Водопропускные сооружения
Если не предусмотреть слив излишка воды, постоянно поступающей из реки или ручья, а также образующейся во время весеннего таяния снегов, то уровень воды в головном пруду будет повышаться, вода начнет переливаться через гребень и размоет плотину. Чтобы этого не произошло, в теле плотины или вне ее устраивают водосбросные сооружения.
Водосбросные сооружения - устройства для сброса излишка паводковых вод из головного пруда, а также для частичного или полного сброса воды перед обловом рыбы и для регулирования уровня воды в головном пруду. Могут пропускать лед. Бывают автоматические, регулируемые или комбинированные. Автоматические водосбросы - порог сооружения (та часть, куда сливается вода из пруда) располагают на том уровне, на котором желательно сохранить уровень воды в пруду. При превышении уровня воды над этой отметкой вода автоматически сбрасывается из верхнего бьефа в нижний. К водосбросам автоматического действия относят водосбросной земляной канал, открытый бетонный водослив, шахтный и трубчатый водосбросы. Автоматические водосбросы устраивают при максимальных паводковых расходах до 50 м3/с. При больших расходах строят управляемые водосбросы, у которых порог сооружения располагают ниже нормального уровня воды в головном пруду, вплоть до дна. Следует подчеркнуть, что водосбросные сооружения - наиболее дорогостоящая часть водоема. Их стоимость достигает 30-50% от общей себестоимости пруда. Из-за этого часто сдерживается строительство прудов в подсобных хозяйствах и сельхозпредприятиях, располагающих скромными средствами.
Уменьшить расходы можно за счет отказа от строительства или удешевления водосливов. Отказаться от водосбросов возможно, если площадь водосбора реки, ручья, оврага или балки (то есть та площадь местности, с которой стекают подземные и поверхностные воды) меньше 10 км2 и пруд оборудован донным водоспуском, который может быть использован для пропуска паводка. При большей площади водосбора строят водосбросы. Наиболее дешевым является земляной водосливной канал (рис. 14).
Грунт выемки канала может быть использован для сооружения тела плотины. В поперечном сечении канал имеет форму трапеции. Уклон дна канала 0,002-0,005. Для обеспечения спокойного и плавного входа в канал и выхода из него входную и нижнюю части канала расширяют. Рабочая глубина канала около 1 м, ширина по дну - 2 м и более. Дно канала на входе располагают на уровне нормального подпорного уровня головного пруда. При превышении этого уровня вода самотеком переливается из пруда в реку. Дно и стенки канала следует укрепить камнем или дерном. Боковой водослив устраивают при паводковом расходе до 10 м3/с. К недостаткам можно отнести его недолговечность и необходимость частого ремонта. Открытый бетонный водосброс устраивают в теле плотины или на берегу. Он представляет собой канал трапециевидного сечения, прорезающий поперек плотину сверху по гребню. Дно водосброса располагают на отметке нормального подпорного уровня. При его превышении вода переливается через порог сооружения, состоящего из подводящего канала (входной горизонтальной части), быстротока (средней наклонной части), водобойного колодца (углубления за сухим откосом, в котором гасится энергия стекающей вниз воды) и рисбермы (укрепленного основания водосброса, расположенного за водобойным колодцем, предохраняющего от размыва участок между выходом из водосбросного сооружения и водосбросным каналом или рекой) (рис. 15). Открытый бетонный водосброс делают из монолитного бетона или железобетона. Для проезда автотранспорта предусматривают проезжий мост, а для прохода - пешеходный мостик. Применяют при расходах воды до 50 м3/с.
Шахтный и трубчатый водосбросы. Принцип их действия такой же, как у сливной трубки бачка унитаза. Они имеют вертикальную часть, представляющую собой открытые трубу или шахту, верхний край которых расположен на отметке НПУ. При его превышении вода автоматически сбрасывается по трубе или шахте в нижний бьеф. Трубчатые водосбросы устраивают при расходах воды до 15 м3/с, шахтные - до 30 м3/с. Трубчатый водосброс (рис. 16) - система железобетонных труб, расположенных под плотиной на материковых грунтах. Вход в сооружение представляет собой ковш, верх которого расположен на отметке НПУ. Внутренние стенки ковша - наклонные, с коэффициентом заложения 0,5-1,0. За ковшом расположен оголовок для соединения с трубами. Труба также заканчивается оголовком. Пропускная способность трубчатого водосброса определяется приближенной формулой:
Q = 1.82Р * Н3/2,
где Q - расход воды, м3/с; Р - периметр водослива ковша, м; Н - высота ковша, м; 1,82 - эмпирический безразмерный коэффициент, учитывающий величину ускорения свободного падения (9,81 м/с2).
Шахтный водосброс (рис. 17) состоит из вертикальной шахты квадратного, круглого или шестигранного сечения, горизонтальной водопроводящей трубы прямоугольного или круглого сечения и водобойного колодца. Верх шахты, расположенный на отметке НПУ, огораживают мусороудерживающей решеткой. Выполняют из сборного или монолитного железобетона. В нижней части шахты иногда делают затвор для сброса всей воды из головного пруда. Пропускная способность шахтного водослива с плоским гребнем определяется формулой:
Q = 1.59P * H3/2,
где Q - расход воды, м3/с; P - периметр горизонтального сечения вертикальной шахты, м; Н - напор воды над порогом шахты, м; 1,59 - эмпирический безразмерный коэффициент, учитывающий величину ускорения свободного падения (9,81 м/с2) и коэффициент расхода шахты. Управляемые водосбросы устраивают при больших расходах воды (от 30 до 200 м3/с). Осязательным элементом являются затворы, позволяющие регулировать уровень воды в головном пруду и пропускаемый через водосброс поток воды. Затворы могут быть выполнены как металлические задвижки, поднимающиеся и опускающиеся с помощью винтового подъемника. Сооружают водосбросы чаще всего в теле плотины на коренном грунте. Они представляют собой закрытый сверху бетонный или железобетонный лоток прямоугольного сечения, входная часть которого перегорожена затвором. При строительстве прудов для фермерских хозяйств сооружение управляемых водосбросов маловероятно.
Донные водоспуски (монахи) могут быть отнесены к водосбросным сооружениям, так как с их помощью можно сбрасывать излишек воды в прудах при паводке. Чаще всего донные водоспуски относят к сооружениям рыбосборно-осушительной системы прудов. Донные водоспуски - сооружения, предназначенные для полного сброса воды из прудов и перемещения рыбы в рыбоуловитель, а также для регулирования уровня воды и для обеспечения водообмена. Наряду с плотинами и дамбами относятся к группе основных и обязательных гидротехнических сооружений рыбоводных прудов. В небольших прудах с малым расходом воды, используемых в фермерских хозяйствах, могут быть единственными и достаточными водо- и рыбопропускными сооружениями. Донный водоспуск располагают в самой низкой точке пруда, чтобы вода самотеком сливалась из него. Основные части донного водоспуска (рис. 18) - входная часть, вертикальная башня (стояк), водопроводящая и выходная части, служебный мостик. Входную и выходную части делают из бетона или железобетона, вертикальную башню и горизонтальную водопроводящую часть - из асбоцементных, бетонных, железобетонных, металлических или пластиковых труб. Последние применяются все чаще. Они легче стальных в девять раз, устойчивы к коррозии, характеризуются минимальными потерями напора воды из-за увеличения шероховатости, удобны при монтаже, не разрушаются, а только растягиваются при замерзании воды в них. Диаметр труб рассчитывают, исходя из площади пруда, его глубины и нормативного времени сброса воды из него. В вертикальной башне (стояке) имеются пазы из швеллеров для рыбозаградительных решеток и шандор. Шандоры - деревянные щитки, представляющие собой гладко оструганные доски или брусья высотой 15-20 см и толщиной 20-50 мм. Шандоры могут быть с ровной боковой поверхностью и с выступами. Во втором случае ряд из них представляет собой шпунтовую стенку (рис. 19). Шандоры вставляют в пазы в стояке. Обычно имеется два ряда шандор. Первый - со стороны воды в пруду и второй - ближе к дамбе. В первом ряду внизу ставят рыбозаградительную решетку. В этом случае вода через решетку проходит в пространство между рядами шандор и переливается через второй ряд. Убирая или добавляя одну или несколько шандор во втором ряду, мы можем понизить или повысить уровень воды в пруду. При этом два ряда шандор и решетка в первом ряду обеспечивают сброс нижних, наиболее загрязненных слоев воды, куда оседают экскременты рыб, погибшие водоросли и зоопланктон, остатки кормов. Решетка препятствует выходу рыбы из пруда. Такое устройство стояка наиболее рациональное и пригодно при организации водообмена в прудах. Для того чтобы вода не просачивалась между шандорами, между рядами насыпают немного опилок. Они плотно закупоривают имеющиеся щели. Пропускная способность донного водоспуска рассчитывается по формуле:
Q = S * (2gH)1/2/(151/2 + 0,021/d),
где Q - пропускная способность, м3/с; S - площадь сечения трубы, м2; H - действующий напор воды, м; l - длина трубы донного водоспуска, м; d - диаметр трубы донного водоспуска, м; g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с 2. Исходя из этой формулы, зная расход воды, который необходимо пропустить через донный водоспуск, и длину трубы, можно рассчитать ее диаметр. Для небольших прудов, чтобы удешевить строительство, применяют донные водоспуски упрощенного типа, без стояка (рис. 20). Донный водоспуск упрощенного типа состоит из приямка, лежака с затвором и устройства для открывания и закрывания затвора. Последнее может быть выполнено в виде лебедки с тросом или стержня с винтовой нарезкой, приваренного к металлической задвижке-затвору, двигающейся в пазах-швеллерах. Лежак укладывают в теле плотины на уровне дна. Такие упрощенные водоспуски часто применяют для прудов, построенных в балках и оврагах. На малых прудах площадью до 1 га и донный водоспуск, и паводковый водосброс можно сделать в виде труб, уложенных в плотине или дамбе. При этом трубу донного водоспуска располагают на уровне дна пруда, а паводкового водосброса - на отметке нормального подпорного уровня (рис. 21). Со стороны сухого откоса плотины обе трубы оборудуют решетками и задвижками, открывающимися с помощью винтового подъемника. Для того чтобы поток воды из верхней трубы не размывал откос дамбы, его укрепляют каменной наброской, бетонными плитами или прокладывают лоток до нижнего бьефа. Диаметр труб рассчитывают по приведенной выше формуле для донных водоспусков, зная расход воды. Итак, мы построили плотину с водосбросным сооружением и донным водоспуском и у нас образовался русловой пруд, в котором после установки верховины и строительства рыбоуловителя мы можем выращивать рыбу. Следовательно следующими шагами будут сооружение рыбозаградительного устройства и рыбоуловителя. Об устройстве верховины шла речь в разделе "Как создать рыбоводную ферму, если водоем уже имеется". Здесь же мы раскажем о рыбоуловителях.
