Водоем

Водоем, вместилище для воды, используемой для хозяйственных и промышленных нужд. Когда намеченный ход расхода воды из какого-либо надземного источника не покрывается ходом стока ее, то приходится сооружать искусственный В. для запаса воды на засушливое время. В период избытка воды таковая накапливается в В. с тем, чтобы быть израсходованной впоследствии, когда приток ее в В. меньше расхода ее.

Необходимая емкость искусственных водоемов м. б. выявлена графич. путем или расчетом. На фигуре 1 представлен график, дающий перед

ставление о ходе расхода воды и показывающий способ определения графич. путем минимальной потребной емкости водоема. Ломаная линия ZZ (фигура 1, а) характеризует собой годовой ход прибыли воды, а линия А А показывает годовой ход потребного расхода ее Q. Ограниченные этими линиями площади, лежащие над линией А А и обозначенные плюсом, указывают избыток воды в определенные промежутки времени (и з-б ы т к о в ы е площади), а лежащие ниже линии АА и обозначенные минусом указывают недостаток воды по сравнению с потребностью в ней в соответствующие промежутки времени (недо-статковые площади). По линиям ZZ и АА делается построение линии su суммарных разностей (фигура 1, б) для того же времени; точки 2, 2, 3. этойлинии лежат на вертикалях, проходящих через точки 2, 2, 3. пересечения линий ZZ и АА. Ординаты линии суммарных разностей (фигура 1, б) отвечают соответственным недостатко-вым и избытковым площадям (фигура 1, а). Орди наты линий 0—2, 2—3, 4—5 и т. д. на фигуре 1, б, опускающихся вниз и обозначенных минусом (недостатков ые линии), отвечают соответственно отрицательным площадям на фигуре 1, а, в ординаты линий 1—2, 3—2, 5—6 и т. д. на фигуре 1, б, подымающихся вверх и обозначенных плюсом (избытковые линии), отвечают соответственно положительным площадям на фигуре 1, а. Наименьшая емкость V_minB., достаточ

ная для бесперебойного снабжения водой в потребном количестве, должен быть равна наибольшему недостатку ее в период одного, двух и даже трех засушливых годов. На фигуре 1, б этот недостаток, равный V_mini выражается разностью высот точек 4 и 7, причем в данном случае недостаток воды за время от 4 до 7 прерывается небольшим избытком воды за время 5—6. Для точного выявления величины V_min надлежит линию сум-

ем. Поэтому лини я, 10—11 перенесется в параллельное ей положение 10—22, а линия 22—12 займет положение 22—22. Таким же образом избыток воды и₂, соответствующий избытковой линии 11!—12, равной 12—12", стекает через водослив, т. ч. линия 22—13 перенесется параллельно себе вниз на величину и_г и₂ в положение 12"—13 и т. д. Конечная годовая точка E поэтому также опустится на величину и_г+ и₂ и займет положение Е". Начальная точка для второго года перенесется в точку Е". Если принять для первой половины второго года то же положение прихода и расхода воды, что и для первого года, то линия 0123. суммарных разностей перенесется параллельно себе так, что точка 0 совпадает с точкой Е"_у причем будет иметь место избыток воды u_s, соответствующий избытковой линии З_х—4" и выраженный отрезком 4"—4". Этот избыток воды и₃ стекает также через водослив, т: ч. линия 4—5—6—7 перенесется в положение 4"—5"—6"—7", и точка 7 опустится (подобно точке 4) на величину u_x + u₂ + u_s и совпадет с линией ху нулевого горизонта. Ординаты частично оттененной штрихами линии над линией ху показывают имеющиеся, в наличии в определенное время количества воды и соответствующие уровни ее в В. Римские цифры I—XII на фигуре 1, а означают последовательные месяцы года (январь, февраль, март и т. д.)

Если обозначить через Q₆ количество воды, необходимое для определенных хозяйственных или промышленных целей, через Q_c — количество воды, вытекающее через водослив и необ-ходимое для питания водой местностей, ниже

водо - прихода - расходная диаграмма

марных разностей продолжить построением таковой и для следующего года. Низинная точка 7 отвечает порожнему состоянию В., а высотная точка 4 отвечает наполненному состоянию его. Избытковая линия 9—10 пересекается в некоторой точке 9_г горизонталью ху проходящей через высотную точку 4 и представляющей собой высший горизонт воды в В. Избыток воды и_и соответствующий избытковой линии 9_г—10, стекает через водослив, т. ч. ко времени точки 10 В. сохранит свой полный объ-

расположенных, через Q — убыль воды от испарения и просачивания в почву, через Q_n— приток воды, равный среднему количеству за время засухи, и через Т — наибольшее число дней засушливого времени при условии, что Q_n<Q_e + -j- Qc + Q_y, то наименьшая емкость В. будет равна

Vmin ⁼ Т (Qe + Qc + Qy ~ Qn)» f¹)

причем величины Q должен быть выражены в м“/су тки. Для получения потребного количества воды необходимо, чтобы при наименьшей годовой вы-

*Э

соте h_r атмосферных осадков и коэф-те стока φ площадь питающего бассейна была

А >. 365×(Q-f <?:+ Qy).<PK> (2)

где Qq и Qc м. б. больше, чем минимальные количества Q_e и Q_c за время засухи. Невозможность получения в одном месте (при одном В.) необходимого V_min или А обусловливает устройство нескольких В.

Количество воды Δζ), вытекающее из В. в продолжение времени At через отверстие с поперечным сечением F, будет равно

AQ=_μΡ Έφ · At, (3)

где h — расстояние от ц. т. отверстия до поверхности воды в В., μ — коэф. расхода, а д — ускорение силы тяжести. Также велико изменение AV объёма В., то есть

AV=AQ. (4)

служат времена года, в которые производились наблюдения, а ординатами — ежедневно стекающее количество воды. Пользуясь этой диаграммой, можно составить_ хозяйственный план эксплуатацииВ. в виде примерной табл. 3.

Г1о этому эксплуатонному плану для данного случая наинизший уровень воды в В. отвечает ноябрю (емкость В. равна 79 ты:. ж³), а наивыс-в. ший уровень воды в В.

отвечает маю (емкость В. равна 6 126 тыс. ж³).

Если В. используется для силовой установки мощностью N л. с. при кпд η и притом так, чтобы глубина воды в В., подаваемой по закрытому трубопроводу, способствовала повышению полезной высоты падения Н, то при расходе воды Q горизонт воды в В. будет понижаться и вместе с тем высота падения Н будет уменьшаться. Чтобы вели-изменилась, необходимо соблюсти

<?»=Ш=*· р)

Для определения наименьшей емкости В. в этом случае необходимо в ур-ии (1) взамен величины Q_e подставить некоторую среднюю величину Qcm> равную

Qan=~> (8)

где (фигура 4)

Таблица 3. — Хозяйственный план эксплуатации

Время года (дни и месяцы)	Число дней	Прибыль воды в ТЫС. Λί3	Убыль *1 воды в ТЫС. Ж²	Излишек прибыли в тыс. жЗ	Излишек убыли в тыс. Ж²	Емкость водоема в тыс. жЗ
1 —31 декабря.	31	3 676	2 181	1 495	_	1 595
1 —31 января.	31	4 235	2 181	2 054	—	3 649
1 —28 февраля.	28	1 486	1 970	—	484	3 165
1 —20 мая *².	20	2 581	1 407	174	—	6 126
21—31 мая.	11	644	774	—	130	5 996
1 —30 июня.	• 30	1 325	2 111	—	786	5 210
1 —26 ноября *з..	26	956	1 829	—	873	79
27—30 ноября.	4	302	281	21	—	100

*1 Ежедневно 70,35 тыс. жЗ. *² Наивысший горизонт. *з Наинизший го-j ризонт. члна N не условие

Сток из В. и соответствующее этому стоку понижение Ah горизонта воды в В. легко определяются графически (фигура 2). Определенному промежутку времени At отвечает нек-рое понижение уровня воды в В., причем если для полного опорожнения В. потребуется п раз понизить уровень воды в нем в равные промежутки времени Δί, то время, потребное на опорожнение всего В., выразится величиной

Т=пАи (5)

Если из В. вытекает количество воды AQ в промежуток времени At и в то же время притекает количество z м³/ск, то приток выразится величиной zAt, а изменение объёма В. за тот же промежуток времени выразится величиной

AV=AQ — zAt. (6)

Определение этого изменения объёма м. б. сделано также графически (фигура 2), причем наинизший уровень Я воды в В. при притоке количества z выявляется простым построением, показанным на фигуре 2.

На фигуре 3 изображены реальные планы, разрез и водо-приходо-расходная диаграмма для В. емкостью 6,8 млн. ж³. Сток бассейна запруды за наиболее засушливый год (с июля 1902 г. по июнь 1903 г. включительно] выразился в 25,678 млн. ж³. Равномерный суточный расход воды (не считая избыточного запаса воды) получится равным 25 678 000 : 365=70 350 ж³, ‘а секундный расход будет поэтому равен 0,81 ж³. Этот равномерный расход воды выражен на диаграмме горизонтальной штрих-пунктирной линией. Сплошной ломаной линией обозначен годовой ход стока воды, причем абсциссами этой линии

К (9)

собой величи-

Нщ Я₃ h_w — Sj h_w -

Произведение d₁h_w представляет ну допустимого понижения наивысшего горизонта воды в В., причем h_w. представляет собой наибольшую полезную глубину воды, означает величину, показывающую, какую часть указанной полезной глубины воды можно использовать для работы турбин, не нарушая условия:

<?«, · ^нт=щ=к; (10)

в среднем 0,35; h_A — потеря напора в трубопроводе (фигура 4). При уравнительном В. в пределах суточного запаса воды средняя полезная высота падения Н_п для турбины будет равна

Н_п=Hi - ± - (И)

где <5— рабочая глубина воды В., а h_r — потеря напора в трубопроводе. При запасном В., вмещающем запас воды и на засушливое время, полезная высота падения выразится величиной

^ншв=я, — 5 — hr, (12)

где h_r—потеря напора в трубопроводе, причем h_r > V

Искусственные В. приходится сооружать для целей водоснабжения, для целей орошения, для силовых установок, для улучшения судоходства и для прочих потребностей. Правильный расчет В. для всех этих случаев имеет существенное значение в отношении рационального использования водных ресурсов и целесообразной бесперебойной экс-плоатации гидротехнич. сооружений.

Лит.: Справочник для инженеров строительной специальности, М., 1928; Schoklitsch A., Graphische Hydraulik, В., 1923; Esselborn, Lehrbuch des Tief-baues, 8 Aufl., В. 2, Lpz., 1925; В 1 e i c h-M elan, Tascbenbucb f. Ingenieure ,u. Architekten, W., 1926;

«Ztscbr. fur das gesamte Bauingenieurwesen». С. Брилинг.