Методические указания и задания по выполнению контрольной работы для студентов заочного отделения специальности
СОДЕРЖАНИЕ: Рекомендовано методической комиссией инженерного факультета заочного отделения 24. 05. 2004МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
___________________
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ
___________________
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
Кафедра сельскохозяйственной мелиорации
КОМПЛЕКСНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ
МЕЛИОРАТИВНЫХ
И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ОБЪЕКТОВ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Для студентов заочного отделения специальности
1-74 05 01 – мелиорация и водное хозяйство
Горки 2004
Рекомендовано методической комиссией инженерного факультета заочного отделения 24.05.2004.
Составил доцент В. И. ВИХРОВ.
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение……………………………………………………………………………………... |
...3 |
| Литература…………………………………………………………………………................ |
...4 |
| 1. Вопросы для самостоятельного изучения дисциплины по разделам заданий контрольной работы……………………………………………………………………... |
...4 |
|
2.. Выполнение контрольной работы………………………………………………………. |
..7 |
| Приложения………………………………………………………………………………….. |
24 |
УДК 631.6
Комплексные изыскания мелиоративных и водохозяйственных объектов: Методические указания и задания по выполнению конт-рольной работы / Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; Сост. В. И. В и х р о в. Горки, 2004. 26 с.
Приведены вопросы для самостоятельного изучения дисциплины, исходные данные, методика, порядок и примеры выполнения заданий по геодезическим, гидрологическим и гидрогеологическим изысканиям для мелиоративного и водохозяйственного строительства.
Для студентов заочного отделения специальности 1-74 05 01 – мелиорация и водное хозяйство.
Таблиц 3. Рис. 5. Приложений 2. Библиогр. 7.
Рецензенты: В. И. ЖЕЛЯЗКО, канд. техн. наук, доцент; Т. Д. ЛАГУН, канд. техн. наук, доцент.
Составление. В. И. Вихров, 2004
Учреждение образования
«Белорусская государственная
сельскохозяйственная академия», 2004
ВВЕДЕНИЕ
Создание, реконструкция и использование мелиоративных и водохозяйственных объектов включают в себя неразрывный комплекс последовательно взаимосвязанных этапов: изыскания – проектирование – строительство – эксплуатация . Специфическая роль и значение изысканий состоит в том, что они, являясь начальным звеном указанного производственного процесса, составляют его информационную инженерно-экологическую основу.
Комплексные инженерные изыскания представляют собой процесс всестороннего изучения природно-хозяйственных условий района (участка) предполагаемого строительства с целью получения необходимых и достаточных исходных материалов для разработки технически обоснованных, экономически целесообразных и экологически безопасных решений при проектировании, строительстве (реконструкции) и эксплуатации объекта [1].
При подготовке высококвалифицированных кадров мелиоративного и водохозяйственного профиля комплексные изыскания являются важной специальной дисциплиной учебного плана.
Цель преподавания дисциплины – получение знаний о видах, составе и методике проведения изысканий для мелиоративного и водохозяйственного строительства в Республике Беларусь.
Задачи изучения дисциплины – выявление содержания и роли инженерно-мелиоративных изысканий для проектирования, строительства (реконструкции) и охраны природы; освоение теоретических основ и технических условий выполнения, комплексных инженерно-мелиоративных изысканий; овладение практическими навыками организации и проведения подготовительных, полевых и камеральных изысканий.
С точки зрения изучения предмет «Комплексные изыскания» является прикладной специальной дисциплиной, базирующейся на знании целого ряда общенаучных и общепрофессиональных дисциплин, таких, как: инженерная геодезия, мелиоративное почвоведение, гидравлика, гидрология и гидрометрия, геология и гидрогеология. В свою очередь, комплексные изыскания служат базовой дисциплиной для основных специальных предметов – cельскохозяйственной мелиорации, гидротехнических сооружений, сельскохозяйственного водоснабжения.
Контрольная работа по комплексным изысканиям включает три задания по отдельным видам инженерных изысканий и должна выполняться после самостоятельного изучения соответствующих разделов теоретического материала этой дисциплины. Перечень основных вопросов для самостоятельного изучения предмета составлен в соответствии с учебной программой, тематикой выполняемых упражнений и списком рекомендованной литературы, учитывающей природно-хозяйственные условия Республики Беларусь.
ЛИТЕРАТУРА
О с н о в н а я
1. В и х р о в В. И. Комплексные изыскания мелиоративных и водохозяйственных объектов: Учебное пособие. – Горки, 1997.
2. Инженерные изыскания для строительства. СНБ 1.02.01–96. – Минск, 1996.
3. В и х р о в В. И. Изыскания для мелиоративного, водохозяйственного и сельскохозяйственного строительства: Метод. указания.– Горки, 2000.
Д о п о л н и т е л ь н а я
4. Руководство по проектированию и изысканиям объектов мелиоративного и водохозяйственного строительства в Белорусской ССР (РПИ-82) Часть ХII. Топографо-геодезические работы. – Минск, 1984.
5. РПИ-82. Часть ХIII. Почвенно-мелиоративные изыскания. – Минск, 1983.
6. РПИ-82. Часть ХIV. Гидрологические изыскания. – Минск, 1983.
7. РПИ-82. Часть XV. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания. – Минск, 1987.
1. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ ПО РАЗДЕЛАМ ЗАДАНИЙ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
1.1. Топографо-геодезические изыскания
1. Задачи и состав топографо-геодезических изысканий объектов мелиорации и водного хозяйства.
2. Геодезическая основа (опора) топографо-геодезических изысканий на объекте и ее характеристика.
3. Анализ исходных геодезических данных и рекогносцировка объекта изысканий.
4. Виды, конструкция и закладка геодезических знаков, используемых при изысканиях.
5. Условные обозначения геодезических знаков на планах и картах.
6. Сущность, цель и методы создания геодезического съемочного обоснования объекта изысканий.
7. Параметры съемочного обоснования площадного объекта и предъявляемые к нему требования.
8. Условия применения, параметры теодолитных ходов и триангуляции при создании съемочного обоснования.
9. Схемы определения неприступных расстояний и применения угловых засечек при создании съемочного обоснования.
10. Общие требования к угловым и линейным геодезическим измерениям при изысканиях.
11. Методы азимутальных измерений при изысканиях.
12. Высотное съемочное обоснование объекта изысканий.
13. Способы нивелирования через водные преграды.
14. Виды крупномасштабных топографических съемок объектов изысканий.
15. Основные требования к съемке рельефа и ситуации при изысканиях.
16. Элементы, подлежащие ситуационной съемке на объекте изысканий.
17. Особенности и схемы геодезической съемки водотоков и водоемов.
18. Изыскания трасс линейных сооружений.
1.2. Гидрометеорологические изыскания
1. Цель и состав гидрометеорологических изысканий.
2. Рекогносцировочные обследования рек, их бассейнов и сбор сведений об опасных гидрометеорологических явлениях.
3. Основные гидрографические характеристики речного водосбора.
4. Камеральное определение длины и извилистости реки.
5. Определение площади и характера речного водосбора.
6. Определение густоты речной сети, озерности, заболоченности и лесистости речного водосбора.
7. Гидрометрические работы. Виды водомерных постов при изысканиях.
8. Методы измерения речного стока при изысканиях.
9. Показатели климатической характеристики объекта при изысканиях.
10 Измерение атмосферных осадков и влажности воздуха при изысканиях.
11. Измерение температуры воздуха, почвы и скорости ветра при изысканиях.
12. Воднобалансовые исследования территории при изысканиях.
13. Методы измерения испарения при изысканиях.
14. Измерение поверхностного и внутрипочвенного стока при изысканиях.
1.3. Геологические и гидрогеологические изыскания
1. Задачи и состав геолого-гидрогеологических изысканий.
2. Изыскания объектов мелиоративного строительства.
3. Изыскания объектов водохозяйственного строительства и сооружений.
4.Горно-буровые изыскательские работы.
5. Виды горных выработок при геологических изысканиях.
6. Полевые методы исследований механических свойств грунтов.
7. Геофизические методы изысканий.
8. Опытно-фильтрационные изыскательские работы.
9. Определение коэффициента фильтрации грунта методами откачек воды из скважин.
10. Изыскания строительных материалов.
11. Изыскания биогенных отложений.
12. Изыскания участков для добычи торфа.
1.4. Мелиоративно-гидротехнические
и экологические изыскания
1. Мелиоративно-гидротехнические изыскания и обследования.
2. Обследования построенных гидромелиоративных систем с целью их реконструкции.
3. Наблюдения за дренажным стоком и уровнем грунтовых вод на обследуемых осушительных системах.
4. Обследования построенных оросительных систем и гидротех-нических сооружений.
5. Изыскания для проектирования природоохранных мероприятий.
6. Прогноз загрязнения грунтовых вод при орошении животноводческими стоками.
7. Радиологические изыскания мелиоративных и водохозяйственных объектов.
2. ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Задание 1. Составление схемы съемочного геодезического обоснования объекта изысканий
Цель задания – изучить параметры и освоить методы построения планово-высотной съемочной геодезической сети для конкретного объекта изысканий.
Основные задачи. 1. Изучить исходные данные и нанести на схему участка изысканий опорные пункты государственной геодезической сети по их координатам.
2. Изучить возможные схемы привязки и развития съемочной геодезической сети.
3. Установить основные параметры съемочной сети для условий заданного объекта и наметить положение ее пунктов на схеме.
4. Определить координаты одного-двух пунктов съемочной сети методом угловой засечки.
5. Вычертить схему съемочного обоснования объекта с использованием методов теодолитных ходов и триангуляционных построений.
Исходные данные. 1. Ситуационный план объекта изысканий в масштабе 1:10000 (выдается по индивидуальному варианту).
2. Назначение (вид) проектируемого объекта: осушительная (оросительная) система; реконструкция осушительной (оросительной) системы; культуртехника; пруд комплексного назначения; водное обустройство территории.
3. Масштаб намечаемой топографической съемки участка изысканий: 1:5000; 1:2000; 1:1000.
4. Предельная относительная погрешность теодолитных ходов съе-мочной сети (1/N): 1/3000; 1/2000; 1/1000.
5. Плановые координаты (Х, У) исходных пунктов опорной государственной геодезической сети (приложение 1).
Конкретный вариант указанных исходных данных выдается студенту на индивидуальном бланке-задании контрольной работы.
Порядок выполнения. Съемочное обоснование (или съемочная геодезическая сеть) – это система закрепленных на территории объекта геодезических пунктов (точек) с известными координатами, которая создается путем сгущения геодезической планово-высотной основы с целью топографической съемки требуемого масштаба.
Съемочная сеть развивается от пунктов государственной геодезической сети, сетей сгущения 1-го и 2-го разрядов, нивелирования IV класса и технического нивелирования.
Пункты сетей съемочного обоснования на мелиоративных и водохозяйственных объектах определяются следующими методами и их сочетанием:
проложением теодолитных ходов с относительной погрешностью не грубее 1/2000;
построением съемочных триангуляционных сетей и цепочек треугольников;
построением угловых засечек (прямых, обратных, комбинированных) и других геодезических фигур (четырехугольников, центральных систем, вставок в твердый угол и т.п.);
проложением мензульных ходов и съемочных поперечников;
проложением нивелирных ходов IV-го класса и технического нивелирования.
Прежде чем приступить к созданию съемочного обоснования на объекте, необходимо составить его схему (проект), на которой намечено положение пунктов съемочной сети, приняты методы ее развития и привязки в зависимости от конкретных условий.
При определении схем развития и привязки съемочной сети необходимо учитывать следующее. Плотность пунктов съемочной сети должна быть достаточной для обеспечения технических требований выполнения топографической съемки. Общее количество съемочных точек (временные, долговременные, исходные) на 1 км2 должно быть не менее 5, 14, 48 и 80 соответственно для масштабов топосъемки 1 : 5000; 1 : 2000; 1 : 1000 и 1 : 500.
Предельные ошибки (погрешности) положения пунктов плановой съемочной сети относительно пунктов госгеоопоры (ms ) не должны превышать (в масштабе плана):
на открытой и застроенной местности ms = 0,2 мм;
на закрытой растительностью местности ms = 0,3 мм.
Одним из основных методов развития съемочной сети в плановом отношении является проложение т е о д о л и т н ы х х о д о в, которые могут применяться в открытой и закрытой местности. Допустимая длина теодолитного хода между исходными пунктами зависит от масштаба съемки, значения ms и относительной погрешности длины линии 1/N.
В системах теодолитных ходов предельные допустимые длины ходов между узловыми точками или между исходным пунктом и узловой точкой должны быть на 30 % меньше приведенных в табл. 2.1.
Т а б л и ц а 2.1. Допустимые длины теодолитных ходов
между исходными пунктами съемочного обоснования, км
| Масштаб съемки |
ms = 0,2 мм (открытая местность) |
ms = 0,3 мм (закрытая местность) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
| 1 : 5000 |
6,0 |
4,0 |
2,0 |
6,0 |
3,0 |
| 1 : 2000 |
3,0 |
2,0 |
1,0 |
3,6 |
1,5 |
| 1 : 1000 |
1,8 |
1,2 |
0,6 |
1,5 |
1,0 |
Допускается проложение висячих теодолитных ходов, число сторон которых не должно превышать трех на незастроенной территории и четырех – на застроенной. Длины этих ходов соответственно приведенным в табл. 2.1 масштабам съемки не должны превышать 0,35; 0,20 и 0,15 км на незастроенной территории и 0,50; 0,30 и 0,20 км – на застроенной.
Д л и н ы с т о р о н в теодолитных ходах на незастроенной территории должны находиться в пределах 40…350 м, на застроенной – в пределах 20…350 м.
Предельная длина м а г и с т р а л ь н ы х теодолитных ходов, прокладываемых вдоль проектируемых или реконструируемых линейных сооружений (каналов, дамб обвалования и т.п.) и рек, не должна превышать 20 км. Длина линий в этих ходах должна быть в пределах 40…1000 м; относительная погрешность ходов – не более 1/1000.
В открытой местности съемочные сети взамен теодолитных ходов могут развиваться методами т р и а н г у л я ц и и в виде несложных сетей треугольников, цепочек треугольников, а также вставок отдельных пунктов, определяемых засечками.
Триангуляционные построения, включающие более двух определяемых пунктов, должны опираться не менее чем на две исходные стороны. В качестве исходных могут служить стороны триангуляции 1-го и 2-го разрядов и полигонометрии, а также специально измеренные с погрешностью не грубее 1/5000 базисные стороны. Развитие сетей и цепочек треугольников, опирающихся на одну сторону (висячих), не допускается.
Предельное расстояние между исходными пунктами (сторонами), на которое опирается система треугольников, и наибольшее количество последних приведены в табл. 2.2.
Т а б л и ц а 2.2. Характеристика триангуляционной
съемочной сети
| Показатели |
Масштаб топосъемки |
||
| 1 : 5000 |
1 : 2000 |
1 : 1000 |
|
| Предельная длина цепочки треугольников (расстояние между исходными пунктами), км |
4,0 |
2,0 |
1,2 |
| Наибольшее количество треугольников между исходными сторонами (пунктами) |
20 |
17 |
15 |
При построении триангуляционных съемочных сетей углы треугольников должны быть не менее 200 , а длины сторон – находиться в пределах 150…500 м.
При п л а н о в о й п р и в я з к е съемочного обоснования к исходным пунктам геодезической опоры, исходя из конкретных условий объекта и ситуации, могут использоваться следующие методы:
проложение замкнутого теодолитного хода (полигона) при наличии одного исходного пункта;
проложение разомкнутого теодолитного хода при наличии двух и более исходных пунктов;
применение триангуляционных построений;
угловые, линейные и комбинированные засечки;
решение на местности отдельных геодезических задач при наличии и определении неприступных расстояний.
Схемы указанных методов плановой привязки приведены в литературе [1,4].
М е т о д п р я м о й о д н о к р а т н о й з а с е ч к и. Для реализации этого метода с контролем необходимо видеть определяемый пункт Р с трех пунктов исходной сети А, В, С с известными координатами (рис. 2.1). При этих пунктах измеряются четыре угла: 1 , 2 , 1 , 2 . Углы между смежными направлениями на определяемый пункт должны быть не менее 300 и не более 1500 .
Рис. 2.1. Метод прямой однократной засечки.
Координаты точки Р теодолитного хода вычисляют по координатам пунктов А и В и измеренным углам 1 , 2 с использованием формул котангенсов измеренных углов (формул Юнга):
; (2.1)
. (2.2)
Для контроля правильности вычислений определяются координаты исходного пункта А (по известным координатам пункта В и рассчитанным Xр , Ур ) с использованием аналогичных формул и угла 3 = 1800 – (1 + 2 ).
Полный контроль правильности положения пункта Р осуществляется при повторении приведенных выше решений в треугольнике РВС, т.е. координаты пункта Р рассчитываются по координатам пунктов В и С и углам 1 , 2 с использованием формул 2.1, 2.2.
Схемы развития и привязки съемочного обоснования приведены в литературе [1, 4].
При наличии на объекте изысканий водоема (пруд, водохранилище) съемочная сеть для него строится согласно схеме, приведенной на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Схема съемки водоема.
Пример выполнения задания. На ситуационный план объекта изысканий (рис. 2.3) наносим исходные пункты государственной геодезической сети (А, В, С, D) по их координатам (приложение 1). Между указанными пунктами намечаем окружные теодолитные ходы (по периметру участка). На открытой местности между пунктами С и D строим триангуляционную сеть, соблюдая указанные выше длины сторон. Намечаем положение пункта Р для определения его координат методом прямой угловой засечки (из треугольника ВАР) и включаем его в съемочную сеть.
Далее намечаем теодолитные ходы вдоль всех характерных линий ситуации (границы контуров леса, кустарника, болота; линейные объекты: река, дорога и т.п.). После этого прокладываем на схеме связующие теодолитные ходы, образующие в итоге съемочную геодезическую сеть необходимой (для выполнения предполагаемой топосъемки) плотности.
Для приближенного определения плановых координат пункта Р используем следующие исходные данные: ХА = 2358 м; УА = 626 м; ХВ = 1285 м; УВ = 49 м; 1 = 610 ; 2 = 560 (углы измеряются транспортиром). Используя формулы (2.1) и (2.2), получим:
Для контроля правильности вычислений проверим координаты пункта А по рассчитанным координатам пункта Р, координатам пункта В и углам 2 и 3 (3 = 180 – 1 – 2 = 630 ).
Вычисленные координаты пункта А совпали с его исходными значениями, что говорит о правильности расчетов координат пункта Р.
Запроектированную в итоге съемочную геодезическую сеть вычерчивают на плане в закрепленном виде (тушью или шариковой ручкой) согласно принятым условным обозначениям.
Задание 2. Определение основных гидрографических
характеристик речного водосбора
Цель задания – научиться определять на топографической карте положение речного водосбора и его количественные гидрографические параметры для заданного створа.
Основные задачи. 1. Определить по топографической карте водораздельную линию речного водосбора и его площадь.
2. Определить длину основного водотока (L, км), его средний уклон (iср ) и коэффициент извилистости (Ки ).
3. Определить среднюю ширину водосбора (Вср , км), его коэффициенты: формы (), асимметрии (КА ) и густоту речной сети (, км–1 ).
4. Определить коэффициенты озерности ( ), заболоченности ( ) и лесистости ( ) водосбора.
Исходные данные. Топографическая карта масштаба 1:50000 с сечением рельефа через 5 м, речной сетью, ситуацией и расчетными створами; палетка; циркуль-измеритель.
Порядок выполнения. Для определения водосборной площади для заданного створа реки на топокарте карандашом проводят водораздельную линию. Эта линия должна проходить по наиболее высоким отметкам земной поверхности и отделять данный водосбор от соседних. Площадь водосбора внутри водораздельной линии измеряется с помощью палетки, изготовленной на кальке.
Длину основного водотока (от истока до расчетного створа) определяют по карте посредством малого (2…5 мм) раствора измерителя в прямом и обратном направлениях, не допуская расхождения между результатами более 5 %.
Средний уклон основного водотока определяют по формуле
(2.3)
где L – длина основного водотока, км;
hи , hр – отметки земной поверхности соответственно у истока реки и в расчетном створе, м;
b – величина врезки русла реки в расчетном створе, м
(b = 2…5 м).
Коэффициент извилистости реки определяют из соотношения
, (2.4)
где 
– длина прямой линии, соединяющей точки истока реки и ее расчетного створа, км.
Гидрографические характеристики водосбора рассчитываются по следующим формулам:
средняя ширина водосбора 
, км; (2.5)
коэффициент формы 
; (2.6)
коэффициент асимметрии 
; (2.7)
густота речной сети 
; (2.8)
коэффициент озерности 
(2.9)
коэффициент заболоченности 
(2.10)
коэффициент лесистости 
(2.11)
где Fл и Fn – площади левобережной и правобережной частей водосбора, км2 ;
ln – суммарная длина всех притоков основного водотока, км;
F03 , fб , fл – площади в пределах водосбора, занятые соответственно озерами, болотами и лесом, км2 .
Пример выполнения задания. На топографической карте масштаба 1 : 50000 для заданного расчетного створа № 2 проводим водораздельную линию (на рис. 2.4 показана пунктиром). Полученную площадь водосбора внутри этой линии определяем с помощью палетки. В нашем случае F = 81,62 км2 .
Для определения длины основного водотока размечаем на нем с помощью циркуля-измерителя отдельные прямые отрезки длиной по 5 мм (в виде поперечных штрихов). С учетом масштаба топокарты фактическая длина отрезка равна 0,25 км, а их количество составило 47 шт. Тогда длина основного водотока L = 0,25 47 = 11,75 км.
При расчете среднего уклона основного водотока по формуле (2.3) путем интерполяции на топокарте получаем отметки: hu = 217,5 м; hр = 187,0 м. Принимая b = 3 м, получим:
Рис. 2.4. Схема определения водосборной площади
на топографической карте (пример).
ср
=
Для расчета коэффициента извилистости реки измеряем линейкой расстояние между ее истоком и расчетным створом, которое с учетом масштаба топокарты составило = 10,25 км. По формуле (2.4) получим:
Ки = 11,75 : 10,25 = 1,15.
Измеряя необходимые для дальнейших расчетов площади контуров на топокарте, получим значения: Fл
= 30,88 км2
; Fп
= 50,74 км2
; п
= 8,25 км; f0
= 0,75 км2
; fб
= 4,86 км2
; fл
= 16,25 км2
.
По полученным данным рассчитываем остальные гидрографические характеристики речного водосбора:
средняя ширина Вср = 81,62 : 11,75 = 6,95 км;
коэффициент формы = 6,96 : 11,75 = 0,59;
коэффициент асимметрии КА
= 
густота речной сети = 
;
коэффициент озерности 
коэффициент заболоченности 
;
коэффициент лесистости 
Задание 3. Прогноз возможного загрязнения подземных вод
Цель задания – освоить методику прогнозных расчетов возможности загрязнения подземных вод при орошении животноводческими стоками.
Основные задачи. 1. Рассчитать время достижения уровня грунтовых вод сточными водами.
2. Определить концентрацию загрязняющих веществ под массивом орошения на j-й год после начала орошения (j = 1, 2, 3).
Исходные данные: 1) q, м/сут – удельный расход подаваемых на орошение стоков (q = 0,001…0,010 м/сут);
2) Н – глубина УГВ или мощность зоны аэрации (Н = 5…30 м).
3) К, А – коэффициент фильтрации и пористость грунтов зоны аэрации (К = 0,05…1,0 м/сут; А = 0,35…0,50);
4) m – мощность водоносного горизонта (m = 10…20 м);
5) L и S – длина (в направлении естественного потока грунтовых вод) и ширина массива орошения (300…600 м).
6) Рmin , µ – минимальная норма годовых осадков и их коэффициент использования (Рmin = 0,3…0,5 м; µ = 0,85);
7) Со , Сф – концентрации загрязняющих веществ (фоновая и в сточных водах) (Со = 0; Сф = 0,20…0,50 г/л);
8) Тм – продолжительность межполивного периода (220…250 сут);
9) i – уклон естественного потока грунтовых вод (i = 0,05…0,20).
Указанные исходные данные по вариантам выполнения задания приведены в табл. 3.1.
Порядок выполнения. Прогноз качества подземных вод включает две основные оценки: а) времени достижения стоками уровня грунтовых вод; б) концентрации загрязняющих веществ в грунтовых водах под орошаемым массивом.
Время (Т, сут) достижения стоками уровня грунтовых вод под орошаемым массивом оценивается по формуле
(2.12)
где Н – мощность зоны аэрации (глубина уровня грунтовых вод), м;
А – пористость грунтов зоны аэрации в долях единицы;
К – коэффициент фильтрации грунтов зоны аэрации;
q – удельный расход подаваемых на орошение стоков, м/сут;
q = Qс /F;
Qс – общий расход подаваемых стоков, м3 /сут;
F – орошаемая площадь, м2 . F = L · S.
Т а б л и ц а 3.1. Исходные данные для прогноза возможного загрязнения подземных вод
| Предпоследняя цифра шифра |
Последняя цифра шифра |
||||||||
| Цифра |
q, м/сут |
К, м/сут |
Н, м |
А |
Цифра |
m, м |
LхS м х м |
Сф , г/л |
i |
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
| 0 |
0,0018 |
0,060 |
8 |
0,36 |
0 |
20 |
350х600 |
0,47 |
0,18 |
| 1 |
0,0021 |
0,070 |
10 |
0,37 |
1 |
19 |
350х620 |
0,43 |
0,17 |
| 2 |
0,0025 |
0,080 |
12 |
0,38 |
2 |
18 |
400х600 |
0,40 |
0,15 |
| 3 |
0,0030 |
0,100 |
15 |
0,40 |
3 |
17 |
430х600 |
0,38 |
0,13 |
| 4 |
0,0042 |
0,120 |
18 |
0,41 |
4 |
16 |
470х590 |
0,35 |
0,11 |
| 5 |
0,0050 |
0,150 |
20 |
0,42 |
5 |
15 |
500х600 |
0,32 |
0,10 |
| 6 |
0,0060 |
0,280 |
22 |
0,43 |
6 |
14 |
510х580 |
0,30 |
0,10 |
| 7 |
0,0070 |
0,440 |
24 |
0,44 |
7 |
13 |
520х570 |
0,29 |
0,09 |
| 8 |
0,0080 |
0,650 |
25 |
0,46 |
8 |
12 |
550х600 |
0,28 |
0,08 |
| 9 |
0,0090 |
0,810 |
26 |
0,47 |
9 |
11 |
560х580 |
0,25 |
0,07 |
| П |
0,0035 |
0,110 |
16 |
0,45 |
П |
15 |
460х580 |
0,36 |
0,12 |
Примечание: В нижней строке табл. 3.1 приведены данные примера расчета.
Формула 2.12 применяется при К 
q, т.е. при орошении дождеванием, когда происходит свободная фильтрация стоков без образования слоя жидкости на поверхности поля. Если зона аэрации имеет неоднородный, например, двухслойный характер, то время Т рассчитывается для каждого слоя в отдельности и складывается.
Сравнивая полученное время Т с временем выживаемости бактерий (около 300 сут), оценивают возможность попадания микроорганизмов в грунтовые воды и возникновения их бактериального загрязнения.
Прогнозный расчет концентрации загрязняющих веществ (нитратов) в грунтовых водах проводится с учетом их начального объема под массивом орошения (W0 , м3 ), объема профильтровавшихся сточных вод (Wф , м3 ) и объема профильтровавшихся осадков (Wр , м3 ). Концентрация загрязняющих веществ (ЗВ) в грунтовых водах к концу первого года орошения (С1 , г/л) определяется по формуле:
(2.13)
где Со – начальная (фоновая) концентрация ЗВ в грунтовых водах, г/л;
Сф , Ср – концентрация ЗВ в сточных водах и атмосферных осадках, г/л.
В практических расчетах величины Со и Ср обычно принимаются равными нулю.
При прямоугольной форме орошаемого массива (рис. 2.5), имея его ширину (S, м), длину (L, м) и мощность водоносного горизонта (m, м), начальный объем определяется как Wo = LSmА, м3 .
Величина Wф принимается в пределах 10…30 % от годового объема поданных на орошение стоков Wс , который, в свою очередь, определяется умножением проектной оросительной нормы (М = 800…1200 м3 /га) на площадь орошения (F,га). Объем профильтровавшихся осадков рассчитывается по формуле
Wр = SLРmin (1 – µ), (2.14)
где Рmin – минимальная норма годовых осадков, м; Рmin = 0,3…0,5 м;
(1 – µ) – коэффициент просачивания осадков; µ = 0,8…0,9.
Рис. 2.5. Схема к расчету концентрации загрязняющих веществ в грунтовых водах: 1 – зона грунтовых вод, загрязненных в предыдущий поливной период; 2 – зона чистых грунтовых вод; 3 – направление потока грунтовых вод.
Ввиду наличия естественного потока грунтовых вод в течение межполивного периода происходит отжатие загрязненных с концентрацией С1 вод по потоку чистыми (фоновыми) грунтовыми водами (рис.2.5). В следующие поливные периоды (годы) фильтрующиеся стоки опять смешиваются с грунтовыми водами, которые теперь состоят из двух частей: образовавшихся в предыдущий поливной период загрязненных вод (Wj -1 , м3 ) и чистых грунтовых вод (Wо , м3 ). Прогнозная оценка концентрации ЗВ в грунтовых водах к концу j-1 года орошения выполняется с использованием зависимости
(2.15)
где Сj -1 – концентрация загрязняющих веществ в грунтовых водах к концу года, предшествующего расчетному, г/л.
Объемы Wо и Wj – 1 определяются с учетом скорости потока грунтовых вод:
Wо = S V Тм mА; (2.16)
Wj – 1 = S(L – VТм ) mА, (2.17)
где V = К · i/А – скорость потока грунтовых вод, м/сут;
К – коэффициент фильтрации водоносного слоя, м/сут;
I – уклон (градиент) потока грунтовых вод;
Тм – продолжительность межполивного интервала (октябрь – апрель), сут.
Расстояние, проходимое загрязненными водами в течение каждого года вниз по потоку, определяется умножением скорости потока (V, м/сут) на число суток в году.
Пример выполнения задания. Для примера расчетов используем данные нижней строки табл.3.1.
Время достижения стоками уровня грунтовых вод
Поскольку величина Т оказалась больше времени выживаемости бактерий (около 300 сут), возможность попадания микроорганизмов в грунтовые воды в нашем случае отсутствует.
Для расчета концентрации загрязняющих веществ предварительно определим следующие параметры:
– площадь орошения F = 460 · 580 = 266800 м2 = 26,68 га;
– объем подаваемых стоков Wс = М · F = 1000 · 26,68 = 26680 м3 ;
– объем профильтровавшихся стоков (принимаем 20% от Wc ), тогда
Wф =26680 · 0,20 = 5336 м3 ;
– начальный объем Wо = 460 · 580 · 15 · 0,45 = 1800900 м3 ;
– объем профильтровавшихся осадков
Wр = 460 · 580 · 0,4 (1 – 0,85) = 16008 м3 .
Концентрация загрязняющих веществ (нитратов) в грунтовых водах к концу первого года орошения составит:
Для расчета концентрации ЗВ к концу второго года орошения определим величины:
V = 0,110 · 0,12 : 0,45 = 0,029 м/сут;
Wо = 580 · 0,029 · 230 · 15 · 0,45 = 26113 м3 ;
W1 = 580 (460 – 0,029 · 230) · 15 · 0,45 = 1774787 м3 ;
.
Определение концентрации загрязняющих веществ к концу третьего года выполняется аналогично предыдущему расчету по формулам 2.16 – 2.18, где вместо W1 и С1 используются значения W2 и С2 .
Полученные в итоге значения С1 , С2 и С3 можно представить в виде графика изменения концентрации загрязняющих веществ по расчетным годам.
ПРИЛОЖЕНИЯ
П р и л о ж е н и е 1
Плановые координаты исходных пунктов государственной геодезической сети, м
| Вари- ант |
Пункт А |
Пункт В |
Пункт С |
Пункт D |
||||
| Х |
У |
Х |
У |
Х |
У |
Х |
У |
|
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| 1 |
2391,89 |
361,43 |
1185,06 |
162,46 |
215,51 |
1206,35 |
703,14 |
3320,53 |
| 2 |
2375,07 |
984,09 |
910,37 |
233,07 |
134,38 |
1502,51 |
1014,01 |
3470,09 |
| 3 |
1811,75 |
1521,42 |
682,15 |
1764,53 |
374,57 |
2910,43 |
1520,42 |
74,50 |
| 4 |
2284,66 |
99,67 |
1526,61 |
1274,63 |
360,37 |
810,35 |
2008,30 |
3021,84 |
| 5 |
2170,03 |
262,48 |
279,70 |
1050,46 |
403,04 |
3245,56 |
2143,56 |
2451,40 |
| 6 |
1491,56 |
430,08 |
230,41 |
204,58 |
185,24 |
2081,54 |
1992,22 |
3304,19 |
| 7 |
2198,66 |
247,05 |
1085,81 |
194,38 |
224,14 |
1180,51 |
896,04 |
3375,22 |
| 8 |
436,73 |
255,14 |
501,58 |
3315,04 |
2054,35 |
3281,27 |
2470,71 |
1981,38 |
| 9 |
1044,16 |
220,71 |
244,93 |
3237,35 |
2463,74 |
2904,30 |
2430,25 |
1108,09 |
| 10 |
185,60 |
625,22 |
843,86 |
3214,51 |
2394,37 |
2974,51 |
2336,60 |
1272,47 |
| 11 |
1800,48 |
291,09 |
743,75 |
182,56 |
133,25 |
1741,17 |
1975,85 |
3420,31 |
| 12 |
1822,10 |
346,58 |
445,05 |
144,17 |
95,56 |
2403,64 |
2260,64 |
3383,47 |
| 13 |
2450,61 |
549,04 |
1032,00 |
108,29 |
182,36 |
1440,28 |
1761,47 |
3408,61 |
| 14 |
2047,49 |
1836,72 |
989,05 |
1405,00 |
153,20 |
2794,62 |
2342,72 |
224,58 |
| 15 |
2432,47 |
811,84 |
1185,70 |
189,68 |
133,45 |
1227,34 |
1085,89 |
3407,47 |
| 16 |
2395,28 |
481,72 |
1256,96 |
192,69 |
201,33 |
764,09 |
448,64 |
3356,50 |
| 17 |
377,83 |
249,53 |
1080,23 |
3406,00 |
2375,40 |
3240,15 |
2445,60 |
862,15 |
| 18 |
2362,53 |
2815,77 |
1845,74 |
1293,41 |
247,35 |
1803,09 |
787,09 |
197,37 |
| 19 |
2485,87 |
2842,17 |
1500,55 |
1579,78 |
202,11 |
2110,33 |
1248,11 |
182,63 |
| 20 |
2398,68 |
2875,87 |
14,90,43 |
1485,77 |
185,44 |
1212,58 |
417,11 |
158,95 |
| 21 |
2451,83 |
516,06 |
1246,33 |
144,53 |
164,53 |
484,27 |
253,61 |
3328,73 |
| 22 |
2475,35 |
424,50 |
545,52 |
57,89 |
65,58 |
1755,02 |
2133,66 |
3380,06 |
| 23 |
2395,67 |
899,27 |
891,04 |
49,27 |
35,47 |
1562,48 |
2095,50 |
3372,36 |
| 24 |
2419,59 |
1035,83 |
1132,91 |
188,30 |
184,55 |
1197,51 |
216,33 |
3304,98 |
| 25 |
2352,75 |
1883,99 |
978,64 |
1394,60 |
63,49 |
2694,56 |
2318,14 |
190,26 |
| 26 |
2325,44 |
1272,40 |
1200,85 |
102,17 |
95,04 |
401,38 |
501,57 |
3408,45 |
| 27 |
2396,25 |
1957,18 |
1381,46 |
1241,46 |
504,35 |
2500,82 |
195,68 |
214,64 |
| 28 |
2393,50 |
360,64 |
1190,76 |
164,66 |
212,65 |
1207,15 |
707,18 |
3324,56 |
| 29 |
2374,97 |
985,79 |
910,57 |
238,57 |
133,68 |
1502,41 |
1016,31 |
3472,03 |
| 30 |
1811,25 |
1526,02 |
681,25 |
1766,53 |
375,17 |
2910,13 |
1522,32 |
76,50 |
| 31 |
2281,66 |
91,77 |
1529,71 |
1272,03 |
360,27 |
815,35 |
2006,40 |
3021,85 |
| 32 |
2173,63 |
260,48 |
278,20 |
1054,76 |
401,04 |
3244,46 |
2145,46 |
2456,40 |
| 33 |
1492,46 |
436,08 |
239,01 |
205,98 |
185,34 |
2081,54 |
1995,32 |
3308,15 |
| 34 |
2195,86 |
242,45 |
1085,21 |
199,28 |
220,14 |
1180,61 |
894,14 |
3378,27 |
| 35 |
437,43 |
257,14 |
501,78 |
3317,04 |
2053,15 |
3282,57 |
2472,61 |
1988,32 |
| 36 |
1044,26 |
224,31 |
244,43 |
3231,45 |
2463,74 |
2903,70 |
2431,45 |
1118,05 |
| 37 |
188,50 |
627,42 |
840,66 |
3214,61 |
2391,47 |
2972,31 |
2333,90 |
1242,27 |
П р о д о л ж е н и е п р и л о ж е н и я 1
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| 38 |
1800,58 |
296,29 |
742,55 |
184,06 |
134,25 |
1740,27 |
1973,55 |
3450,41 |
| 39 |
1824,80 |
348,58 |
444,55 |
147,37 |
97,56 |
2405,24 |
2250,24 |
3373,27 |
| 40 |
2456,81 |
544,04 |
1036,20 |
104,49 |
182,46 |
1441,28 |
1763,27 |
3405,31 |
П р и л о ж е н и е 2
Условные обозначения геодезических пунктов
У ч е б н о - м е т о д и ч е с к о е и з д а н и е
Владимир Иванович Вихров
КОМПЛЕКСНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ МЕЛИОРАТИВНЫХ
И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
Методические указания и задания по выполнению контрольной работы
Редактор Т. П. Рябцева
Техн. редактор Н. К. Шапрунова
Корректор Е. А. Юрченко
Подписано в печать 02.07.2004.
Формат 60 х 84 1/16. Бумага для множительных аппаратов.
Печать ризографическая. Гарнитура “Таймс”.
Усл. печ. л. 1,63. Уч.-изд. л.1,42.
Тираж 150 экз. Заказ Цена 2090 руб.
Редакционно-издательский отдел БГСХА
213410, г. Горки Могилевской обл., ул. Студенческая, 2
Отпечатано на ризографе копировально-множительного бюро
БГСХА, г. Горки, ул. Мичурина, 5