OBLICZENIA HYDROLOGICZNE

I Obliczenie przepływów charakterystycznych wzorami Iszkowskiego.

1. Absolutnie średnia (teoretyczna) woda z normalnego roku.

Q_s = 0,03171 · C_s · P · A [m³ · s^-1]

Q_S = 0,03171 ·0,25 · 0,512 ·109,2 [m³ · s^-1]

Q_S = 0,4432 m³ · s^-1

2. Absolutnie najniższa woda.

Q₀ = 0,2 ·
·Q_S [m³ · s^-1]

Q₀ = 0,2 · 0,75 · 0,4432 [m³ · s^-1]

Q₀ = 0,0664 m³ · s^-1

3. Najniższa normalna woda.

Q₁= 0,4 · ν · Q_S [m³ · s^-1]

Q₁= 0,4 · 0,75 · 0,4432 [m³ · s^-1]

Q₁= 0,1329 m³ · s^-1

4. Średnia normalna woda.

Q₂ = 0,7 · ν · Q_S [m³ · s^-1]

Q₂ = 0,7 · 0,75 · 0,4432 [m³ · s^-1]

Q₂ = 0,2326 m³ · s^-1

5. Najwyższa wielka woda ( katastrofalna).

Q₄ = C_W · m · P · A [m³ · s^-1]

Q₄ = 0,040 · 7,34 · 0,512 · 109,2 [m³ · s^-1]

Q₄ = 16,4152 m³ · s^-1

6. Wielka doroczna woda zimowa i letnia.

• dla terenów równinnych - przepływ zimowy

Q_3z = 0,4 · Q₄ [m³ · s^-1]

Q_3z = 0,4 · 16,4152 [m³ · s^-1]

Q_3z = 6,5661 m³ · s^-1

We wzorach Iszkowskiego stosowane są następujące oznaczenia :

A - powierzchnia zlewni w [ km² ]

P - średni opad roczny w [ m ]

C_s - współczynnik charakteryzujący rzeźbę terenu

C_w - współczynnik charakteryzujący rzeźbę terenu i przepuszczalność gleby przy obliczaniu przepływu najwyższego , przyjmowany na podstawie kategorii gruntu

i zlewni.

v - współczynnik charakteryzujący wielkość powierzchni i przepuszczalność gleby.

m - współczynnik charakteryzujący wielkość powierzchni zlewni

Dobór współczynników

W zlewniach z przewagą gruntów przepuszczalnych wielkość v kształtuje się wg. stopnia przepuszczalności oraz od rodzaju roślinności.

• średnio przepuszczalna , średnio rozwinięta - 1,0

Zależność współczynnika v od wielkości zlewni :

• mniejsza od 200 km² - zmniejsza się o 25%

Moduł dorzecza m

• wartość poprawionego współczynnika m

F [km²] równina

• 7,4

150 7,1

m = 7.34

Oznaczenie kategorii zlewni - II

• współczynniki :

C_S - 0,25

C_W - 0,040

II Obliczenia przepływów wielkich wód wzorami Loewego.

Dane :

A - 109,2 km²

P - 512 mm = 0,512 m

k_1L - 2,30

k_1Z - 3,75

k₂ - 0,67

k₃ - 0,728

k₄ - 1

Q = k₁ · k₂ · k₃ · k₄ · P · A [m³ · s^-1]

1. Wielka roczna woda zimowa.

Q_3L = k₁ · k₂ · k₃ · k₄ · P · A [m³ · s^-1]

Q_3L= 3,75 · 0,67 · 0,728 · 1 · 0,116 · 109,2[m³ · s^-1]

Q_3L = 14,1067 m³ · s^-1

2. Wielka roczna woda letnia.

Q_3Z = k₁ · k₂ · k₃ · k₄ · P · A [m³ · s^-1]

Q_3Z = 2,3 · 0,67 · 0,728 · 1 · 0,075 · 109,2 [m³ · s^-1]

Q_3Z = 14,9803 m³ · s^-1

III Obliczenie przepływu wielkiej wody rocznej wg. Dębskiego.

Dane :

A = 109,2 km²

c = 0,5

c - współczynnik zależny od właściwości hydrologicznych , ( dla terenów częściowo płaskich , częściowo pagórkowatych c = od 0,3 do 0,6 )

Q₃ = c · A^2/3 [m³ · s^-1]

Q₃ = 11,0712 m³ · s^-1

IV Obliczenie przepływów dyspozycyjnych.

1. Dla miesiąca marzec - kwiecień.

Q_{dys III -IV} = Q₂ - Q₀ [m³ · s^-1]

Q_{dys III -IV} = 0,2326 - 0,0664 [m³ · s^-1]

Q_{dys III -IV} = 0,1662 m³ · s^-1

2. Dla miesiąca maj - czerwiec.

Q_{dys V - VI} = 0,5 · ( Q₁ + Q₂) [m³ · s^-1]

Q_{dys V - VI} = 0,5 · (0,1329 + 0,2326) [m³ · s^-1]

Q_{dys V - VI} = 0,1827 m³ · s^-1

3. Dla miesiąca lipiec - sierpień.

Q_{dys VII - VIII} = Q₂ - Q₁ [m³ · s^-1]

Q_{dys VII - VIII} = 0,2326 - 0,1329 [m³ · s^-1]

Q_{dys VII - VIII} = 0,0997 m³ · s^-1

4. Dla pierwszego pokosu.

Q_{dys Ipok} = Q₂ - 0,5 · Q₀ [m³ · s^-1]

Q_{dys Ipok} = 0,2326 - 0,5 · 0,0664 [m³ · s^-1]

Q_{dys Ipok} = 0,0077 m³ · s^-1

5. Dla drugiego pokosu.

Q_{dys IIpok} = Q₁ - 0,5 · Q₀ [m³ · s^-1]

Q_{dys IIpok} = 0,1329 - 0,5 · 0,0664 [m³ · s^-1]

Q_{dys IIpok} = 0,0997 m³ · s^-1

Obliczenie dawki nawodnieniowej netto.

Dane :

a = 48,86

b = 84,33

h _MAX = 0,7

h _MIN = 0,5

1. Obliczenie objętości rezerw przejściowych.

V = b · h _MAX ^1.43 [mm]

V = 84,33 · 0,7^1,43 [mm]

V = 50,63 mm = 51 mm

2. Obliczenie odciekalności.

Q = a · h_MIN^1.73 [mm]

Q = 48,86 · 0,5^1,43 [mm]

Q = 14,72 mm = 15 mm

3. Obliczenie dawki polewowej netto.

d_n = V - Q [mm]

d_n = V_MAX - Q _MIN [mm]

d_n = 51 - 15 [mm]

d_n = 36 mm

Obliczenie dawki sezonowej netto

1. Obliczenie potrzeb wodnych roślin :

1. metoda opadów optymalnych wg. Hohendorfa

2. metoda higrometrycznego współczynnika parowania wg. Ostromęckiego

3. metoda termicznego współczynnika parowania wg. Szarowa

Ad a)

Dane :

P_IV = 65 mm

P_V = 120 mm

P _VI = 115 mm

P _VII = 100 mm

P _VIII = 80 mm

E _{I pok} = P _IV + P _V +0,5 · P _VI [mm]

E _{I pok} = 65 + 120 + 0,5 · 115 [mm]

E _{I pok} = 243 mm

E _{II pok} = 0,5 · P_VI + P_VII + P _VIII [mm]

E _{II pok} = 0,5 · 115 + 100 + 80 [mm]

E _{II pok} = 238 mm

Ad b)

E = β · Σd

Gdzie :

β - higrometryczny współczynnik parowania w mm /dobę i na każdy hPa

Σd - suma średnich dobowych niedosytów wilgotności powietrza za rozpatrywany okres

Dane :

Σ _{d IV} = 106

Σ _{d V} = 133

Σ _{d VI} = 186

Σ _{d VII} = 186

Σ _{d VIII} = 159

β - I pokos

β - II pokos

E _{I pok} = β · Σ · ( d_IV + d_V + 0,5 · d_VI) [mm]

E _{I pok} = 0,58 · ( 106 + 133 + 0,5 · 186) [mm]

E _{I pok} = 192 mm

E _{II pok} = β · Σ · ( 0,5 · d_VI + d_VII + d_VIII) [mm]

E _{II pok} = 0,53 · ( 0,5 · 186 + 186 + 159) [mm]

E _{II pok} = 232 mm

Ad c)

E =
· Σt

gdzie :

- termiczny współczynnik w mm /dobę i na każdy stopień Celsjusza

Σ t - suma średnich dobowych temperatur powietrza za rozpatrywany okres

Dane :

t_IV = 7,2

t_V =12,5

t_VI =15

t_VII = 17,9

t_VII = 16,8

- I pokos

= β · Z

= 0,58 · 0,35 = 0,20

- II pokos

= 0,53 · 0,24 = 0,13

E _{I pok} =
· ( 30 · t_IV + 31 · t_V + 0,5 · 30 · t_VI) [mm]

E _{I pok} = 0,20 · (30·7,2+31·12,5+0,5·30·15) [mm]

E _{I pok} = 165,70 mm = 166 mm

E _{II pok} =
· ( 0,5 · 30 · t_VI + 31 · t_VII +31 · t_VIII) [mm]

E _{II pok} = 0,13 · (0,5·30·15+31·17,9+31·16,8) [mm]

E _{II pok} = 169,09 mm = 169 mm

Zestawienie potrzeb wodnych roślin z trzech metod :

E _{I pok} = E _{I pok metoda Ostromęckiego} + E _{I pok metoda Szarowa} [mm]

E _{I pok} = (192 + 166) /2 [mm]

E _{I pok} = 179 mm

E _{II pok} = E _{II pok metoda Ostromęckiego} + E _{II pok metoda Hohendorfa} [mm]

E _{II pok} = (232 + 238) / 2 [mm]

E _{II pok} = 235 mm

2. Obliczenie niedoborów wodnych.

1. Dla lat normalnych pod względem opadów.

N _{I pok} = E _{I pok} - P _{I pok} [mm]

N _{I pok} = 179 - 116 [mm]

N _{I pok} = 63 mm

N _{II pok} = E _{II pok} - P _{II pok} [mm]

N _{II pok} = 235 - 178 [mm]

N _{II pok} = 57 mm

2. Dla lat średnio suchych.

N _{I pok} = E _{I pok} - P _{I pok śr. s.} [mm]

N _{I pok} = 179 - 97 [mm]

N _{I pok} = 82 [mm]

N _{II pok} = E _{II pok} - P _{II pok śr. s.} [mm]

N _{II pok} = 235 - 156 [mm]

N _{II pok} = 79 [mm]

3. Prawdopodobnych.

A_{10% I pok} = 1,16

B_{10% I pok} = 0,69

A_{10% II pok} = 1,24

B_{10% II pok} = 0,64

A_{25% I pok} = 1,09

B_{25% I pok} = 0,81

A_{25% II pok} = 1,11

B_{25% II pok} = 0,75

N_{10% I pok} = A_{10% I pok} · E - B_{10% I pok} · P [mm]

N_{10% I pok} = 1,16 · 179 - 0,69 · 116 [mm]

N_{10% I pok} = 128 mm

N_{10% II pok} = A_{10% II pok} · E - B_{10% II pok} · P [mm]

N_{10% II pok} = 1,24 · 235 - 0,64 · 178 [mm]

N_{10% II pok} = 178 mm

N_{25% I pok} = A_{25% I pok} · E - B_{25% I pok} · P [mm]

N_{25% I pok} = 1,09 · 179 - 0,81 · 116 [mm]

N_{25% I pok} = 101 mm

N_{25% II pok} = A_{25% II pok} · E - B_{25% II pok} · P [mm]

N_{25% II pok} = 1,11 · 235 - 0,75 · 178 [mm]

N_{25% II pok} = 127 mm

4. Obliczenie zapotrzebowania wody.

• dla lat normalnych

Z_{N I pok} = N_N - ΔR [mm]

Z_{N I pok} = 63 - 36 [mm]

Z_{N I pok} = 27 mm

Z_{N II pok} = N_N [mm]

Z_{N II pok} = 57 mm

• dla lat średnio suchych

Z_{śr. s. I pok} = N_{śr.s. I pok} - ΔR [mm]

Z_{śr. s. I pok} = 82 - 36 [mm]

Z_{śr. s. I pok} = 46 mm

Z_{śr. s. II pok} = N_{śr.s. II pok} [mm]

Z_{śr. s. II pok} = 79 mm

• dla niedoborów o 10% prawdopodobieństwie przewyższenia

Z_{10% I pok} = N_{10% I pok} - ΔR [mm]

Z_{10% I pok} = 128 - 36 [mm]

Z_{10% I pok} = 92 mm

Z_{10% II pok} = N_{10% II pok} [mm]

Z_{10% II pok} = 178 mm

• dla niedoborów o 25 % prawdopodobieństwie przewyższenia

Z_{25% I pok} = N_{25% I pok} - ΔR [mm]

Z_{25% I pok} = 101 -36 [mm]

Z_{25% I pok} = 65 mm

Z_{25% II pok} = N_{25% II pok} [mm]

Z_{25% II pok} = 127 mm

5. Obliczenie ilości nawodnień.

• dla lat normalnych

n_{N I pok} =

n_{N I pok} =

n_{N I pok} = 4 dni

n_{N II pok} =

n_{N II pok} =

n_{N II pok} = 5 dni

• dla lat średnio suchych

n_{śr. s. I pok} =

n_{śr. s. I pok} =

n_{śr. s. I pok} = 2 dni

n_{śr. s. II pok} =

n_{śr. s. II pok} =

n_{śr. s. II pok} = 3 dni

• dla niedoborów o 10% prawdopodobieństwie przewyższenia

n_{10 % I pok} =

n_{10 % I pok} =

n_{10 % I pok} = 4 dni

n_{10 % II pok} =

n_{10 % II pok} =

n_{10 % II pok} = 5 dni

• dla niedoborów o 25% prawdopodobieństwie przewyższenia

n_{25 % I pok} =

n_{25 % I pok} =

n_{25 % I pok} = 3 dni

n_{25 % II pok} =

n_{25 % II pok} =

n_{25 % II pok} = 4 dni

3. Zestalenie głębokości rowów nawadniająco odwadniających i ich rozstawy.

Dane:

• glina lekka

• P = 0,506 m

• T_st = -2,9 ºC

1. Dla gliny lekkiej przyjmuję głębokość rowu w przedziale 0,65 - 0,75, oraz rozstawę rowów 60 - 80 m.

2. Dla opadu 0,506 m interpolujemy głębokość rowu z przyjętego przedziału.

500 750

0,65 0,75

Przyjmuję głębokość rowu równą 0,65 m

3. Dla temperatury stycznia -2,9ºC interpoluję rozstawę rowów w przedziale 60-80m

-2ºC 80 m

-4,5ºC 60 m

80 - 60 = 20 m

4,5 - 2 = 2,5 ºC

20 : 2,5 = 8

8 · 0,9 = 7,2

80 - 7,2 = 72,8 m

Przyjmuję do projektu rozstawę rowów równa 70 m .

VI Obliczenie nawodnienia podsiąkowego

Dane :

n - współczynnik zależny od kształtu krzywej depresji po nawodnieniu

( przyjmuję n = 0,50)

δ - wolna porowatość profilu gleby w chwili nawodnienia , wartość równoznaczna

z wartością współczynnika α_g

α_g = 0,30 - dla gliny lekkiej

k - współczynnik filtracji [ m/d]

k - 2,3 m/d

L - rozstawa rowów [m]

l - 0,5 ∙ L [m]

l - 0,5 ∙ 70 = 35 m

a - minimalna wartość odwodnienia

e - parowanie średnie [m ∙ s^-1]

e = 0,003 m ∙ s^-1

Schemat hydrauliczny nawadniania podsiąkowego gleb mineralnych

wg . propozycji Kostiakowa

l = 0,5 L

2 a

h k

1

H H₀ H₂

H = 3,8 - 4,8 m

h = 0,65 m

H₀ = H - h

H₀ = 4,8 - 0,65

H_o = 4,15 m

H₂ = 4,8 - 0,5 = 4,3 m

1. Obliczenie czasu trwania pierwszej fazy nawodnienia.

T₁ =
[dni]

T₁ =
[dni]

T₁ = 4,46 dni

2. Obliczenie niezbędnego dopływu jednostkowego w czasie trwania pierwszej fazy

nawadniania.

q₁ = 116 ∙
[l ∙ s^-1 ∙ ha ^-1]

q₁ = 116 ∙
[l ∙ s^-1 ∙ ha ^-1]

q₁ = 2,53 l ∙ s^-1 ∙ ha ^-1

3 . Obliczenie czasu trwania drugiej fazy nawodnienia

T₂ =
[dni]

Q_śr = 0,5 ∙( Q₁ +Q₂) [m³ ∙ d ^-1]

Q₁ =
[m³ ∙ d ^-1]

Q₂ =
[m³ ∙ d ^-1]

Q₁ =
= 0,38 [m³ ∙ d ^-1]

Q₂ =
= 0,30 [m³ ∙ d ^-1]

Q_śr = 0,5 ∙(0,38 + 0,30) = 1,36 [m³ ∙ d ^-1]

T₂ =
[dni]

4. Obliczenie niezbędnego dopływu jednostkowego drugiej fazy nawodnienia.

q₂ = 116 ∙
[l ∙ s^-1 ∙ ha ^-1]

q₂ = 116 ∙
[l ∙ s^-1 ∙ ha ^-1]

q₂ = 4,14 l ∙ s^-1 ∙ ha ^-1

5. Obliczenie całkowitego czasu trwania nawadniania.

T = T₁ + T₂ [dni]

T_c = 1,5 ∙ T [dni]

T_c = T₁ + T₂ + 0,5 ∙(T₁ + T₂) [dni]

T = 4,46 + 0,63 [dni]

T = 5,09 dni

T_c = 5,09 + 2,54 [dni]

T_c = 7,63 dni

VII Obliczenie światła zastawki

Dane :

• głębokość strugi h = 0,65 m

• spadek dna I = 0,5 %

• przekrój trapezowy koryta b = 0,5m

• skarpy zadarnione o pochyleniu 1: n = 1: 1,5

• współczynnik szorstkości dla koryta ziemnego zadarnionego źle utrzymanego

n_s =0,03

• współczynniki dławienia zależne od szorstkości otworu μ₁ = μ₂ = 0,73

wg. Cz. Zakaszewskiego Melioracje rolne t.1 str. 97 tab.39

Założenia :

1. Dopuszczalne jest minimalne piętrzenie nie przekraczające h_s = 10 cm

w momencie gdy woda powyżej zastawki zaczyna wylewać się na brzegi.

2. Światło zastawki nie może być mniejsze niż szerokość dna rowu.

bz

B₀

B

n_s

t h 1:1,5

1. Obliczenie parametrów hydraulicznych poniżej zastawki.

• głębokość strugi wody

t = h - h_s [m]

t = 0,65 - 0,1 [m]

t = 0,55 m

• górna szerokość koryta

B = b + 3 ∙ t [m]

B = 0,5 + 3 ∙ 0,55 [m]

B = 2,15 m

• użyteczna powierzchnia przekroju koryta

F =
[m²]

F =
[m²]

F = 0,73 m²

• obwód zwilżony

O = b + 2 ∙ t ∙
[m]

O = 0,5 + 2 ∙ 0,55 ∙
[m]

O = 2,49 m

• promień hydrauliczny

R =
[m]

R =
[m]

R = 0,29 m

• współczynnik prędkości wg Ganguilleta - Kuttera

c =
[m · s^-1]

c =
[m · s^-1]

c = 17,36 m · s^-1

• prędkość wody w strudze

V = c ∙
[m ∙ s^-1]

V = 17,36 ∙
[m ∙ s^-1]

V = 0,21 m ∙ s^-1

• ilość przepływającej wody

Q = F ∙ V [m³ ∙ s^-1]

Q = 0,73 ∙ 0,21 [m³ ∙ s^-1]

Q = 0,15 m³ ∙ s^-1

2. Obliczenie parametrów hydraulicznych powyżej zastawki ( prędkość wody dopływającej do zastawki V_o jest nieco mniejsza niż V gdyż ...........

• górna szerokość koryta

B_o = b + 3 ∙ h [m]

B_o = 0,5 +3 ∙ 0,65 [m]

B_o = 2,45 m

• użyteczna powierzchnia przekroju koryta

F_o =
[m²]

F_o =
[m²]

F_o = 0,96 m²

• prędkość wody w strudze

V_o =
[m ∙ s^-1]

V_o =
[m ∙ s^-1]

V_o = 0,15 m ∙ s^-1

Światło zastawki w takich warunkach obliczamy jak dla przelewu zatopionego .

Q =
[m³ ∙ s^-1]

k =
[m ∙ s^-1]

k =
[m ∙ s^-1]

k = 0,008 m ∙ s^-1

z powyższego wzoru otrzymujemy

b_z = 0,43 m

Przyjęto b_z = 0,5 m

Przyjmuję światło zastawki równe szerokości dna rowu równe 0,5 m.

1

9

---