суглинками общей мощностью 07 – 4,2 м. Водопоглощающие породы – выветренная зона известняков и древесные грунты.

Водоупор – монолитная зона известняков.

Грунтовые воды в балке на период изысканий под плотиной встречаются на глубине 5-7 м.

 

 

2  ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ РАСЧЕТ

 

Проектируемый пруд является наливным. Наполнение его осуществляется в осенне-зимний период из реки Бельбек по наполняющему водоводу.

Согласно топографической характеристике чаши пруда отметке НПУ = 74,60м соответствует объём:

W_НПУ = 335 тыс. м³

Площадь зеркала:

F_НПУ = 4,05 га

Отметке ФПУ = 78,20 м соответствует объём:

W_ФПУ = 495 тыс. м³

Площадь зеркала:

F_ФПУ = 5,1 га

Отметке УМО = 59,10 м соответствует объём:

W_УМО = 14,0 тыс. м³

Площадь зеркала:

F_УМО = 0,51 га

Потери воды на фильтрацию через основание и тело плотины при хороших геологических условиях принимаются 15% от полного объёма пруда.

 

W_Ф = 0,15W_ср., тыс. м³ (2.1)

где W_ср – средний объём пруда, тыс. м³

W_ср =  + W_УМО =  +14 = 174,5 тыс. м³ (2.2)

 

W_Ф = 0,15 · 174,5 = 26,2 тыс. м³

Потери на испарение с водной поверхности определяем по формуле:

W_ИСП. = h_исп. · F_ср. = 0,393 · 174,5 = 68,57 тыс. м³ (2.3)

 

где h_исп. – слой испарений, принятый по карте изолиний,

h_исп.= 393мм;

F_ср. – средняя площадь зеркала, соответствующая среднему объему,

W_ср - = 174,5 тыс. м³;

Общие потери воды из пруда:

W_ПОТ. = W_Ф + W_ИСП. = 26,2 +68,57 = 94,77 тыс. м³ (2.4)

Полезная отдача из пруда:

W_ПОЛ. = W_НПУ - W_УМО - W_ПОТ. = 335 – 94,77 – 14 = 226,23 тыс.м³ (2.5)

 

Возможная площадь орошения:

ω_ор. =  =  = 113 га (2.6)

 

где  - средневзвешенная оросительная норма,

 = 2000 м³/га

 

3. КОМПОНОВКА СООРУЖЕНИЙ

В состав сооружений гидроузла входят:

1.  Земляная плотина с ядром, высота которой 28,2 м назначена с учетом создания аккумулирующей ёмкости для полного зарегулирования паводка.

2.  Водовыпуск для подачи воды для орошения и опорожнения пруда. Трасса водовыпуска прокладывается у правого борта, где скала почти выходит на поверхность, что позволит разместить трубу водовыпуска на прочном основании.

3.  Трубопровод для наполнения пруда начинается у автодороги Бахчисарай-Ялта, далее проходит по окраине села Танковое, затем у плотины переходит на левый борт, где заходит в пруд.

В связи с отсутствием поводкового водосброса компоновка гидроузла отличается простотой.

 

4. ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА

 

4.1 Проектирование поперечного профиля плотины и её высоты

 

4.1.1 Определение отметки гребня плотины и её высоты

Отметку гребня плотины назначаем су четом возвышения его над расчетным уровнем воды. Возвышение гребня плотины «h» определяем по двум расчетным уровням воды в верхнем бьефе:

1.  По нормальному подпорному уровню;

2.  По форсированному подпорному уровню.

Возвышение гребня плотины определяем с учетом высоты наката ветровой волны «h_н», ветрового нагона «∆h» и конструктивного запаса «а».

h = h_н + ∆h + а (4.1)

где h_н – высота наката ветровой волны на откос, м;

∆h – высота ветрового нагона, м;

а – конструктивный запас, м. Зависит от класса капитальности, для плотины 3 класса а = 0,5 м.

Прежде чем определить высоту наката ветровой волны на откос, необходимо определить высоту бегущей волны «h_%» расчетной обеспеченности, её длину «λ» и период «Т». Элементы ветровых волн зависят от скорости ветра, длины разгона волны и формы водохранилища.

Расчетная скорость ветра на высоте 10 м определяется по формуле 4.2:

V_Р = K_Z × K _{f i} × V_Z (4.2)

 

где K_Z – коэффициент приведения к высоте 10м. при высоте плотины более 10 м K_Z = 1;

K _fi – коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеренных по флючеру. При V < 20 м/с K _fi = 1,0;

V_Z – максимальная скорость ветра, измеренная на высоте Z.

При НПУ V_Z – 4% обеспеченности, при ФПУ – 50% обеспеченности.

V_40% = 16 м/с, V_50% = 7,3 м/с.

Расчеты при НПУ ФПУ

Расчетная скорость ветра: V_Р = 1·1·16 = 16 м/с

V_Р = 1·1·7,3 = 7,3 м/с

Средние параметры волны в глубоководной зоне определяем в следующем порядке:

Определяем безразмерные величины:

  и (4.3)

где  - ускорение свободного падения  = 9,81 м/с²;

 - продолжительность действия ветра. Для предварительных расчетов принимаем  = 6 часов;

 - расчетная длина волны,  = 5,6 км.

 = 5,6 км  = 6,2 км

 =  = 13237 =  = 29027

 =  = 176,3  =  = 937

 

По графику 1.5 [Л1] с 23 по найденным величинам находим:

 и (4.4)

 = 0,09 = 4,4 = 0,12 = 5,3

 = 0,025 = 1,8  = 0,045 = 2,9

Среднюю величину высоты волны  и период Т определяем по минимальным значениям.

 = 0,025  = 1,8  = 0,45;  = 0,24

 =  =  = 0  =  =  = 0

Т =  =  = 2,94 с Т =  =  = 2,16 с

 

Средняя длина волны определяется по формуле:

λ_d = (4.5)

λ_d =  =  = 13,5 м λ_d =  =  =7,3 м

Обеспеченность высоты волны при определении высоты каната принимается равной 1% обеспеченности. Высоту волны при этой обеспеченности определяем по формуле:

= К_i · (4.6)

где К_i – коэффициент принимается по графику1.6 [Л1] с 24

при  = 176,3 К_i = 2,07  = 937 К_i = 2,13

= 2,07 · 0,65 = 1,35 м = 2,13 · 0,24 = 0,51 м

 

Высоту наката волны для глубоководной зоны определяем по формуле:

 

 = К_т · К_р · К_sр · К_гип ·  ·  (4.7)

где К_т и К_р – коэффициент принимается по таблице 1.4 [Л1] с 24,

в зависимости от вида покрытия откоса. Для железобетонных плит К_т= 1,0; К_р= 0,9.

К_sр – коэффициент зависящий от крутизны откоса и скорости ветра.

Принимаем по таблице 1.5 [Л1] с 25,

К_sр = 1,5 К_sр = 1,1

 

К_гип - коэффициент принимается по графику ……… в зависимости от отношения λ_d/

 

 =  =10; К_гип =1,38  =  =14,5; К_гип =1,7

 

 – коэффициент, учитывающий угол между фронтом волны и нормалию к оси плотины. Принимаем  =0, тогда = 1,0.

Подставляем данные в формулу 1.7, получим:

 

 = 1·0,9·1,5·1,38·1·1,35 =2,52  = 1·0,9·1,1·1,7·1·0,51 =0,86

Высоту ветрового нагона определяем по формуле:

∆h =  = (4.8)

где  – коэффициент принимается в зависимости от скорости ветра,

 = 2 · 10^-6;

 - глубина воды перед плотиной

при НПУ  = НПУ -  дна = 74,5 – 51,5 = 23 м;

при ФПУ  = ФПУ - дна = 78,2 – 51,5 = 26,7 м.

 

∆h = 2 · 10^-6 =0,013 м ∆h = 2 · 10^-6 =0,003 м

 

Подставляем найденные величины в формулу 4.1, получим:

 h = 2,51 + 0,013 + 0,5 = 3,023 м h = 0,86 + 0,003 + 0,5 = 1,363 м

Отметка гребня плотины:

ГП = НПУ+ h =74,5+3,023=77,523м ГП = ФПУ+ h =78,2+1,36=79,56м

 

Из двух значений принимаем большее значение. Окончательно принимаем отметку гребня ГП = 79,60 м.

Определяем проектную высоту плотины:

Н_пр. = ГП - осн., м (4.9)

 

где  осн. – отметка основания плотины, м.

 осн. = тальв. – t_р.с., м (4.10)

где  тальв. – отметка тальвега, равная 51,6 м;

t_р.с. – толщина снятия растительного слоя в тальвеге,

t_р.с. = 0,2 м.

осн. = 51,6 – 0,2 = 51,4 м

Н_пр. = 79,6 – 51,4 = 28,2 м

 

В первые годы эксплуатации плотина даст осадку. Принимая величину осадки для хорошо укатанных плотин равной 2% от Н_пр., определим строительную высоту плотины:

Н_стр. = 1,02 · Н_пр. = 1,02 · 28,2 = 28,76 м (4.11)