Введение
плотина гидрологический лесомелиоративный пруд
Ландшафтная архитектура - это творческое направление деятельности человека, сочетающее в себе использование уже состоявшихся канонов ландшафтного дизайна и изыскания новых, более необычных и гармоничных путей благоустройства территории.
Изначально люди стремились приукрасить декоративными и художественными элементами свою территорию изнутри помещения. Однако, со временем возникла и получила развитие тенденция благоустраивать не только помещение снаружи и внутри, но и прилегающую к нему садовую и парковую территорию. В состав благоустройства участка входят не только лишь древесно-кустарниковые и травянистые посадки и различные композиции из них, но и размещение на участке искусственного водоема - фонтан, водопад или пруд.
Наличие правильно сконструированного искусственного водоема на благоустраиваемой территории не только придает гармоничность общей массы, но и усиливает рекреационный эффект вашего участка, создав тем самым место для отдыха (что является важной составляющей частью загородного участка).
Поэтому специалист в сфере ландшафтного дизайна должен обладать необходимыми знаниями для сооружения и правильного размещения искусственного водоема, а так же для размещения близ него необходимой древесно-кустарниковой растительности, что повысит лесомелиоративные качества водоема и рекреационный эффект участка.
Цель: конструирование пруда с грунтовой плотиной с учетом использования местных грунтов в климатических условиях Тобольского района.
Задачи:
1. Изучить физическую, климато-географическую и почвенную характеристики района работ;
2. По материалам топографо-геодезических изысканий выбрать створ плотины;
. Выполнить гидрологические расчеты водохранилища;
. Установить параметры плотины;
. Разработать лесомелиоративные мероприятия на берегах водохранилища.
Физико-географические условия района
Географическое положение
Район является частью обширной Западно-Сибирской равнины и находится в пределах южной тайги, и подтайги.
Территория района представляет собой плоско-волнистую равнину, распространяющуюся к западу и северо-западу от пойм рек Тобола и Иртыша представляет массив государственного лесного фонда.
Территория района покрыта густой сетью рек, как больших, являющимися основными магистралями стока, так и мелких их притоков. Самые крупные реки, протекающие в районе, река Иртыш, Тобол у города Тобольска.
Климатические условия
Климат Тобольского района среднеконтинентальный, в летнее время формирующийся главным образом под воздействием циклонов, перемещающихся с запада. Однако внедрение арктического воздуха вызывает похолодание и заморозки в начале и конце летнего периода. В зимнее время континентальность климата усиливают антициклоны Центральной Азии, обуславливая относительную суровость зимнего периода [Агроклиматические ресурсы Тюменской области, 1972].
Климат характеризуется следующими особенностями: суровая холодная зима, короткие весна и осень, непродолжительный безморозный период. Наблюдаются резкие колебания температуры не только по временам года, но и в течение суток, особенно весной.
Беспрепятственное проникновение арктических масс воздуха с севера и сухих с Казахстана, обуславливает резкие изменения погоды и приводит к общей неустойчивости климата. В целом, природные условия на территории с развитой речной сетью, благоприятны для возделывания зерновых, кормовых культур, картофеля, а также развитию преимущественно молочно-мясного скотоводства, ведения рыбного хозяйства, промыслового рыболовства.
К благоприятным климатическим факторам следует отнести сравнительно теплое лето, довольно продолжительный световой день и вегетационный период, способствующие хорошему росту и развитию растительности. За вегетационный период растения успевают пройти полный цикл годового развития. Значительная высота снежного покрова обеспечивает надежную сохранность всходов голосеменных и покрытосеменных растений от вымерзания [Справочник по климату СССР, 1967].
Температура воздуха
По всему району в течение 5 месяцев, начиная с ноября и по март, средние месячные температуры воздуха остаются отрицательными, а с апреля по октябрь - положительными (Таблица 1).
Средняя годовая температура воздуха близка к 0°С, но остается положительной и составляет 0,2° С.
Годовой ход температур характеризуется минимумом в январе-феврале и максимумом в июле.
Среднесуточная температура самого холодного периода ноябрь-март -220 С. Средняя температура самого жаркого периода - июля +23,60 С.
Зима суровая, морозная и продолжительная. Самые холодные месяцы: январь и февраль с максимальной минимальной температурой -51,80 С (Таблица 2).
Годовая амплитуда температуры воздуха достигает 44°. Продолжительность периода со средней суточной температурой выше 0° - 190 дней, выше +5 и +10° - соответственно 157 и 116.
Лето сравнительно теплое и дождливое. Самый жаркий месяц - июль, его максимальная температура +39,60С.
Климатические данные приводятся в Таблицах 1 и 2 по данным ГУ «Тюменского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ГУ ТЦГМС). Справка №ЦГММ-17/53 от 01.04.2008 г.
Таблица 1. Климатические данные по данным ГУ «Тюменского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды»
| № п/п | Параметры | Месяцы | Год | |||||||||||
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | |||
| Средняя месячная и годовая температура воздуха, 0С | -18,8 | -17,0 | -7,9 | 1,6 | 9,3 | 15,7 | 18,6 | 14,7 | 9,0 | 0,3 | -8,4 | -15,1 | 0,2 | |
| Средняя месячная и годовая относительная влажность воздуха, % | ||||||||||||||
| Среднее месячное и годовое количество осадков, мм. |
Таблица 2. Максимальные значения климатических параметров
| Параметры | Значения |
| Абсолютная максимальная температура воздуха, 0С | +39,6 |
| Абсолютная минимальная температура воздуха, 0С | -51,8 |
| Средняя максимальная температура самого жаркого месяца (июль), 0С | +23,6 |
| Средняя минимальная температура самого холодного месяца (январь), 0С | -24,5 |
| Максимальное годовое количество осадков, мм | |
| Минимальное годовое количество осадков, мм |
Таблица 3. Среднемноголетние температурные параметры по г. Тобольску
| Месяц | Абсолютный минимум | Средний минимум | Средняя | Средний максимум | Абсолютный максимум |
| январь | -48.5 (1964) | -22.5 | -17.9 | -13.4 | 5.5 (1903) |
| февраль | -47.7 (1967) | -21.5 | -16.4 | -11.2 | 5.5 (1995) |
| март | -41.8 (1964) | -13.6 | -7.8 | -2.1 | 14.7 (1951) |
| апрель | -30.3 (1964) | -2.8 | 2.0 | 7.3 | 29.5 (1982) |
| май | -14.6 (1890) | 4.3 | 9.6 | 15.6 | 35.7 (2004) |
| июнь | -2.2 (1968) | 11.2 | 16.4 | 22.0 | 44.5 (1901) |
| июль | 3.4 (1975) | 13.7 | 18.6 | 23.7 | 39.6 (1901) |
| август | -2.9 (1967) | 10.3 | 14.9 | 19.9 | 33.8 (1936) |
| сентябрь | -6.5 (1909) | 4.9 | 8.8 | 13.5 | 30.1 (1982) |
| октябрь | -34.4 (1969) | -1.9 | 1.4 | 5.1 | 23.0 (1991) |
| ноябрь | -40.1 (1890) | -12.6 | -8.8 | -5.2 | 12.3 (2006) |
| декабрь | -51.8 (1958) | -19.3 | -14.8 | -10.6 | 4.5 (2003) |
| год | -51.8 (1958) | -4.1 | 0.6 | 5.5 | 44.5 (1901) |
Ветровой режим
Для Тобольского района характерна высокая повторяемость направлений ветра. В соответствии с изменением характера атмосферной циркуляции изменяется направление основных воздушных потоков и ветровой режим.
Преобладающими являются ветры западного направления, в зимний период преобладают ветры юго-западного направления, весной и осенью - ветры юго-восточного направления. Для летних месяцев характерны ветры - северного и северо-западного направлений. Повторяемость штилей в среднем составляет 12% в год.
Скорость ветра в течение года меняется незначительно и составляет в среднем 5-7 м/с. Дней с ураганным ветром (скорость 15 м/сек и более) в среднем 15 в году. Приурочены они в основном к зимнему периоду, реже к засушливым дням лета.
Максимальная из средних скоростей по румбам за январь - 6,3 м/сек.
Максимальная из средних скоростей по румбам за июль - 4,1 м/сек.
Преобладающие направления ветра по румбам показаны в таблице 4.
Осадки
Основную массу атмосферных осадков на территорию района работ приносят ветры северного и северо-западного направления. Максимальное годовое количество осадков составляет 466 мм в год (Таблица 2). В зимний период регистрируется по 15-24 мм осадков в месяц. Большая часть осадков, таким образом, приходится на летние месяцы года (июнь-август) - 58-72 мм.
Обычная интенсивность осадков невелика, суточный максимум может достигать 65 мм.
В целом территория характеризуется умеренными показателями температуры воздуха, преобладают ветры небольшой скорости, с возможными сильными, резкими порывами (до 20 м/с) во время гроз, влажностный режим находится в зоне комфорта, количество осадков изменяется по сезонам года: большее количество осадков выпадает в летний период.
плотина гидрологический лесомелиоративный пруд
Таблица 5. Среднемноголетнее число дней с твердыми, жидкими или смешанными осадками на территории Тобольского района
| вид осадков | янв | фев | мар | апр | май | июн | июл | авг | сен | окт | ноя | дек | год |
| твердые | 0.1 | 0.3 | |||||||||||
| смешанные | 0.7 | 0.5 | 0.2 | 0.9 | |||||||||
| жидкие | 0.3 | 0.7 | 0.1 |
Таблица 6. Среднемноголетняя помесячная сумма осадков по Тобольскому району, мм.
| Месяц | Норма | Месячный минимум | Месячный максимум | Суточный максимум |
| январь | 0.7 (1896) | 42 (1999) | 16 (1978) | |
| февраль | 0.8 (1952) | 51 (1970) | 23 (1970) | |
| март | 1 (1976) | 57 (2001) | 19 (1971) | |
| апрель | 0 (1896) | 83 (1949) | 40 (1949) | |
| май | 4 (1991) | 112 (1932) | 50 (1896) | |
| июнь | 6 (1936) | 200 (1942) | 65 (1942) | |
| июль | 10 (1911) | 232 (1976) | 65 (1976) | |
| август | 4 (1968) | 198 (1947) | 102 (1976) | |
| сентябрь | 3 (1896) | 126 (1950) | 38 (1944) | |
| октябрь | 7 (1950) | 693 (1907) | 130 (1907) | |
| ноябрь | 3 (1996) | 70 (1969) | 18 (1999) | |
| декабрь | 0.6 (1974) | 55 (1995) | 17 (1948) | |
| год | 273 (1952) | 681 (1947) | 130 (1907) |
Почвенные условия
Для почвы Тобольского района характерно: хорошая дренированность, развитие овражно-балочной сети, Биологической особенностью является значительное распространение болотных и иных болотных переувлажненных почв с замедленным круговоротом веществ. Это определяет низкую геохимическую устойчивость ландшафтов, широкое распространение сосновых лишайниковых лесов и луговых сообществ с активной минерализацией растительных остатков и закреплением веществ в гумусовом горизонте.
Встречаются дерново-глеевые, глеево-оподзоленные, но преобладают дерново-подзолистые почвы (Рис. 1).
Установка плотины
Выбор места под устройство плотины
Как правило, в целях экономии финансовых затрат и времени плотину проектируют в самом узком месте балки. Длина плотины не должна превышать 200-300 м.
На данном участке ориентировочно определяется уклон балки. Затем выбираем ориентировочно створ плотины, пометив это места штрих-линией.
Глубина балки определяется по формуле:
hб=Hmax - Hmin
(то есть, от самой высокой отметки балки отнимаем самую низкую).
hб=105-80=25 м
Конструкция плотины
В основном, для прудов характерны земляные плотины. Основные требования к плотинам в соответствии с СНиП 2.06.05-84*:
устойчивость гребня и откосов; фильтрующая сквозь плотину вода не должна выносить частицы грунта (в нижнем бьефе располагают обратный дренаж или, иначе говоря, фильтрационную призму); защищенность верхового и низового откосов от размыва волнами и осадками; достаточно прочное основание плотины, исключающая посадки; устойчивость грунтов основания; размеры водосбросных сооружений не должны допускать перелив воды через гребень плотины; дно и откосы водосброса должны быть укреплены; под подошвой необходимо снять дерновый слой (во избежание фильтрации); конструкция и параметры плотины принимаются из условий минимальных фильтраций через ее тело к откосам из условий их устойчивости (этим требованиям отвечает форма поперечного сечений в виде трапеции).
Затем назначается материал из которого будет сооружаться плотина. Чаще это среднесуглинистый грунт с содержанием о 40-50% песка. Если плотина проектируется из данного типа грунта, то коэффициенты заложения можно принять равными 3,0 для мокрого откоса (верхний бьеф) и 2,0 для сухого откоса (нижний бьеф).
Целесообразно применить плотину из однородного грунта, так как в СНиП 2.06.05-84* рекомендуется, что при наличии в районе строительства достаточного количества относительно водонепроницаемых грунтов, особенно суглинков, лессов, строят плотину из однородного грунта.
В соответствии с СНиП 2.06.05-84*, земляные насыпные плотины можно возводить из всех видов грунтов, за исключением:
содержащих водорастворимые включения хлоридных солей более 5% по массе, сульфатных или сульфатно хлоридных более 10% по массе;
- содержащих не полностью разложившиеся органические вещества (остатки растений, например) более 5% по массе или полностью разложившиеся органические вещества, находящиеся в аморфном состоянии, более 8% по массе.
Преимущества однородных плотин - простота и быстрота возведения, возможность применения комплексной механизации, что значительно снижает стоимость работ по сравнению с другими типами земляных плотин. На территории Тобольского района преимущественно расположены именно суглинки, что значительно упростит процесс возведения плотины с экономической и временной точки зрения.
В соответствии с СНиП 2.06.05-84*, мокрый откос плотины крепят бетонными плитами или камнем, сухой же покрывают дерном или засевают травами. Следовательно, для мокрого откоса проектируемой плотины будут применены бетонные плиты, а для сухого - дерн.
Для предохранения тела плотины и ее низового откоса от разрушения и для понижения уровня фильтрации вод на проетируемую платину сооружается дренажная призма, высота которой принимается за ¼ от высоты плотины. Ширина призмы по верху 1-1,5 м, в поперечном сечении это форма трапеции с заложением откосов, равным 2.
Параметры плотины
Для определения высоты плотины необходимо знать отметку гребня плотины, ее подошвы. Отметка подошвы плотины - самое глубокое место дна балки. Плотину проектируют такой высотой, чтобы гребень был выше НПУ на величину запаса hзап, находящийся по формуле:
hзап=hп+hк+hв, где
hп - коротковременное переполнение пруда из за притока талых вод, 0,4-1 м
hк - капиллярное непромачивание гребня плотины, для суглинков 1-1,5 м)
hв - величина, учитывающая накат и нагон ветром, 0,5-1 м
Отметка гребя находится по следующей формуле:
Hгреб=НПУ+hзап
Hгреб.=100+2=102
Определение высоты плотины происходит по формуле: Hплот=Hгреб-hдна
Hплот=102-77.4=24.6 м
В соответствии с СНиП 2.06.05-84*, минимальная ширина гребня принимается 5-7 м, с учетом того, чтобы по плотине мог двигаться транспорт в двух направлениях и с учетом возможных ремонтных работ на месте плотины.
В данном случае предполагается проектирование плотины со строительством дороги III категории - автомобильные дороги общегосударственного, областного, местного значения. В соответствии с СНиП 2.06.05-84*, ширина проезжей части составит 7,0 м, ширина обочин составит 2,5 м. Следовательно, исходя из представленных данных, ширина гребня плотины будет составлять 12 м.
Ширина подошвы плотины рассчитывается по следующей формуле:
B=m1×hпл+m2×hпл+b, где
h - высота плотины, м
m1, m2 - коэффициенты заложения откосов соотв. мокрого и сухого
b - ширина гребня, м
B=3×24.6+2×24.6+7=130 м