Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa

Kierunek Rolnictwo

PROJEKT MELIORACJI UŻYTKÓW ZIELONYCH

doliny rzeki

C Z A R N A S T R U G A

Wykonał:

Starzyński Daniel

Grupa

ROK I

2009/2010

Olsztyn 2010

Obliczenia hydrologiczne

Nazwa przepływu i wzór empiryczny	Obliczenia rachunkowe	Przepływ Q [m^3/s]	Spływ jednostkowy q=Q x 1000/F [l/s x km^2]
Qs=0,03171 x Cs x P x F	0,03171 x 0,35 x 0,656 x 54,6=	0,3975	7,2806
Q0=0,2 x v x Qs	0,2 x 0,3 x 0,3975=	0,0239	0,4368
Q1=0,4 x v x Qs	0,4 x 0,3 x 0,3975=	0,0477	0,8737
Q2=0,7 x v x Qs	0,7 x 0,3 x 0,3975=	0,0835	1,5289
Q4=Cw x m x P x F	0,070 x 7,7264 x 0,659 x 93,2=	24,0173	439,8769
Q3L=0,2 x Q4	0,2 x 33,2182=	4,8035	87,9754
Q3Z=0,4 x Q4	0,4 x 33,2182=	9,6069	175,9507

P – średni opad roczny w zlewni [m]

F – powierzchnia zlewni [km²]

v – współczynnik retencji [m]

C_s – współczynnik spływu

C_w – współczynnik uwzględniający fizjografię w zlewni

m – współczynnik zależny od wielkości powierzchni i położenia zlewni

P = 0,659

v = 0,30

F = 71,4

C_s = 0,35

C_w = 0,070

Regulacja spadku podłużnego rzeki JAWORINY

1. długość rzeki (L) między punktami AB:

L= 33 cm * 2000 = 660 m (przy skali 1:2000)

1. różnica wysokości:

h₁ = 1,06 m

1. naturalny spadek rzeki (I_n) na analizowanym odcinku:

$\mathbf{I}_{\mathbf{n}} = \frac{h_{1}}{L} \times 1000\% 0 = \frac{1,06}{660} \times 1000\% 0 = \mathbf{1,}\mathbf{61}\mathbf{\% 0}$

1. spadek projektowanej rzeki:

I_p = 0, 3%0 

1. projektowana różnica wysokości:

$\mathbf{h}_{\mathbf{2}} = \frac{I_{p} \times L}{1000\% 0} = \frac{0,3\% 0 \times 660\ m}{1000\% 0} = \mathbf{0,}\mathbf{198}\mathbf{\text{\ m}}$

1. wymagana korekta progowa:

h₁ − h₂ = 1, 06 − 0, 198 = 0, 862 ≈ 0,90 m

Zaprojektowano:

• trzy stopnie prefabrykowane o wysokości 0,30 m

Projektowanie przekroju poprzecznego (kształt trapezowy)

Dane odczytane z nomogramu do określania przekroju poprzecznego rowów i cieków wodnych o przekroju trapezowym przy nachyleniu skarp 1:2 (wg Zubrzyckiego 1975r)

Napełnienie koryta t₂=0,26m przy przepływie Q₂

Napełnienie koryta t₃=1,7m przy przepływie Q_3L

A – pole przekroju poprzecznego

O – obwód zwilżony

R – promień hydrauliczny

C – współczynnik prędkości

γ – współczynnik szorstkości koryta=1,3

σ – dopuszczalny błąd obliczeń ± 10%

Przy Q₂

$\mathbf{A}_{\mathbf{2}} = \frac{\left( nt_{2} + b + nt_{2} \right) + b}{2} \times t_{2} = \frac{\left( 0,52 + 2,50 + 0,52 \right) + 2,50}{2} \times 0,26 = \mathbf{0,79}\text{\ \ \ }$

$\mathbf{d}_{\mathbf{2}} = \sqrt{{(nt_{2})}^{2} + {(t_{2})}^{2}} = \sqrt{{(0,52)}^{2} + {(0,26)}^{2}} = \mathbf{0,58}$

O₂ = d₂ + b + d₂ = 0, 58 + 2, 50 + 0, 58 = 3, 66

$\mathbf{R}_{\mathbf{2}} = \frac{A_{2}}{O_{2}} = \frac{0,79}{3,66} = \mathbf{0,21}$

$\sqrt{\mathbf{R}_{\mathbf{2}}} = \sqrt{0,21} = \mathbf{0,46}$

$\mathbf{C}_{\mathbf{2}} = \frac{87 \times \sqrt{R_{2}}}{\gamma + \sqrt{R_{2}}} = \frac{87 \times 0,46}{1,3 + 0,46} = \frac{40,02}{1,76} = \mathbf{22,85}$

$\mathbf{V}_{\mathbf{2}} = C_{2} \times \sqrt{R_{2} \times I_{p}} = 22,85 \times \sqrt{0,21 \times 0,0003} = \mathbf{0,18}$

Q₂ = A₂ × V₂ = 0, 79 × 0, 18 = 0,1439

$\mathbf{\delta}\mathbf{=}\frac{Q_{2\ \text{ISZK}} - Q_{2\ \text{obl}}}{Q_{2\ \text{ISZK}}} \times 100\% = \frac{0,1431 - 0,1439}{0,1431} = - \mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{54}\mathbf{\%}$

Przy Q_3L:

$\mathbf{A}_{\mathbf{3}} = \frac{\left( nt_{3} + b + nt_{3} \right) + b}{2} \times t_{3} = \frac{\left( 3,40 + 2,50 + 3,40 \right) + 2,50}{2} \times 1,7 = \mathbf{10,03}\text{\ \ \ }$

$\mathbf{d}_{\mathbf{3}} = \sqrt{{(nt_{3})}^{2} + {(t_{3})}^{2}} = \sqrt{{(3,40)}^{2} + {(1,7)}^{2}} = \mathbf{3,80}$

O₃ = d₃ + b + d₃ = 3, 80 + 2, 50 + 3, 80 = 10, 10

$\mathbf{R}_{\mathbf{3}} = \frac{A_{3}}{O_{3}} = \frac{10,03}{10,10} = \mathbf{0,99}$

$\sqrt{\mathbf{R}_{\mathbf{3}}} = \sqrt{0,99} = \mathbf{1,00}$

$\mathbf{C}_{\mathbf{3}} = \frac{87 \times \sqrt{R_{3}}}{\gamma + \sqrt{R_{3}}} = \frac{87 \times 1,00}{1,3 + 1,00} = \frac{87,00}{2,30} = \mathbf{37,75}$

$\mathbf{V}_{\mathbf{3}} = C_{3} \times \sqrt{R_{3} \times I_{p}} = 37,75 \times \sqrt{0,99 \times 0,0003} = \mathbf{0,65}$

Q₃ = A₃ × V₃ = 10, 03 × 0, 65 = 6, 5343

$\mathbf{\delta =}\frac{Q_{3L\ ISZK} - Q_{3L\ obl}}{Q_{3L\ ISZK}} \times 100\% = \frac{6,6436 - 6,5343}{6,6436} = \mathbf{1,65\%}$

Zadanie

Obliczyć przepływ w korycie o kształcie półkolistym i kwadratowym, które mają jednakowe: powierzchnię przekroju poprzecznego, spadek oraz współczynnik γ= 1,3.

Dane wyjściowe:

Jako „A” przyjąć powierzchnię przekroju poprzecznego trapezu przy napełnieniu t_3L z obliczeń wykonanych przy technicznej regulacji rzeki( A_trap= A_półk= A_prost= A _kwadr.)

Napełnienie:

t _półk= promień (r) koła= [ $A = \pi r^{2}\text{\ \ }\overset{\Rightarrow}{}\text{\ \ }r^{2} = \frac{A}{\pi}\text{\ \ }\overset{\Rightarrow}{}\ \ r = \sqrt{\frac{A}{\pi}}\ $]

A _półk $= \frac{\pi r^{2}}{2}\text{\ \ }\overset{\Rightarrow}{}\text{\ \ }r^{2} = \frac{2A}{\pi}\text{\ \ }\overset{\Rightarrow}{}\text{\ \ }r_{(t_{polk})} = \sqrt{\frac{2A}{\pi}}$

t _prost = 1,2

t _kwadr = $\sqrt{A}$

Dla półkola:

A₃ = 10,03

t_półk= r_koła

$\mathbf{r(}\mathbf{t}_{\mathbf{3}}) = \sqrt{\frac{2A_{3}}{\pi}} = \sqrt{\frac{2 \times 10,03}{3,14}} = \mathbf{2,528}\ $

$\mathbf{O}_{\mathbf{3}} = \frac{2\pi r}{2} = \pi r = 3,14 \times 2,528 = \mathbf{7,94}$

$\mathbf{R}_{\mathbf{3}} = \frac{A_{3}}{O_{3}} = \frac{10,03}{7,94} = \mathbf{1,26}$ $\sqrt{R_{3}} = \sqrt{1,26} =$1,12

$\mathbf{C}_{\mathbf{3}} = \frac{87 \times \sqrt{R_{3}}}{1,3 + \sqrt{R_{3}}} = \frac{87 \times 1,12}{1,3 + 1,12} = \frac{97,44}{2,42} = \mathbf{40,35}$

$\mathbf{V}_{\mathbf{3}} = C_{3} \times \sqrt{R_{3} \times I_{p}} = 40,35 \times \sqrt{1,26 \times 0,0003} = \mathbf{0,79}$

Q₃ = A₃ × V₃ = 10, 03 × 0, 79 = 7, 8973

Dla prostokąta

A₃ = 10,03

t₃= 1,2

$A_{3} = b \times t_{3}\text{\ \ }\text{\ \ }\mathbf{b} = \frac{A_{3}}{t_{3}} = \frac{10,03}{1,2} = \mathbf{8}\mathbf{,}\mathbf{36}$

O₃ = d₃ + b + d₃ = 1, 20 + 8, 36 + 1, 20 = 10,76

$\mathbf{R}_{\mathbf{3}} = \frac{A_{3}}{O_{3}} = \frac{10,03}{10,76} = \mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{93}$ $\sqrt{R_{3}} = \sqrt{0,93} = 0,97$

$\mathbf{C}_{\mathbf{3}} = \frac{87 \times \sqrt{R_{3}}}{1,3 + \sqrt{R_{3}}} = \frac{87 \times 0,97}{1,3 + 0,97} = \frac{84,39}{2,27} = \mathbf{37}\mathbf{,}\mathbf{08}$

$\mathbf{V}_{\mathbf{3}} = C_{3} \times \sqrt{R_{3} \times I_{p}} = 37,08 \times \sqrt{0,93 \times 0,0003} = \mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{62}$

Q₃ = A₃ × V₃ = 10, 03 × 0, 62 = 6, 2196

Dla kwadratu:

A₃ = 10,03

$\mathbf{t}_{\mathbf{3}} = bok\ kwadratu = \sqrt{A_{3}} = \sqrt{10,03} = \mathbf{3,17}$

O₃ = 3 × t₃ = 3 × 3, 17 = 9, 50

$\mathbf{R}_{\mathbf{3}} = \frac{A_{3}}{O_{3}} = \frac{10,03}{9,50} = \mathbf{1}\mathbf{,}\mathbf{06}$ $\sqrt{R_{3}} = \sqrt{1,06} = 1,03$

$\mathbf{C}_{\mathbf{3}} = \frac{87 \times \sqrt{R_{3}}}{1,3 + \sqrt{R_{3}}} = \frac{87 \times 1,03}{1,3 + 1,03} = \frac{89,61}{2,33} = \mathbf{38}\mathbf{,}\mathbf{41}$

$\mathbf{V}_{\mathbf{3}} = C_{3} \times \sqrt{R_{3} \times I_{p}} = 38,41 \times \sqrt{1,06 \times 0,0003} = \mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{68}$

Q₃ = A₃ × V₃ = 10, 03 × 0, 68 = 6, 8553

Zestawienie wyników według wzrastającego przepływu Q

Przekrój poprzeczny	O [m]	R [m]	C [m]	V [m/s]	Q [m^3/s]
Półkole	7,94	1,26	40,35	0,79	7,8793
Prostokąt	10,76	0,93	37,08	0,62	6,2196
Kwadrat	9,50	1,06	38,41	0,68	6,8553
Trapez	10,10	0,99	37,75	0,65	6,5343

WNIOSKI:

Przepływ największy jest w korycie o kształcie półkolistym.

Ponieważ przepływ uzależniony jest od V, a ten współczynnik zależny jest od R (promień hydrologiczny) i C (współczynnik prędkości) i im te dane są większe tym przepływ jest też większy. Przepływ również w pośredni sposób zależy od obwodu zwilżonego im ta zmienna jest mniejsza, tym przepływ jest większy.

Potrzeby wodne roślin

E= Ef + Et

E – ewapotranspiracja

Ef – parowanie fizyczne

Et – transpiracja roślin

Obliczenie potrzeb wodnych metodą opadów optymalnych

E= γ x Po

Po – opady optymalne

γ – współczynnik zależny od zwięzłości gleby (gleby lekkie i torfowe 1,15)

Wyszczególnienie	Miesiące
	IV
Opady optymalne (Po)	Łąka
	Pastwisko
Temperatury	Rzeczywiste
	Normalne
Opady optymalne zredukowane (Por)	Łąka
	Pastwisko
Potrzeby wodne E= γ x Por	Łąka
	Pastwisko

ŁĄKA:

$\text{I\ pokos\ }\ \mathbf{E}_{\mathbf{I}} = \left( IV + V + \frac{1}{2}\text{VI} \right) \times \gamma = \left( 42,5 + 57,5 + \frac{79,5}{2} \right) \times 1,15 = \mathbf{160,7}$

$$\text{II\ pokos\ }\ \mathbf{E}_{\mathbf{\text{II}}} = \left( \frac{\text{VI}}{2} + VII + VIII + IX \right) \times \gamma = \left( \frac{79,5}{2} + 84,5 + 76 + 44,5 \right) \times 1,15 = \mathbf{281,5}$$

PASTWISKO:  E_P = (IV+V+VI+VII+VIII+IX) × γ = (42,5+57,5+79,5+84,5+76+44,5) × 1, 15 = 476, 7

Obliczenie niedoborów wodnych dla łąki i pastwiska położonych na glebie piaszczystej w dolinie rzeki Jaworiny

Wyszczególnienie	Miesiące
	IV
Opady rzeczywiste	11
Niedobór N10%	Łąka
	Pastwisko
Niedobór N25%	Łąka
	Pastwisko

ŁĄKA:

$\text{I\ pokos}\mathbf{\text{Prz}}_{\mathbf{I}} = \left( IV + V + \frac{\text{VI}}{2} \right) = \left( 11 + 33 + \frac{116}{2} \right) = \mathbf{102}$

$\text{II\ pokos}\mathbf{\text{Prz}}_{\mathbf{\text{II}}} = \left( \frac{\text{VI}}{2} + VII + VIII + IX \right) = \left( \frac{116}{2} + 135 + 47 + 20 \right) = \mathbf{260}$

I pokos N_10%N_I = 1, 2 × E_I − 0, 7 × Prz_I = 1, 2 × 160, 7 − 0, 7 × 102 = 121, 5

II pokos N_10%N_II = 1, 2 × E_II − 0, 7 × Prz_II = 1, 2 × 281, 5 − 0, 7 × 260 = 155, 8

I pokos N_25%N_I = 1, 1 × E_I − 0, 8 × Prz_I = 1, 1 × 160, 7 − 0, 8 × 102 = 95, 2

II pokos N_25%N_II = 1, 1 × E_II − 0, 8 × Prz_II = 1, 1 × 281, 5 − 0, 8 × 260 = 101, 6

PASTWISKO:

Prz_P = (IV+V+VI+VII+VIII+IX) = (11+33+116+135+47+20) = 362

N_10%N_P = 1, 2 × E_P − 0, 7 × Prz_P = 1, 2 × 476, 7 − 0, 7 × 362 = 318, 6

N_25%N_P = 1, 1 × E_P − 0, 8 × Prz_P = 1, 1 × 476, 7 − 0, 8 × 362 = 234, 7

Obliczenie zapotrzebowania wody do nawodnień podsiąkowych na użytkach zielonych położonych w dolinie rzeki Jaworiny na glebie piaszczystej

Pokos	Niedobór N10% (mm)	System podsiąku	Czas nawadniania T (dni)	Dopływ jednostkowy q (l/ s x ha)	Obszar nawadniany Ft (ha)	Dopływ całkowity Qp (m^3/ s)	Woda dyspozycyjna QD	Nadmiar lub deficyt
I	80,11	Zmienny	20	0,46	12,24	0,0056	0,091	0,0854N
		Stały	40	0,23		0,0028		0,0882N
II	86,67	Zmienny	30	0,34		0,0041		0,0869N
		Stały	50	0,20		0,0024		0,0886N

WNIOSEK

Porównując wodę dostępną z zapotrzebowaniem wodnym roślin, otrzymaliśmy nadmiar wody. Uświadczyło nas to w przekonaniu, ze dysponujemy odpowiednią ilością wody do nawodnień.

Możemy zastosować grawitacyjny system nawodnień.

Zastawki Z

Z-1 zastawka na odprowadzalniku

P_PZ1 – poziom piętrzenia zastawki PPZ1=R_ztZ1-0,1m

Z_pZ1 – zasięg piętrzenia lustra wody popada na 0,3m

R_ztZ2 – rzędna optymalnego piętrzenia Z_pZ1(R_ztZ2) = P_pZ1 + 0,3m