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.

Сезонное регулирование стока обусловлено неравномерностью внутригодового распределения стока, ежегодно повторяющимися периодами чередования повышенных и пониженных расходов, несовпадением режимов стока и водопотребления.

Сезонное регулирование поверхностного стока - процесс перераспределения поверхностного стока по сезонам в пределах одного года. При сезонном регулировании пруд наполняется в многоводные периоды времени (весеннее половодье, летние паводки), а затем накопленный объем воды расходуется в маловодные периоды года (летняя межень), покрывая дефициты отдачи.

Определение полезного объема пруда

Полезный объем пруда - объем воды, который может быть использован для водоснабжения различных потребителей. Полезный объем пруда равен суммарному водопотреблению, размер которого зависит от состава и количества водопотребителей.

При эксплуатации пруда водопотребление будет возрастать, поэтому необходимо учесть дополнительный полезный объем воды на перспективу. Он принимается в размере 20% от установленного полезного объема.

Таким образом, полезный объем пруда W полез, м 3 , будет равен:

W полез = 1,2 Ч (W бр + W в/потр + W пож/т), (11)

где W бр - объем воды брутто для орошения, м 3 (формула 5);

W в/потр - объем воды для хозяйственного и производственного водопотребления, м 3 (таблица 3);

W пож/т - объем воды для пожаротушения, м 3 (формула 7).

W полез = 1,2 Ч (145000 + 62520,85 + 26280) = 280561,02 м 3

Определение мертвого объема пруда

Мертвый объем пруда - объем воды, предназначенный для размещения наносов, поступающих в чашу пруда в течение принятого срока его службы. Период времени, в течение которого полностью заиляется мертвый объем, называется сроком службы пруда. В зависимости от местных условий и хозяйственных требований срок заиления мертвого объема принимают в пределах от 30 до 50 лет (принимаем 45 лет).

Среднее годовое количество наносов W нан, м 3 , поступающее с площади водосбора в чашу пруда, определяем по отношению:

W нан = , (12)

где - средняя мутность воды рек, г/м 3 (принимаем 300 г/м 3);

Переходный коэффициент от мутности постоянных к мутности временных водотоков. При площади водосбора 5-10 км 2 значение переходного коэффициента = 15-10; при площади водосбора 10-30 км 2 - =10-7;

Средний многолетний объем годового стока, м 3 (формула 13);

r - доля влекомых по дну наносов, от объема взвешенных. Долю влекомых по дну наносов принимают в пределах 0,02-0,06;

Средняя концентрация отложений наносов, т/м 3 . Среднюю концентрацию отложений наносов принимают 0,8 т/м 3 .

W нан = = 1071 м 3

Средний многолетний объем годового стока, м 3 , рассчитываем по формуле:

W ст = 1000 Ч h сл.ст. Ч S в/с Ч k ум, (13)

где h сл.ст. - средняя высота слоя весеннего стока, мм (принимаем 32 мм);

S в/с - площадь водосбора балки, км 2 ;

k ум - коэффициент уменьшения стока с малых водосборов. Принимают в пределах 0,8-0,9.

W ст = 1000 Ч 32 Ч 10 Ч 0,85 = 272000 м 3

Величину мертвого объема W м, м 3 , которая равна объему отложившихся наносов за срок службы пруда, вычисляют по формуле:

W м = k зад Ч W нан Ч t 3 , (14)

где k зад - коэффициент, учитывающий величину задержанных в пруду наносов. От 60 до 80% поступивших в пруд наносов откладывается на дне. Остальные 20-40% выносятся из него со сбросной и оросительной водой. Поэтому k зад принимают равным 0,6-0,8;

t 3 - период заиления мертвого объема или срок службы пруда (t 3 = 30-50 лет).

W м = 0,7 Ч 1071 Ч 45 = 33736,5 м 3

Уровень воды в пруду, соответствующий мертвому объему пруда, называется уровнем мертвого объема (УМО).

По батиграфическим кривым пруда (рисунок 1) определяем глубину воды у плотины (Н умо), отметку уровня воды (vУМО) и площадь водного зеркала (S умо), соответствующие мертвому объему пруда.

Согласно графику,

Н умо = 3,3 м;

vУМО = 78,9 м;

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.