Оформление водоема: Оформление пруда: мастер-класс | Строительный портал

Содержание

Оформление пруда: мастер-класс | Строительный портал

Несмотря на то, что вода издавна притягивала внимание человека своей красотой и манящей силой мощной стихии, лишь единицы могут похвастаться наличием водоема на дачном участке. Сегодня это задача вполне осуществимая, так как каждый сможет создать искусственный водоем, предназначение которого будет весьма многогранным, что определяется многообразием его функций. В связи с бурным развитием ландшафтного дизайна и декоративных приемов, связанных с оформлением участка, пруд на даче перестал позиционироваться только в качестве уютного уголка для отдыха. В настоящее время специалисты в области ландшафтного дизайна пропагандируют необходимость восприятия декоративного пруда на даче в качестве значимого элемента единого целого, основное предназначение которого заключается в визуальном расширении границ замкнутого пространства, а также ликвидации всех преград, создаваемых серыми стенами дачных построек и зелеными живыми изгородями.

Но чтобы пруд стал функциональной единицей единого целого и гармонично дополнял целостный ландшафт придомовой территории, необходимо позаботиться о его грамотном оформлении, завершив которое, вы с уверенностью сможете сказать, что ваш пруд стал настоящим украшением придомовой территории. И, несмотря на то, что оформление пруда – дело непростое и весьма хлопотное, при условии правильного к нему подхода, в процессе которого вы проявите изрядную долю фантазии, вы сможете собственноручно воссоздать настоящее произведение искусства.

Содержание

  1. Разновидности оформления пруда: основные характеристики
  2. Стилистические направления в оформлении пруда на даче
  3. Последовательность действий при оформлении пруда. Правила выбора местности
  4. Посадка растений как основной способ декорирования пруда
  5. Оформление пруда камнями: повышаем декоративные характеристики водоема

 

Разновидности оформления пруда: основные характеристики

Так как существует две основные разновидности оформления пруда, оно может быть реализовано в двух вариантах.

Классический или так называемый формальный пруд подразумевает создание водоема правильной геометрической формы, например квадратной, круглой, эллипсовидной или Г-образной формы. Данный вариант считается наиболее предпочтительным для оформления небольших садовых участков, ландшафт которых также ориентирован на преобладание классики. Водоемы правильной геометрической способствуют внесению дополнительной симметрии и упорядоченности в дизайн участка. Чтобы акцентировать внимание на четких линиях и прямых углах водоема, по периметру его отделывают плиткой, изготовленной из натурального или искусственного камня. Чтобы обыграть тематику классики и четких геометрических форм, специалисты предлагают сделать ставку на обустройство приподнятого водоема, который значительно приподнят от уровня земли и не нуждается в выкапывании котлована. А чтобы сделать его более очаровательным, дизайнеры рекомендуют обустроить неподалеку от пруда фонтан.

Пруд свободных очертаний станет оригинальным дополнением вашего сада, если он обустроен в пейзажном стиле, для которого характерны более естественные очертания. Впоследствии, став «полноправной» частью единого целого, такой пруд сможет функционировать в качестве самостоятельной экосистемы, для которой свойственны свои собственные принципы саморегуляции и самоочищения. Но это возможно только в том случае, если пруд сам по себе характеризуется внушительными размерами и площадью не менее 5 кв. метров.  В связи с особенностями пруда как самостоятельной экосистемы, данный водоем рассчитан на длительное функционирование и не нуждается в тщательном уходе. Свободные очертания декоративного пруда, размещенного в пейзажном саду, открывает большие возможности для дизайнера относительно его оформления. Что касается особенностей озеленения такого пруда, то основная его концепция направлена на придание пруду максимально естественных, природных очертаний. Кроме того, растения, занимающие прибрежную зону пруда, должны композиционно связывать его с единым ландшафтом, делая его составной частью единого целого.

Оформление пруда фото

Стилистические направления в оформлении пруда на даче

Восточные мотивы в оформлении пруда – далеко не редкость. Это обусловлено тем, что традиционно декоративное оформление водоемов зародилось именно в жарких странах манящего Востока, где вода была настоящей роскошью. Драгоценная жидкость, постоянно переливающаяся на территории участка – прерогатива только богатых людей, которые неподалеку от искусственных водоемов предпочитали размещать декоративные фонтаны, при их оформлении придерживаясь принципов регулярности и строгих геометрических форм.

Китайский стиль, примечательной чертой которого является большое количество буйной растительности, что в максимальной степени соответствует принципам пейзажного направления. Для водоема, оформленного в китайском стиле, характерны следующие особенности:

  • Водная гладь с внушительной площадью;
  • Изогнутость, порой витиеватость линий и плавность форм, что в полной мере подчеркивает естественность происхождения водоема;
  • В центре водной композиции, как правило, размещается островок, не имеющий связи с прибрежной частью пруда;
  • На этом островке может располагаться массивный камень, одиноко растущее дерево или кустарник;
  • Через пруд зачастую устанавливают мостик, соединяющий прибрежную зону с не слишком отдаленными участками пруда.
    Не редким дополнением мостика является фонарь изысканных форм и очертаний, который придаст особую романтику пруду в темное время суток;

Японский стиль в оформлении пруда отличается неизменным присутствием аскетизма всех форм и линий, поражающего и одновременно притягивающего взгляд непосвященного человека. Строгость композиции необходимо подчеркнуть геометрической формой пруда, который может быть как квадратным, так и прямоугольным. Важным дополнением композиции в японском стиле является наличие тщательно продуманной последовательности валунов и каменных глыб, которые неизбежно привлекут взор созерцателя. Вдоль прибрежной линии пруда, как правило, производят посадку карликовых кустарников и деревьев.

Французский стиль – направление, получившее широкое распространения в странах Европы. В большинстве случаев французский стиль используется в качестве основы для современных направлений, таких как модерн и футуризм. Французские искусственные пруды отличаются следующими особенностями:

  • Внушительные размеры элементов ландшафта, в том числе и пруда;
  • Абсолютно четкие геометрические формы пруда, подчеркнуть которые необходимо с помощью плитки из натурального или искусственного камня;
  • Важной отличительной особенностью пруда является некоторая возвышенность линии высоты пруда по сравнению с прибрежной зоной.

Последовательность действий при оформлении пруда. Правила выбора местности

Если вы планируете создать пруд на дачном участке и впоследствии грамотно его оформить, следуйте предложенному нами алгоритму проектирования и оформления пруда.

  • Разработка проекта искусственного водоема на участке;
  • Выбор наиболее подходящей территории;
  • Составление дендроплана и подбор необходимых растений для озеленения пруда;
  • Выбор камней в соответствии с составленной ранее композицией;
  • Осуществление мероприятий по оформлению пруда;
  • И подбор рыбок, от которого можно отказаться.

Как правильно выбрать оптимальное место для пруда?

Существует ряд рекомендаций, которые необходимо соблюдать при подборе местности для пруда. Перед тем, как приступить к выбору местности, ознакомьтесь с ними, дабы в последующем избежать возникновения наиболее распространенных ошибок.

  • Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение открытой местности и заведомо отказаться от участков, расположенных в гуще раскидистых деревьев. Впоследствии это позволит исключить загрязнение пруда опавшей листвой, а также разрушение его берегов разросшейся корневой системой деревьев;
  • Чтобы впоследствии предотвратить возникновение трудностей с расширением ландшафтной зоны пруда и дальнейшим усовершенствованием ее привлекательности, отграничьте территорию, размер которой значительно больше предполагаемых размеров искусственного пруда;
  • Откажитесь от размещения пруда на солнечных участках, что позволит предотвратить чрезмерный нагрев водной глади и соответственно размножение бактериальной флоры и «цветение» воды. Кроме того, это позволит защитить растения от преждевременного гниения и увядания, обусловленного созданием неблагоприятной среды для их жизнедеятельности;
  • Желательно отдавать предпочтение непродуваемой местности, в той или иной мере защищенной от ветров, что будет способствовать защите изящных водных и прибрежных растений от поломки, а также предотвратит преждевременное засорение пруда, связанного с непрерывным переносом частиц пыли и грунта, а также листвы и семян сорных растений. Скопление этих частиц на поверхности водной глади приводит к загрязнению экосистемы пруда;

Как правильно определить размеры пруда?

Несмотря на то, что выбор размеров пруда в большей степени зависит от ваших предпочтений, все-таки необходимо следовать основным правилам его проектирования, в соответствии с которыми, общий размер пруда составляет не более 3-4 % от всей площади участка;

  • Если вы планируете обустроить на своем участке единственный пруд, декорированный только лишь растительностью, наиболее предпочтительным станет обустройство водоема размерами 3×3 или 2×2 метра, глубина которого не будет превышать 50-70 см;
  • Если вы планируете заселить в пруд рыбок, позаботьтесь об увеличении его глубины, что обеспечить рыбкам наиболее благоприятные условия зимовки в ограниченном пространстве;
  • Если придомовая садово-парковая зона располагается на участке внушительных размеров и характеризуется многообразием декоративных элементов, участок рекомендуется обустроить прудом несколько больших размеров, чем предусмотрено стандартами;

Посадка растений как основной способ декорирования пруда

Несмотря на то, что вы, казалось бы, полностью обустроили садовый пруд, законченный внешний вид он приобретет только после озеленения.

Первое впечатление, производимое прудом на созерцателя, в большей части определяется оформлением его береговой линии. Впрочем, если проявить фантазию и терпеливо подойти к озеленению пруда, с помощью зеленых насаждений даже самый заурядный водоем можно превратить в настоящий шедевр.

Композиционные принципы озеленения пруда

Разрабатывая проект пруда, и составляя дендроплан, соблюдайте ряд рекомендаций, которые позволят произвести рациональное оформление пруда своими руками.

  • На северном берегу пруда рекомендуют произвести густую посадку более высоких деревьев и кустарников, а также высокой травянистой растительности, в отличие от южного берега, на котором размещают только низкорослые растительные культуры. Данный способ посадки растительности обеспечит рациональный прогрев водоема. В зависимости от преобладающего направления ветров, с этой же целью производят посадку высокой растительности на западном или восточном берегу, которые все-таки должны быть реже, чем на северном;
  • В соответствии со следующим композиционным приемом, необходимо правильно расставить точки видимости (места наилучшего обзора прибрежной местности), благодаря чему вы сможете визуально приблизить поверхность воды, одновременно увеличив ее площадь. Например, если вы обозначите точку видимости в направлении, перпендикулярном наиболее длинной оси водоема, и с противоположной от точки видимости стороны пруда посадите растения голубого цвета (ирисы, незабудки, веронику поручейную), то сможете воссоздать иллюзию перспективы, зрительно увеличив поверхность водной глади;

Прежде чем заняться посадкой растений, важно помнить о том, что пруд разделяется на несколько функциональных зон:

  • Зона поверхности водной глади;
  • Глубоководная и мелководная зоны;
  • Зона береговой линии.

В соответствии с выделенными зонами все растения, уместные в декорировании пруда, можно разделить на несколько групп:

Поверхностные растения, для жизнедеятельности которых не требуется грунт, так как они плавают на поверхности водоема. Поддержание их жизнедеятельности определяется необходимой концентрацией веществ в водоеме. К этой группе относятся:

  • Водяной гиацинт;
  • Азолла;
  • Вольфия;
  • Ряска;
  • Гидроклеис;
  • Водяной орех;
  • Водокрас.

Глубоководные растения, для нормальной жизнедеятельности которых, высота пруда должна быть не менее 50 см. Для большего удобства специалисты предлагают размещать глубоководные растения в контейнерах, установленных в глубине водоема. Среди глубоководных растений выделяют:

  • Кувшинка,
  • Кубышка;
  • Нимфейник;
  • Оронтиум;
  • Шелковник.

Растения-оксигенераторы, то есть растения, способствующие естественному очищению воды, должны быть непременными составляющими водоема. Для их нормальной жизнедеятельности необходим углекислый газ, поглощая который, растения-оксигенераторы будут выделять насыщенный кислород. Несмотря на то, что не требовательны к уходу, они предотвратят зарастание пруда тиной и существенно облегчат процесс ухода за ним. Помимо практического значения, нельзя не отметить их примечательный внешний вид и неординарную форму. Наиболее интересными среди них являются:

  • Роголистник;
  • Эродея;
  • Уруть.

Прибрежные растения для садового пруда – еще одна неотъемлемая разновидность растений для декорирования пруда, которая позволит организовать плавный переход от одного ландшафтного элемента к другому. Среди прибрежных растений для оформления берегов пруда необходимо отметить виды, благоприятной средой для произрастания которых является увлажненная почва. Например:

  • Болотник;
  • Нарцениум;
  • Поручейник;
  • Осока;
  • Ситник;
  • Белокрыльник.

Оформляя берега пруда, необходимо учитывать, что берег разделен на две функциональные зоны: влажная и сухая. Последняя представлена традиционной наземной флорой, которые позволят объединить пруд с целостным ландшафтом. Например, возле водоема в общую композицию удачно впишется ива или сосновые породы, благодаря которым удастся воссоздать лесное озеро или родник.

Мелководье или влажная линия необходимо засаживать растениями, благоприятной средой для которых является увлажненный грунт. Благодаря высоким приспособительным способностям, данные растения могут с успехом переносить как переувлажнение, так и засуху. К ним относятся ирис, аир, стрелолист и камыш.

Плотность посадки растений в воде: глубоководное обустройство водоема

Посадка растений в пруду чем-то напоминает посадку в саду, и она также подразумевает редкое размещение растений, так как они имеют склонность к разрастанию. По мнению профессионалов, треть пруда не должна быть вообще засажена растениями, однако это также зависит от вида посадочного материала.

Глубоководные растения, также называемые растениями с плавающими листьями, произрастают на дне пруда, тогда как их листья располагаются на поверхности. Так как они нуждаются в наличии донного субстрата и грунта, культивировать их предпочитают в контейнерах, установленных на дне водоема. Перед тем, как приступить к высадке растений, необходимо определиться с плотностью их расположения, что позволит предотвратить преждевременное зарастание пруда. Чтобы оптимально сориентироваться в плотности посадки растений, соблюдайте следующие рекомендации:

По берегам пруда, а также во влажной зоне высадите не более 3-4 небольших растений на 1 кв. метр (например, стрелолист, калужницу или лютики), или 2-3 более крупных растения на 1 кв. метр (рогоз, бадан, ирис).

Мелководная зона, глубина которой не превышает 15 метров, засаживается исходя из правила: 2-3 растения на 1 кв. метр.

Растения-оксигенераторы и глубоководные виды высаживается не более 1-2 штук на 1 кв. метр.

 

Оформление пруда камнями: повышаем декоративные характеристики водоема

Обязательным элементом ландшафта любого рукотворного водоема являются камни различных видов и формы. Они могут быть покрыты водой полностью или частично, благодаря чему создается неповторимый эффект естественности и в то же время декоративности. При этом важно помнить, что каждый камень должен быть на своем месте. Например, прибрежная мелководная зона может быть декорирована крупными валунами, покрытыми массивными шапками изо мхов, частично погруженными в воду, в то время как мелкая галька будет на своем месте, если ее поместить на дно водоема. Оформляя сухую прибрежную зону, вы можете использовать наиболее крупные экземпляры.

Важно! Камни известковой структуры не рекомендуются к использованию, так как приводят к повышению pH в водоеме, что способствует чрезмерному повышению роста водной растительности.

В качестве основных разновидностей камня для оформления пруда используют:

  • Мрамор;
  • Гранит;
  • Гнейс;
  • Песчаник;
  • Кварцит.

Использование определенной породы при оформлении пруда камнями зависит от выбранного вами ландшафтного направления. Это может быть и пара-тройка массивных остроугольных глыб, и россыпь мелкой гальки, и массивные мраморные валуны по берегу пруда. Несмотря на весьма демократичный подход к выбору камней для оформления пруда важно избегать чрезмерного разнообразия, чтобы не создавалось впечатление, что пруд создан искусственно.

Дизайнеры предлагают и более современный подход к оформлению пруда камнями, предполагающий использование искусственных камней, таких как керамические плиты и цветной бетон. Однако важно помнить о том, что при выборе данного варианта декорирования, ни о какой естественности водоема не может быть и речи.

 

Оформление пруда: мастер-класс | Строительный портал

Несмотря на то, что вода издавна притягивала внимание человека своей красотой и манящей силой мощной стихии, лишь единицы могут похвастаться наличием водоема на дачном участке. Сегодня это задача вполне осуществимая, так как каждый сможет создать искусственный водоем, предназначение которого будет весьма многогранным, что определяется многообразием его функций. В связи с бурным развитием ландшафтного дизайна и декоративных приемов, связанных с оформлением участка, пруд на даче перестал позиционироваться только в качестве уютного уголка для отдыха. В настоящее время специалисты в области ландшафтного дизайна пропагандируют необходимость восприятия декоративного пруда на даче в качестве значимого элемента единого целого, основное предназначение которого заключается в визуальном расширении границ замкнутого пространства, а также ликвидации всех преград, создаваемых серыми стенами дачных построек и зелеными живыми изгородями. Но чтобы пруд стал функциональной единицей единого целого и гармонично дополнял целостный ландшафт придомовой территории, необходимо позаботиться о его грамотном оформлении, завершив которое, вы с уверенностью сможете сказать, что ваш пруд стал настоящим украшением придомовой территории. И, несмотря на то, что оформление пруда – дело непростое и весьма хлопотное, при условии правильного к нему подхода, в процессе которого вы проявите изрядную долю фантазии, вы сможете собственноручно воссоздать настоящее произведение искусства.

Содержание

  1. Разновидности оформления пруда: основные характеристики
  2. Стилистические направления в оформлении пруда на даче
  3. Последовательность действий при оформлении пруда. Правила выбора местности
  4. Посадка растений как основной способ декорирования пруда
  5. Оформление пруда камнями: повышаем декоративные характеристики водоема

 

Разновидности оформления пруда: основные характеристики

Так как существует две основные разновидности оформления пруда, оно может быть реализовано в двух вариантах.

Классический или так называемый формальный пруд подразумевает создание водоема правильной геометрической формы, например квадратной, круглой, эллипсовидной или Г-образной формы. Данный вариант считается наиболее предпочтительным для оформления небольших садовых участков, ландшафт которых также ориентирован на преобладание классики. Водоемы правильной геометрической способствуют внесению дополнительной симметрии и упорядоченности в дизайн участка. Чтобы акцентировать внимание на четких линиях и прямых углах водоема, по периметру его отделывают плиткой, изготовленной из натурального или искусственного камня. Чтобы обыграть тематику классики и четких геометрических форм, специалисты предлагают сделать ставку на обустройство приподнятого водоема, который значительно приподнят от уровня земли и не нуждается в выкапывании котлована. А чтобы сделать его более очаровательным, дизайнеры рекомендуют обустроить неподалеку от пруда фонтан.

Пруд свободных очертаний станет оригинальным дополнением вашего сада, если он обустроен в пейзажном стиле, для которого характерны более естественные очертания. Впоследствии, став «полноправной» частью единого целого, такой пруд сможет функционировать в качестве самостоятельной экосистемы, для которой свойственны свои собственные принципы саморегуляции и самоочищения. Но это возможно только в том случае, если пруд сам по себе характеризуется внушительными размерами и площадью не менее 5 кв. метров.  В связи с особенностями пруда как самостоятельной экосистемы, данный водоем рассчитан на длительное функционирование и не нуждается в тщательном уходе. Свободные очертания декоративного пруда, размещенного в пейзажном саду, открывает большие возможности для дизайнера относительно его оформления. Что касается особенностей озеленения такого пруда, то основная его концепция направлена на придание пруду максимально естественных, природных очертаний. Кроме того, растения, занимающие прибрежную зону пруда, должны композиционно связывать его с единым ландшафтом, делая его составной частью единого целого.

Оформление пруда фото

Стилистические направления в оформлении пруда на даче

Восточные мотивы в оформлении пруда – далеко не редкость. Это обусловлено тем, что традиционно декоративное оформление водоемов зародилось именно в жарких странах манящего Востока, где вода была настоящей роскошью. Драгоценная жидкость, постоянно переливающаяся на территории участка – прерогатива только богатых людей, которые неподалеку от искусственных водоемов предпочитали размещать декоративные фонтаны, при их оформлении придерживаясь принципов регулярности и строгих геометрических форм.

Китайский стиль, примечательной чертой которого является большое количество буйной растительности, что в максимальной степени соответствует принципам пейзажного направления. Для водоема, оформленного в китайском стиле, характерны следующие особенности:

  • Водная гладь с внушительной площадью;
  • Изогнутость, порой витиеватость линий и плавность форм, что в полной мере подчеркивает естественность происхождения водоема;
  • В центре водной композиции, как правило, размещается островок, не имеющий связи с прибрежной частью пруда;
  • На этом островке может располагаться массивный камень, одиноко растущее дерево или кустарник;
  • Через пруд зачастую устанавливают мостик, соединяющий прибрежную зону с не слишком отдаленными участками пруда. Не редким дополнением мостика является фонарь изысканных форм и очертаний, который придаст особую романтику пруду в темное время суток;

Японский стиль в оформлении пруда отличается неизменным присутствием аскетизма всех форм и линий, поражающего и одновременно притягивающего взгляд непосвященного человека. Строгость композиции необходимо подчеркнуть геометрической формой пруда, который может быть как квадратным, так и прямоугольным. Важным дополнением композиции в японском стиле является наличие тщательно продуманной последовательности валунов и каменных глыб, которые неизбежно привлекут взор созерцателя. Вдоль прибрежной линии пруда, как правило, производят посадку карликовых кустарников и деревьев.

Французский стиль – направление, получившее широкое распространения в странах Европы. В большинстве случаев французский стиль используется в качестве основы для современных направлений, таких как модерн и футуризм. Французские искусственные пруды отличаются следующими особенностями:

  • Внушительные размеры элементов ландшафта, в том числе и пруда;
  • Абсолютно четкие геометрические формы пруда, подчеркнуть которые необходимо с помощью плитки из натурального или искусственного камня;
  • Важной отличительной особенностью пруда является некоторая возвышенность линии высоты пруда по сравнению с прибрежной зоной.

Последовательность действий при оформлении пруда. Правила выбора местности

Если вы планируете создать пруд на дачном участке и впоследствии грамотно его оформить, следуйте предложенному нами алгоритму проектирования и оформления пруда.

  • Разработка проекта искусственного водоема на участке;
  • Выбор наиболее подходящей территории;
  • Составление дендроплана и подбор необходимых растений для озеленения пруда;
  • Выбор камней в соответствии с составленной ранее композицией;
  • Осуществление мероприятий по оформлению пруда;
  • И подбор рыбок, от которого можно отказаться.

Как правильно выбрать оптимальное место для пруда?

Существует ряд рекомендаций, которые необходимо соблюдать при подборе местности для пруда. Перед тем, как приступить к выбору местности, ознакомьтесь с ними, дабы в последующем избежать возникновения наиболее распространенных ошибок.

  • Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение открытой местности и заведомо отказаться от участков, расположенных в гуще раскидистых деревьев. Впоследствии это позволит исключить загрязнение пруда опавшей листвой, а также разрушение его берегов разросшейся корневой системой деревьев;
  • Чтобы впоследствии предотвратить возникновение трудностей с расширением ландшафтной зоны пруда и дальнейшим усовершенствованием ее привлекательности, отграничьте территорию, размер которой значительно больше предполагаемых размеров искусственного пруда;
  • Откажитесь от размещения пруда на солнечных участках, что позволит предотвратить чрезмерный нагрев водной глади и соответственно размножение бактериальной флоры и «цветение» воды. Кроме того, это позволит защитить растения от преждевременного гниения и увядания, обусловленного созданием неблагоприятной среды для их жизнедеятельности;
  • Желательно отдавать предпочтение непродуваемой местности, в той или иной мере защищенной от ветров, что будет способствовать защите изящных водных и прибрежных растений от поломки, а также предотвратит преждевременное засорение пруда, связанного с непрерывным переносом частиц пыли и грунта, а также листвы и семян сорных растений. Скопление этих частиц на поверхности водной глади приводит к загрязнению экосистемы пруда;

Как правильно определить размеры пруда?

Несмотря на то, что выбор размеров пруда в большей степени зависит от ваших предпочтений, все-таки необходимо следовать основным правилам его проектирования, в соответствии с которыми, общий размер пруда составляет не более 3-4 % от всей площади участка;

  • Если вы планируете обустроить на своем участке единственный пруд, декорированный только лишь растительностью, наиболее предпочтительным станет обустройство водоема размерами 3×3 или 2×2 метра, глубина которого не будет превышать 50-70 см;
  • Если вы планируете заселить в пруд рыбок, позаботьтесь об увеличении его глубины, что обеспечить рыбкам наиболее благоприятные условия зимовки в ограниченном пространстве;
  • Если придомовая садово-парковая зона располагается на участке внушительных размеров и характеризуется многообразием декоративных элементов, участок рекомендуется обустроить прудом несколько больших размеров, чем предусмотрено стандартами;

Посадка растений как основной способ декорирования пруда

Несмотря на то, что вы, казалось бы, полностью обустроили садовый пруд, законченный внешний вид он приобретет только после озеленения. Первое впечатление, производимое прудом на созерцателя, в большей части определяется оформлением его береговой линии. Впрочем, если проявить фантазию и терпеливо подойти к озеленению пруда, с помощью зеленых насаждений даже самый заурядный водоем можно превратить в настоящий шедевр.

Композиционные принципы озеленения пруда

Разрабатывая проект пруда, и составляя дендроплан, соблюдайте ряд рекомендаций, которые позволят произвести рациональное оформление пруда своими руками.

  • На северном берегу пруда рекомендуют произвести густую посадку более высоких деревьев и кустарников, а также высокой травянистой растительности, в отличие от южного берега, на котором размещают только низкорослые растительные культуры. Данный способ посадки растительности обеспечит рациональный прогрев водоема. В зависимости от преобладающего направления ветров, с этой же целью производят посадку высокой растительности на западном или восточном берегу, которые все-таки должны быть реже, чем на северном;
  • В соответствии со следующим композиционным приемом, необходимо правильно расставить точки видимости (места наилучшего обзора прибрежной местности), благодаря чему вы сможете визуально приблизить поверхность воды, одновременно увеличив ее площадь. Например, если вы обозначите точку видимости в направлении, перпендикулярном наиболее длинной оси водоема, и с противоположной от точки видимости стороны пруда посадите растения голубого цвета (ирисы, незабудки, веронику поручейную), то сможете воссоздать иллюзию перспективы, зрительно увеличив поверхность водной глади;

Прежде чем заняться посадкой растений, важно помнить о том, что пруд разделяется на несколько функциональных зон:

  • Зона поверхности водной глади;
  • Глубоководная и мелководная зоны;
  • Зона береговой линии.

В соответствии с выделенными зонами все растения, уместные в декорировании пруда, можно разделить на несколько групп:

Поверхностные растения, для жизнедеятельности которых не требуется грунт, так как они плавают на поверхности водоема. Поддержание их жизнедеятельности определяется необходимой концентрацией веществ в водоеме. К этой группе относятся:

  • Водяной гиацинт;
  • Азолла;
  • Вольфия;
  • Ряска;
  • Гидроклеис;
  • Водяной орех;
  • Водокрас.

Глубоководные растения, для нормальной жизнедеятельности которых, высота пруда должна быть не менее 50 см. Для большего удобства специалисты предлагают размещать глубоководные растения в контейнерах, установленных в глубине водоема. Среди глубоководных растений выделяют:

  • Кувшинка,
  • Кубышка;
  • Нимфейник;
  • Оронтиум;
  • Шелковник.

Растения-оксигенераторы, то есть растения, способствующие естественному очищению воды, должны быть непременными составляющими водоема. Для их нормальной жизнедеятельности необходим углекислый газ, поглощая который, растения-оксигенераторы будут выделять насыщенный кислород. Несмотря на то, что не требовательны к уходу, они предотвратят зарастание пруда тиной и существенно облегчат процесс ухода за ним. Помимо практического значения, нельзя не отметить их примечательный внешний вид и неординарную форму. Наиболее интересными среди них являются:

  • Роголистник;
  • Эродея;
  • Уруть.

Прибрежные растения для садового пруда – еще одна неотъемлемая разновидность растений для декорирования пруда, которая позволит организовать плавный переход от одного ландшафтного элемента к другому. Среди прибрежных растений для оформления берегов пруда необходимо отметить виды, благоприятной средой для произрастания которых является увлажненная почва. Например:

  • Болотник;
  • Нарцениум;
  • Поручейник;
  • Осока;
  • Ситник;
  • Белокрыльник.

Оформляя берега пруда, необходимо учитывать, что берег разделен на две функциональные зоны: влажная и сухая. Последняя представлена традиционной наземной флорой, которые позволят объединить пруд с целостным ландшафтом. Например, возле водоема в общую композицию удачно впишется ива или сосновые породы, благодаря которым удастся воссоздать лесное озеро или родник.

Мелководье или влажная линия необходимо засаживать растениями, благоприятной средой для которых является увлажненный грунт. Благодаря высоким приспособительным способностям, данные растения могут с успехом переносить как переувлажнение, так и засуху. К ним относятся ирис, аир, стрелолист и камыш.

Плотность посадки растений в воде: глубоководное обустройство водоема

Посадка растений в пруду чем-то напоминает посадку в саду, и она также подразумевает редкое размещение растений, так как они имеют склонность к разрастанию. По мнению профессионалов, треть пруда не должна быть вообще засажена растениями, однако это также зависит от вида посадочного материала.

Глубоководные растения, также называемые растениями с плавающими листьями, произрастают на дне пруда, тогда как их листья располагаются на поверхности. Так как они нуждаются в наличии донного субстрата и грунта, культивировать их предпочитают в контейнерах, установленных на дне водоема. Перед тем, как приступить к высадке растений, необходимо определиться с плотностью их расположения, что позволит предотвратить преждевременное зарастание пруда. Чтобы оптимально сориентироваться в плотности посадки растений, соблюдайте следующие рекомендации:

По берегам пруда, а также во влажной зоне высадите не более 3-4 небольших растений на 1 кв. метр (например, стрелолист, калужницу или лютики), или 2-3 более крупных растения на 1 кв. метр (рогоз, бадан, ирис).

Мелководная зона, глубина которой не превышает 15 метров, засаживается исходя из правила: 2-3 растения на 1 кв. метр.

Растения-оксигенераторы и глубоководные виды высаживается не более 1-2 штук на 1 кв. метр.

 

Оформление пруда камнями: повышаем декоративные характеристики водоема

Обязательным элементом ландшафта любого рукотворного водоема являются камни различных видов и формы. Они могут быть покрыты водой полностью или частично, благодаря чему создается неповторимый эффект естественности и в то же время декоративности. При этом важно помнить, что каждый камень должен быть на своем месте. Например, прибрежная мелководная зона может быть декорирована крупными валунами, покрытыми массивными шапками изо мхов, частично погруженными в воду, в то время как мелкая галька будет на своем месте, если ее поместить на дно водоема. Оформляя сухую прибрежную зону, вы можете использовать наиболее крупные экземпляры.

Важно! Камни известковой структуры не рекомендуются к использованию, так как приводят к повышению pH в водоеме, что способствует чрезмерному повышению роста водной растительности.

В качестве основных разновидностей камня для оформления пруда используют:

  • Мрамор;
  • Гранит;
  • Гнейс;
  • Песчаник;
  • Кварцит.

Использование определенной породы при оформлении пруда камнями зависит от выбранного вами ландшафтного направления. Это может быть и пара-тройка массивных остроугольных глыб, и россыпь мелкой гальки, и массивные мраморные валуны по берегу пруда. Несмотря на весьма демократичный подход к выбору камней для оформления пруда важно избегать чрезмерного разнообразия, чтобы не создавалось впечатление, что пруд создан искусственно.

Дизайнеры предлагают и более современный подход к оформлению пруда камнями, предполагающий использование искусственных камней, таких как керамические плиты и цветной бетон. Однако важно помнить о том, что при выборе данного варианта декорирования, ни о какой естественности водоема не может быть и речи.

 

Оформление пруда: мастер-класс | Строительный портал

Несмотря на то, что вода издавна притягивала внимание человека своей красотой и манящей силой мощной стихии, лишь единицы могут похвастаться наличием водоема на дачном участке. Сегодня это задача вполне осуществимая, так как каждый сможет создать искусственный водоем, предназначение которого будет весьма многогранным, что определяется многообразием его функций. В связи с бурным развитием ландшафтного дизайна и декоративных приемов, связанных с оформлением участка, пруд на даче перестал позиционироваться только в качестве уютного уголка для отдыха. В настоящее время специалисты в области ландшафтного дизайна пропагандируют необходимость восприятия декоративного пруда на даче в качестве значимого элемента единого целого, основное предназначение которого заключается в визуальном расширении границ замкнутого пространства, а также ликвидации всех преград, создаваемых серыми стенами дачных построек и зелеными живыми изгородями. Но чтобы пруд стал функциональной единицей единого целого и гармонично дополнял целостный ландшафт придомовой территории, необходимо позаботиться о его грамотном оформлении, завершив которое, вы с уверенностью сможете сказать, что ваш пруд стал настоящим украшением придомовой территории. И, несмотря на то, что оформление пруда – дело непростое и весьма хлопотное, при условии правильного к нему подхода, в процессе которого вы проявите изрядную долю фантазии, вы сможете собственноручно воссоздать настоящее произведение искусства.

Содержание

  1. Разновидности оформления пруда: основные характеристики
  2. Стилистические направления в оформлении пруда на даче
  3. Последовательность действий при оформлении пруда. Правила выбора местности
  4. Посадка растений как основной способ декорирования пруда
  5. Оформление пруда камнями: повышаем декоративные характеристики водоема

 

Разновидности оформления пруда: основные характеристики

Так как существует две основные разновидности оформления пруда, оно может быть реализовано в двух вариантах.

Классический или так называемый формальный пруд подразумевает создание водоема правильной геометрической формы, например квадратной, круглой, эллипсовидной или Г-образной формы. Данный вариант считается наиболее предпочтительным для оформления небольших садовых участков, ландшафт которых также ориентирован на преобладание классики. Водоемы правильной геометрической способствуют внесению дополнительной симметрии и упорядоченности в дизайн участка. Чтобы акцентировать внимание на четких линиях и прямых углах водоема, по периметру его отделывают плиткой, изготовленной из натурального или искусственного камня. Чтобы обыграть тематику классики и четких геометрических форм, специалисты предлагают сделать ставку на обустройство приподнятого водоема, который значительно приподнят от уровня земли и не нуждается в выкапывании котлована. А чтобы сделать его более очаровательным, дизайнеры рекомендуют обустроить неподалеку от пруда фонтан.

Пруд свободных очертаний станет оригинальным дополнением вашего сада, если он обустроен в пейзажном стиле, для которого характерны более естественные очертания. Впоследствии, став «полноправной» частью единого целого, такой пруд сможет функционировать в качестве самостоятельной экосистемы, для которой свойственны свои собственные принципы саморегуляции и самоочищения. Но это возможно только в том случае, если пруд сам по себе характеризуется внушительными размерами и площадью не менее 5 кв. метров.  В связи с особенностями пруда как самостоятельной экосистемы, данный водоем рассчитан на длительное функционирование и не нуждается в тщательном уходе. Свободные очертания декоративного пруда, размещенного в пейзажном саду, открывает большие возможности для дизайнера относительно его оформления. Что касается особенностей озеленения такого пруда, то основная его концепция направлена на придание пруду максимально естественных, природных очертаний. Кроме того, растения, занимающие прибрежную зону пруда, должны композиционно связывать его с единым ландшафтом, делая его составной частью единого целого.

Оформление пруда фото

Стилистические направления в оформлении пруда на даче

Восточные мотивы в оформлении пруда – далеко не редкость. Это обусловлено тем, что традиционно декоративное оформление водоемов зародилось именно в жарких странах манящего Востока, где вода была настоящей роскошью. Драгоценная жидкость, постоянно переливающаяся на территории участка – прерогатива только богатых людей, которые неподалеку от искусственных водоемов предпочитали размещать декоративные фонтаны, при их оформлении придерживаясь принципов регулярности и строгих геометрических форм.

Китайский стиль, примечательной чертой которого является большое количество буйной растительности, что в максимальной степени соответствует принципам пейзажного направления. Для водоема, оформленного в китайском стиле, характерны следующие особенности:

  • Водная гладь с внушительной площадью;
  • Изогнутость, порой витиеватость линий и плавность форм, что в полной мере подчеркивает естественность происхождения водоема;
  • В центре водной композиции, как правило, размещается островок, не имеющий связи с прибрежной частью пруда;
  • На этом островке может располагаться массивный камень, одиноко растущее дерево или кустарник;
  • Через пруд зачастую устанавливают мостик, соединяющий прибрежную зону с не слишком отдаленными участками пруда. Не редким дополнением мостика является фонарь изысканных форм и очертаний, который придаст особую романтику пруду в темное время суток;

Японский стиль в оформлении пруда отличается неизменным присутствием аскетизма всех форм и линий, поражающего и одновременно притягивающего взгляд непосвященного человека. Строгость композиции необходимо подчеркнуть геометрической формой пруда, который может быть как квадратным, так и прямоугольным. Важным дополнением композиции в японском стиле является наличие тщательно продуманной последовательности валунов и каменных глыб, которые неизбежно привлекут взор созерцателя. Вдоль прибрежной линии пруда, как правило, производят посадку карликовых кустарников и деревьев.

Французский стиль – направление, получившее широкое распространения в странах Европы. В большинстве случаев французский стиль используется в качестве основы для современных направлений, таких как модерн и футуризм. Французские искусственные пруды отличаются следующими особенностями:

  • Внушительные размеры элементов ландшафта, в том числе и пруда;
  • Абсолютно четкие геометрические формы пруда, подчеркнуть которые необходимо с помощью плитки из натурального или искусственного камня;
  • Важной отличительной особенностью пруда является некоторая возвышенность линии высоты пруда по сравнению с прибрежной зоной.

Последовательность действий при оформлении пруда. Правила выбора местности

Если вы планируете создать пруд на дачном участке и впоследствии грамотно его оформить, следуйте предложенному нами алгоритму проектирования и оформления пруда.

  • Разработка проекта искусственного водоема на участке;
  • Выбор наиболее подходящей территории;
  • Составление дендроплана и подбор необходимых растений для озеленения пруда;
  • Выбор камней в соответствии с составленной ранее композицией;
  • Осуществление мероприятий по оформлению пруда;
  • И подбор рыбок, от которого можно отказаться.

Как правильно выбрать оптимальное место для пруда?

Существует ряд рекомендаций, которые необходимо соблюдать при подборе местности для пруда. Перед тем, как приступить к выбору местности, ознакомьтесь с ними, дабы в последующем избежать возникновения наиболее распространенных ошибок.

  • Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение открытой местности и заведомо отказаться от участков, расположенных в гуще раскидистых деревьев. Впоследствии это позволит исключить загрязнение пруда опавшей листвой, а также разрушение его берегов разросшейся корневой системой деревьев;
  • Чтобы впоследствии предотвратить возникновение трудностей с расширением ландшафтной зоны пруда и дальнейшим усовершенствованием ее привлекательности, отграничьте территорию, размер которой значительно больше предполагаемых размеров искусственного пруда;
  • Откажитесь от размещения пруда на солнечных участках, что позволит предотвратить чрезмерный нагрев водной глади и соответственно размножение бактериальной флоры и «цветение» воды. Кроме того, это позволит защитить растения от преждевременного гниения и увядания, обусловленного созданием неблагоприятной среды для их жизнедеятельности;
  • Желательно отдавать предпочтение непродуваемой местности, в той или иной мере защищенной от ветров, что будет способствовать защите изящных водных и прибрежных растений от поломки, а также предотвратит преждевременное засорение пруда, связанного с непрерывным переносом частиц пыли и грунта, а также листвы и семян сорных растений. Скопление этих частиц на поверхности водной глади приводит к загрязнению экосистемы пруда;

Как правильно определить размеры пруда?

Несмотря на то, что выбор размеров пруда в большей степени зависит от ваших предпочтений, все-таки необходимо следовать основным правилам его проектирования, в соответствии с которыми, общий размер пруда составляет не более 3-4 % от всей площади участка;

  • Если вы планируете обустроить на своем участке единственный пруд, декорированный только лишь растительностью, наиболее предпочтительным станет обустройство водоема размерами 3×3 или 2×2 метра, глубина которого не будет превышать 50-70 см;
  • Если вы планируете заселить в пруд рыбок, позаботьтесь об увеличении его глубины, что обеспечить рыбкам наиболее благоприятные условия зимовки в ограниченном пространстве;
  • Если придомовая садово-парковая зона располагается на участке внушительных размеров и характеризуется многообразием декоративных элементов, участок рекомендуется обустроить прудом несколько больших размеров, чем предусмотрено стандартами;

Посадка растений как основной способ декорирования пруда

Несмотря на то, что вы, казалось бы, полностью обустроили садовый пруд, законченный внешний вид он приобретет только после озеленения. Первое впечатление, производимое прудом на созерцателя, в большей части определяется оформлением его береговой линии. Впрочем, если проявить фантазию и терпеливо подойти к озеленению пруда, с помощью зеленых насаждений даже самый заурядный водоем можно превратить в настоящий шедевр.

Композиционные принципы озеленения пруда

Разрабатывая проект пруда, и составляя дендроплан, соблюдайте ряд рекомендаций, которые позволят произвести рациональное оформление пруда своими руками.

  • На северном берегу пруда рекомендуют произвести густую посадку более высоких деревьев и кустарников, а также высокой травянистой растительности, в отличие от южного берега, на котором размещают только низкорослые растительные культуры. Данный способ посадки растительности обеспечит рациональный прогрев водоема. В зависимости от преобладающего направления ветров, с этой же целью производят посадку высокой растительности на западном или восточном берегу, которые все-таки должны быть реже, чем на северном;
  • В соответствии со следующим композиционным приемом, необходимо правильно расставить точки видимости (места наилучшего обзора прибрежной местности), благодаря чему вы сможете визуально приблизить поверхность воды, одновременно увеличив ее площадь. Например, если вы обозначите точку видимости в направлении, перпендикулярном наиболее длинной оси водоема, и с противоположной от точки видимости стороны пруда посадите растения голубого цвета (ирисы, незабудки, веронику поручейную), то сможете воссоздать иллюзию перспективы, зрительно увеличив поверхность водной глади;

Прежде чем заняться посадкой растений, важно помнить о том, что пруд разделяется на несколько функциональных зон:

  • Зона поверхности водной глади;
  • Глубоководная и мелководная зоны;
  • Зона береговой линии.

В соответствии с выделенными зонами все растения, уместные в декорировании пруда, можно разделить на несколько групп:

Поверхностные растения, для жизнедеятельности которых не требуется грунт, так как они плавают на поверхности водоема. Поддержание их жизнедеятельности определяется необходимой концентрацией веществ в водоеме. К этой группе относятся:

  • Водяной гиацинт;
  • Азолла;
  • Вольфия;
  • Ряска;
  • Гидроклеис;
  • Водяной орех;
  • Водокрас.

Глубоководные растения, для нормальной жизнедеятельности которых, высота пруда должна быть не менее 50 см. Для большего удобства специалисты предлагают размещать глубоководные растения в контейнерах, установленных в глубине водоема. Среди глубоководных растений выделяют:

  • Кувшинка,
  • Кубышка;
  • Нимфейник;
  • Оронтиум;
  • Шелковник.

Растения-оксигенераторы, то есть растения, способствующие естественному очищению воды, должны быть непременными составляющими водоема. Для их нормальной жизнедеятельности необходим углекислый газ, поглощая который, растения-оксигенераторы будут выделять насыщенный кислород. Несмотря на то, что не требовательны к уходу, они предотвратят зарастание пруда тиной и существенно облегчат процесс ухода за ним. Помимо практического значения, нельзя не отметить их примечательный внешний вид и неординарную форму. Наиболее интересными среди них являются:

  • Роголистник;
  • Эродея;
  • Уруть.

Прибрежные растения для садового пруда – еще одна неотъемлемая разновидность растений для декорирования пруда, которая позволит организовать плавный переход от одного ландшафтного элемента к другому. Среди прибрежных растений для оформления берегов пруда необходимо отметить виды, благоприятной средой для произрастания которых является увлажненная почва. Например:

  • Болотник;
  • Нарцениум;
  • Поручейник;
  • Осока;
  • Ситник;
  • Белокрыльник.

Оформляя берега пруда, необходимо учитывать, что берег разделен на две функциональные зоны: влажная и сухая. Последняя представлена традиционной наземной флорой, которые позволят объединить пруд с целостным ландшафтом. Например, возле водоема в общую композицию удачно впишется ива или сосновые породы, благодаря которым удастся воссоздать лесное озеро или родник.

Мелководье или влажная линия необходимо засаживать растениями, благоприятной средой для которых является увлажненный грунт. Благодаря высоким приспособительным способностям, данные растения могут с успехом переносить как переувлажнение, так и засуху. К ним относятся ирис, аир, стрелолист и камыш.

Плотность посадки растений в воде: глубоководное обустройство водоема

Посадка растений в пруду чем-то напоминает посадку в саду, и она также подразумевает редкое размещение растений, так как они имеют склонность к разрастанию. По мнению профессионалов, треть пруда не должна быть вообще засажена растениями, однако это также зависит от вида посадочного материала.

Глубоководные растения, также называемые растениями с плавающими листьями, произрастают на дне пруда, тогда как их листья располагаются на поверхности. Так как они нуждаются в наличии донного субстрата и грунта, культивировать их предпочитают в контейнерах, установленных на дне водоема. Перед тем, как приступить к высадке растений, необходимо определиться с плотностью их расположения, что позволит предотвратить преждевременное зарастание пруда. Чтобы оптимально сориентироваться в плотности посадки растений, соблюдайте следующие рекомендации:

По берегам пруда, а также во влажной зоне высадите не более 3-4 небольших растений на 1 кв. метр (например, стрелолист, калужницу или лютики), или 2-3 более крупных растения на 1 кв. метр (рогоз, бадан, ирис).

Мелководная зона, глубина которой не превышает 15 метров, засаживается исходя из правила: 2-3 растения на 1 кв. метр.

Растения-оксигенераторы и глубоководные виды высаживается не более 1-2 штук на 1 кв. метр.

 

Оформление пруда камнями: повышаем декоративные характеристики водоема

Обязательным элементом ландшафта любого рукотворного водоема являются камни различных видов и формы. Они могут быть покрыты водой полностью или частично, благодаря чему создается неповторимый эффект естественности и в то же время декоративности. При этом важно помнить, что каждый камень должен быть на своем месте. Например, прибрежная мелководная зона может быть декорирована крупными валунами, покрытыми массивными шапками изо мхов, частично погруженными в воду, в то время как мелкая галька будет на своем месте, если ее поместить на дно водоема. Оформляя сухую прибрежную зону, вы можете использовать наиболее крупные экземпляры.

Важно! Камни известковой структуры не рекомендуются к использованию, так как приводят к повышению pH в водоеме, что способствует чрезмерному повышению роста водной растительности.

В качестве основных разновидностей камня для оформления пруда используют:

  • Мрамор;
  • Гранит;
  • Гнейс;
  • Песчаник;
  • Кварцит.

Использование определенной породы при оформлении пруда камнями зависит от выбранного вами ландшафтного направления. Это может быть и пара-тройка массивных остроугольных глыб, и россыпь мелкой гальки, и массивные мраморные валуны по берегу пруда. Несмотря на весьма демократичный подход к выбору камней для оформления пруда важно избегать чрезмерного разнообразия, чтобы не создавалось впечатление, что пруд создан искусственно.

Дизайнеры предлагают и более современный подход к оформлению пруда камнями, предполагающий использование искусственных камней, таких как керамические плиты и цветной бетон. Однако важно помнить о том, что при выборе данного варианта декорирования, ни о какой естественности водоема не может быть и речи.

 

Оформление пруда: мастер-класс | Строительный портал

Несмотря на то, что вода издавна притягивала внимание человека своей красотой и манящей силой мощной стихии, лишь единицы могут похвастаться наличием водоема на дачном участке. Сегодня это задача вполне осуществимая, так как каждый сможет создать искусственный водоем, предназначение которого будет весьма многогранным, что определяется многообразием его функций. В связи с бурным развитием ландшафтного дизайна и декоративных приемов, связанных с оформлением участка, пруд на даче перестал позиционироваться только в качестве уютного уголка для отдыха. В настоящее время специалисты в области ландшафтного дизайна пропагандируют необходимость восприятия декоративного пруда на даче в качестве значимого элемента единого целого, основное предназначение которого заключается в визуальном расширении границ замкнутого пространства, а также ликвидации всех преград, создаваемых серыми стенами дачных построек и зелеными живыми изгородями. Но чтобы пруд стал функциональной единицей единого целого и гармонично дополнял целостный ландшафт придомовой территории, необходимо позаботиться о его грамотном оформлении, завершив которое, вы с уверенностью сможете сказать, что ваш пруд стал настоящим украшением придомовой территории. И, несмотря на то, что оформление пруда – дело непростое и весьма хлопотное, при условии правильного к нему подхода, в процессе которого вы проявите изрядную долю фантазии, вы сможете собственноручно воссоздать настоящее произведение искусства.

Содержание

  1. Разновидности оформления пруда: основные характеристики
  2. Стилистические направления в оформлении пруда на даче
  3. Последовательность действий при оформлении пруда. Правила выбора местности
  4. Посадка растений как основной способ декорирования пруда
  5. Оформление пруда камнями: повышаем декоративные характеристики водоема

 

Разновидности оформления пруда: основные характеристики

Так как существует две основные разновидности оформления пруда, оно может быть реализовано в двух вариантах.

Классический или так называемый формальный пруд подразумевает создание водоема правильной геометрической формы, например квадратной, круглой, эллипсовидной или Г-образной формы. Данный вариант считается наиболее предпочтительным для оформления небольших садовых участков, ландшафт которых также ориентирован на преобладание классики. Водоемы правильной геометрической способствуют внесению дополнительной симметрии и упорядоченности в дизайн участка. Чтобы акцентировать внимание на четких линиях и прямых углах водоема, по периметру его отделывают плиткой, изготовленной из натурального или искусственного камня. Чтобы обыграть тематику классики и четких геометрических форм, специалисты предлагают сделать ставку на обустройство приподнятого водоема, который значительно приподнят от уровня земли и не нуждается в выкапывании котлована. А чтобы сделать его более очаровательным, дизайнеры рекомендуют обустроить неподалеку от пруда фонтан.

Пруд свободных очертаний станет оригинальным дополнением вашего сада, если он обустроен в пейзажном стиле, для которого характерны более естественные очертания. Впоследствии, став «полноправной» частью единого целого, такой пруд сможет функционировать в качестве самостоятельной экосистемы, для которой свойственны свои собственные принципы саморегуляции и самоочищения. Но это возможно только в том случае, если пруд сам по себе характеризуется внушительными размерами и площадью не менее 5 кв. метров.  В связи с особенностями пруда как самостоятельной экосистемы, данный водоем рассчитан на длительное функционирование и не нуждается в тщательном уходе. Свободные очертания декоративного пруда, размещенного в пейзажном саду, открывает большие возможности для дизайнера относительно его оформления. Что касается особенностей озеленения такого пруда, то основная его концепция направлена на придание пруду максимально естественных, природных очертаний. Кроме того, растения, занимающие прибрежную зону пруда, должны композиционно связывать его с единым ландшафтом, делая его составной частью единого целого.

Оформление пруда фото

Стилистические направления в оформлении пруда на даче

Восточные мотивы в оформлении пруда – далеко не редкость. Это обусловлено тем, что традиционно декоративное оформление водоемов зародилось именно в жарких странах манящего Востока, где вода была настоящей роскошью. Драгоценная жидкость, постоянно переливающаяся на территории участка – прерогатива только богатых людей, которые неподалеку от искусственных водоемов предпочитали размещать декоративные фонтаны, при их оформлении придерживаясь принципов регулярности и строгих геометрических форм.

Китайский стиль, примечательной чертой которого является большое количество буйной растительности, что в максимальной степени соответствует принципам пейзажного направления. Для водоема, оформленного в китайском стиле, характерны следующие особенности:

  • Водная гладь с внушительной площадью;
  • Изогнутость, порой витиеватость линий и плавность форм, что в полной мере подчеркивает естественность происхождения водоема;
  • В центре водной композиции, как правило, размещается островок, не имеющий связи с прибрежной частью пруда;
  • На этом островке может располагаться массивный камень, одиноко растущее дерево или кустарник;
  • Через пруд зачастую устанавливают мостик, соединяющий прибрежную зону с не слишком отдаленными участками пруда. Не редким дополнением мостика является фонарь изысканных форм и очертаний, который придаст особую романтику пруду в темное время суток;

Японский стиль в оформлении пруда отличается неизменным присутствием аскетизма всех форм и линий, поражающего и одновременно притягивающего взгляд непосвященного человека. Строгость композиции необходимо подчеркнуть геометрической формой пруда, который может быть как квадратным, так и прямоугольным. Важным дополнением композиции в японском стиле является наличие тщательно продуманной последовательности валунов и каменных глыб, которые неизбежно привлекут взор созерцателя. Вдоль прибрежной линии пруда, как правило, производят посадку карликовых кустарников и деревьев.

Французский стиль – направление, получившее широкое распространения в странах Европы. В большинстве случаев французский стиль используется в качестве основы для современных направлений, таких как модерн и футуризм. Французские искусственные пруды отличаются следующими особенностями:

  • Внушительные размеры элементов ландшафта, в том числе и пруда;
  • Абсолютно четкие геометрические формы пруда, подчеркнуть которые необходимо с помощью плитки из натурального или искусственного камня;
  • Важной отличительной особенностью пруда является некоторая возвышенность линии высоты пруда по сравнению с прибрежной зоной.

Последовательность действий при оформлении пруда. Правила выбора местности

Если вы планируете создать пруд на дачном участке и впоследствии грамотно его оформить, следуйте предложенному нами алгоритму проектирования и оформления пруда.

  • Разработка проекта искусственного водоема на участке;
  • Выбор наиболее подходящей территории;
  • Составление дендроплана и подбор необходимых растений для озеленения пруда;
  • Выбор камней в соответствии с составленной ранее композицией;
  • Осуществление мероприятий по оформлению пруда;
  • И подбор рыбок, от которого можно отказаться.

Как правильно выбрать оптимальное место для пруда?

Существует ряд рекомендаций, которые необходимо соблюдать при подборе местности для пруда. Перед тем, как приступить к выбору местности, ознакомьтесь с ними, дабы в последующем избежать возникновения наиболее распространенных ошибок.

  • Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение открытой местности и заведомо отказаться от участков, расположенных в гуще раскидистых деревьев. Впоследствии это позволит исключить загрязнение пруда опавшей листвой, а также разрушение его берегов разросшейся корневой системой деревьев;
  • Чтобы впоследствии предотвратить возникновение трудностей с расширением ландшафтной зоны пруда и дальнейшим усовершенствованием ее привлекательности, отграничьте территорию, размер которой значительно больше предполагаемых размеров искусственного пруда;
  • Откажитесь от размещения пруда на солнечных участках, что позволит предотвратить чрезмерный нагрев водной глади и соответственно размножение бактериальной флоры и «цветение» воды. Кроме того, это позволит защитить растения от преждевременного гниения и увядания, обусловленного созданием неблагоприятной среды для их жизнедеятельности;
  • Желательно отдавать предпочтение непродуваемой местности, в той или иной мере защищенной от ветров, что будет способствовать защите изящных водных и прибрежных растений от поломки, а также предотвратит преждевременное засорение пруда, связанного с непрерывным переносом частиц пыли и грунта, а также листвы и семян сорных растений. Скопление этих частиц на поверхности водной глади приводит к загрязнению экосистемы пруда;

Как правильно определить размеры пруда?

Несмотря на то, что выбор размеров пруда в большей степени зависит от ваших предпочтений, все-таки необходимо следовать основным правилам его проектирования, в соответствии с которыми, общий размер пруда составляет не более 3-4 % от всей площади участка;

  • Если вы планируете обустроить на своем участке единственный пруд, декорированный только лишь растительностью, наиболее предпочтительным станет обустройство водоема размерами 3×3 или 2×2 метра, глубина которого не будет превышать 50-70 см;
  • Если вы планируете заселить в пруд рыбок, позаботьтесь об увеличении его глубины, что обеспечить рыбкам наиболее благоприятные условия зимовки в ограниченном пространстве;
  • Если придомовая садово-парковая зона располагается на участке внушительных размеров и характеризуется многообразием декоративных элементов, участок рекомендуется обустроить прудом несколько больших размеров, чем предусмотрено стандартами;

Посадка растений как основной способ декорирования пруда

Несмотря на то, что вы, казалось бы, полностью обустроили садовый пруд, законченный внешний вид он приобретет только после озеленения. Первое впечатление, производимое прудом на созерцателя, в большей части определяется оформлением его береговой линии. Впрочем, если проявить фантазию и терпеливо подойти к озеленению пруда, с помощью зеленых насаждений даже самый заурядный водоем можно превратить в настоящий шедевр.

Композиционные принципы озеленения пруда

Разрабатывая проект пруда, и составляя дендроплан, соблюдайте ряд рекомендаций, которые позволят произвести рациональное оформление пруда своими руками.

  • На северном берегу пруда рекомендуют произвести густую посадку более высоких деревьев и кустарников, а также высокой травянистой растительности, в отличие от южного берега, на котором размещают только низкорослые растительные культуры. Данный способ посадки растительности обеспечит рациональный прогрев водоема. В зависимости от преобладающего направления ветров, с этой же целью производят посадку высокой растительности на западном или восточном берегу, которые все-таки должны быть реже, чем на северном;
  • В соответствии со следующим композиционным приемом, необходимо правильно расставить точки видимости (места наилучшего обзора прибрежной местности), благодаря чему вы сможете визуально приблизить поверхность воды, одновременно увеличив ее площадь. Например, если вы обозначите точку видимости в направлении, перпендикулярном наиболее длинной оси водоема, и с противоположной от точки видимости стороны пруда посадите растения голубого цвета (ирисы, незабудки, веронику поручейную), то сможете воссоздать иллюзию перспективы, зрительно увеличив поверхность водной глади;

Прежде чем заняться посадкой растений, важно помнить о том, что пруд разделяется на несколько функциональных зон:

  • Зона поверхности водной глади;
  • Глубоководная и мелководная зоны;
  • Зона береговой линии.

В соответствии с выделенными зонами все растения, уместные в декорировании пруда, можно разделить на несколько групп:

Поверхностные растения, для жизнедеятельности которых не требуется грунт, так как они плавают на поверхности водоема. Поддержание их жизнедеятельности определяется необходимой концентрацией веществ в водоеме. К этой группе относятся:

  • Водяной гиацинт;
  • Азолла;
  • Вольфия;
  • Ряска;
  • Гидроклеис;
  • Водяной орех;
  • Водокрас.

Глубоководные растения, для нормальной жизнедеятельности которых, высота пруда должна быть не менее 50 см. Для большего удобства специалисты предлагают размещать глубоководные растения в контейнерах, установленных в глубине водоема. Среди глубоководных растений выделяют:

  • Кувшинка,
  • Кубышка;
  • Нимфейник;
  • Оронтиум;
  • Шелковник.

Растения-оксигенераторы, то есть растения, способствующие естественному очищению воды, должны быть непременными составляющими водоема. Для их нормальной жизнедеятельности необходим углекислый газ, поглощая который, растения-оксигенераторы будут выделять насыщенный кислород. Несмотря на то, что не требовательны к уходу, они предотвратят зарастание пруда тиной и существенно облегчат процесс ухода за ним. Помимо практического значения, нельзя не отметить их примечательный внешний вид и неординарную форму. Наиболее интересными среди них являются:

  • Роголистник;
  • Эродея;
  • Уруть.

Прибрежные растения для садового пруда – еще одна неотъемлемая разновидность растений для декорирования пруда, которая позволит организовать плавный переход от одного ландшафтного элемента к другому. Среди прибрежных растений для оформления берегов пруда необходимо отметить виды, благоприятной средой для произрастания которых является увлажненная почва. Например:

  • Болотник;
  • Нарцениум;
  • Поручейник;
  • Осока;
  • Ситник;
  • Белокрыльник.

Оформляя берега пруда, необходимо учитывать, что берег разделен на две функциональные зоны: влажная и сухая. Последняя представлена традиционной наземной флорой, которые позволят объединить пруд с целостным ландшафтом. Например, возле водоема в общую композицию удачно впишется ива или сосновые породы, благодаря которым удастся воссоздать лесное озеро или родник.

Мелководье или влажная линия необходимо засаживать растениями, благоприятной средой для которых является увлажненный грунт. Благодаря высоким приспособительным способностям, данные растения могут с успехом переносить как переувлажнение, так и засуху. К ним относятся ирис, аир, стрелолист и камыш.

Плотность посадки растений в воде: глубоководное обустройство водоема

Посадка растений в пруду чем-то напоминает посадку в саду, и она также подразумевает редкое размещение растений, так как они имеют склонность к разрастанию. По мнению профессионалов, треть пруда не должна быть вообще засажена растениями, однако это также зависит от вида посадочного материала.

Глубоководные растения, также называемые растениями с плавающими листьями, произрастают на дне пруда, тогда как их листья располагаются на поверхности. Так как они нуждаются в наличии донного субстрата и грунта, культивировать их предпочитают в контейнерах, установленных на дне водоема. Перед тем, как приступить к высадке растений, необходимо определиться с плотностью их расположения, что позволит предотвратить преждевременное зарастание пруда. Чтобы оптимально сориентироваться в плотности посадки растений, соблюдайте следующие рекомендации:

По берегам пруда, а также во влажной зоне высадите не более 3-4 небольших растений на 1 кв. метр (например, стрелолист, калужницу или лютики), или 2-3 более крупных растения на 1 кв. метр (рогоз, бадан, ирис).

Мелководная зона, глубина которой не превышает 15 метров, засаживается исходя из правила: 2-3 растения на 1 кв. метр.

Растения-оксигенераторы и глубоководные виды высаживается не более 1-2 штук на 1 кв. метр.

 

Оформление пруда камнями: повышаем декоративные характеристики водоема

Обязательным элементом ландшафта любого рукотворного водоема являются камни различных видов и формы. Они могут быть покрыты водой полностью или частично, благодаря чему создается неповторимый эффект естественности и в то же время декоративности. При этом важно помнить, что каждый камень должен быть на своем месте. Например, прибрежная мелководная зона может быть декорирована крупными валунами, покрытыми массивными шапками изо мхов, частично погруженными в воду, в то время как мелкая галька будет на своем месте, если ее поместить на дно водоема. Оформляя сухую прибрежную зону, вы можете использовать наиболее крупные экземпляры.

Важно! Камни известковой структуры не рекомендуются к использованию, так как приводят к повышению pH в водоеме, что способствует чрезмерному повышению роста водной растительности.

В качестве основных разновидностей камня для оформления пруда используют:

  • Мрамор;
  • Гранит;
  • Гнейс;
  • Песчаник;
  • Кварцит.

Использование определенной породы при оформлении пруда камнями зависит от выбранного вами ландшафтного направления. Это может быть и пара-тройка массивных остроугольных глыб, и россыпь мелкой гальки, и массивные мраморные валуны по берегу пруда. Несмотря на весьма демократичный подход к выбору камней для оформления пруда важно избегать чрезмерного разнообразия, чтобы не создавалось впечатление, что пруд создан искусственно.

Дизайнеры предлагают и более современный подход к оформлению пруда камнями, предполагающий использование искусственных камней, таких как керамические плиты и цветной бетон. Однако важно помнить о том, что при выборе данного варианта декорирования, ни о какой естественности водоема не может быть и речи.

 

фото, как оформить садовый искусственный пруд

При оформлении пруда на даче не стоит сдерживать полет своей фантазии – здесь допустимо все: как легкомысленные каскады и фонтанчики, так и тяжеловесные валуны, покрытые мшистой растительностью.

Все зависит от того, как вы представляете себе свой дачный водоем, и в каком стиле оформлены близлежащие миксбордеры.

Но и здесь все относительно – даже откровенный диссонанс можно представить как специальную задумку автора.

Существует два основных стиля оформления пруда на даче своими руками: ландшафтный (максимально приближенный к природе) и дизайнерский (нарочито искусственный и более фантазийный).

Есть также ландшафтные плавательные водоемы — это пруды, оформленные в ландшафтном стиле, но в них также можно и купаться. О них будет подробнее рассказываться на другой странице сайта. В целом же декоративное оформление пруда должно соответствовать его форме и размерам.

Как оформить пруд на даче своими руками в ландшафтном стиле

Как оформить пруд своими руками в ландшафтном стиле, если существующая обстановка на участке допускает свободную стилистику оформления, приближенную к естественному? Водоем в этом случае делается произвольной формы с изогнутой береговой линией, которую затем можно оформить природными камнями.

Из существующих видов натуральных и искусственных камней для оформление прудов дачном участке в ландшафтном стиле предпочтение следует отдавать дробленому граниту, речной гальке, декоративному ониксу.

Также подойдет бежевый песчаник, декоративная плитка и тому подобные материалы. Размер камней должен зависеть от размеров водоема: для небольшого прудика нужно использовать камни средней величины и мелкие, а для больших — камни побольше, в сочетании со средними и мелкими, тогда линия берега будет смотреться более естественно, чем в том случае, если использовать камни одинаковой величины.

Посмотрите на фото оформления прудов своими руками – каждый из них по-своему прекрасен:

За основу ландшафтного стиля можно взять японский сад. В древнем японском саду пруд выполнялся строгих форм, но с тщательно продуманной композицией из камней. Никакие яркие растения здесь не использовались. В Японии в силу ограниченности территории всегда присутствовало стремление к минимализму, что отразилось и на устройстве водоема.

По традиции в таком саду обязательно должны присутствовать все стихии, в том числе и вода, поэтому водоем здесь существовал в виде цукубай — небольшого сосуда с водой. Правда, к нему в обязательном порядке прилагался стилизованный ручей, вытекающий из полых бамбуковых трубок, а также карликовые деревья по берегам этого ручья.

Иногда пруд в саду приобретал форму квадрата или прямоугольника, что также должно было подчеркнуть аскетизм японцев.

Здесь вы можете посмотреть оформление пруда на дачном участке в японском стиле:

При оформлении дачного пруда можно достичь особого эффекта, если выложить небольшими камешками и дно водоема. Особенно если пруд будет неглубоким, тогда камни, красиво разложенные по всей поверхности дна, будут видны сквозь слой воды.

Такой водоем, помимо камня, можно выложить декоративной строгой плиткой, сделав дорожку пруда из нее же. Ещё одна идея, как оформить искусственный пруд – сделать дорожку, проходящую над поверхностью водоема: либо в виде монолитного мостика из бетона, либо установив отдельно возвышающиеся над водой камни или плиты, которые создают единую линию движения.

Оформление пруда на дачном участке растениями (с фото)

Композицию из природных камней следует дополнить тщательно подобранными растениями, чтобы общая картина создавала иллюзию естественной природной красоты.

При оформлении пруда растениями перед их высадкой нужно составить примерную схему размещения, распределяя культуры по виду на разных уровнях и ступенях. Прибрежные растения можно размещать и в свободном пространстве между камнями.

Главное при этом не высаживать слишком много растений. Прекрасно впишется в береговой пейзаж папоротник, а по поверхности воды можно пустить кувшинки.

Чтобы композиция выглядела красиво и полноценно, необходимо использовать различные по своему внешнему виду культуры. Сильно разросшиеся водные культуры следует частично выпалывать, чтобы не было сильных нагромождений и зарослей.

На этих фото оформления пруда на даче своими руками показано, какие растения можно высадить в садовом водоеме:

Если глубина пруда больше 50 см, то водные культуры нужно сажать в горшки, и уже затем помещать на дно водоема. Глубинные растения прекрасно растут в тени, и на достаточной глубине они будут хорошо очищать воду.

А как оформить декоративный пруд на даче, если водоем имеет скромные размеры? Для маленького прудика также требуется тщательное декорирование, здесь важно не перегрузить его чересчур большим количеством элементов.

Растения в этом случае рекомендуется подбирать попроще. Можно использовать лиственные: многолетние травянистые или кустарники со свисающими побегами, высокие декоративные злаковые травы, а также дикие виды, которые в природе всегда растут у водоемов.

Это могут быть кремово-белый или розовый лабазник, аквилегия, василисник и лилейник.

Также по краю водоема хорошо посадить калужницу и незабудку болотную, ирис сибирский и вербейник монетчатый — они прекрасно оформят границу пруда.

Как видно на фото, при оформлении дачного пруда растениями в маленьком водоеме можно поселить лягушку или улиток, которые помогут поддерживать естественный баланс экосистемы:

Лягушки будут поедать мошкару и комаров, которые обычно заводятся в водоемах, а улитки, как известно, питаются подводным сором, а значит, и они пригодятся.

Как оформить искусственный пруд своими руками

При оформлении искусственного пруда больших размеров водоем можно разделить на три основные зоны: для прибрежных растений, для мелководных растений (кувшинки), для глубоководных растений.

На большой глубине могут обитать рыбки, которые прекрасно дополнят стиль ландшафтного бассейна. Если водоем не очень глубокий, то специально для зимовки рыб нужно вырыть яму глубиной 1,5 м.

Дополнить ландшафтный водоем можно декоративным ручьем, водопадом, каскадом, построить рядом альпинарий, оформить береговую линию и дорожку к водоему в одном стиле, используя один и тот же плиточный материал, который также будет раскрывать концепцию всего садового участка.

Можно создать многоуровневые водоемы с каскадами, тогда необычный водоем не только украсит ландшафт, но и наполнит сад приятным и умиротворяющим журчанием воды.

Перед тем как оформить пруд на даче, учитывайте, в каком месте сада он находится. Пейзажный водоем с естественными очертаниями можно расположить неподалеку от террасы дома или в глубине сада рядом с беседкой (куда также подведены все необходимые для водоема коммуникации).

Удобно расположившись в беседке или на террасе дома, можно будет с комфортом и с удовольствием наблюдать за водной гладью и слушать плеск воды.

Выбирая стилевое решение для оформления садового пруда, нужно ориентироваться на уже существующее архитектурное, растительное и дизайнерское оформление дачного участка, но можно и попрать эти нормы, создав яркий оазис на строгой территории.

Как оформить декоративный пруд на даче в дизайнерском стиле

Ещё одна идея, как оформить пруд на даче своими руками – выполнить декорировании в дизайнерском стиле.

Дизайнерский водоем отличается правильностью форм и строгостью оформления. Обычно он воплощает в себе какую-либо общую концепцию (например, пруд в японском стиле с садиком камней) или выполнен в том же стиле, что и дачный дом и участок.

Если определенное стилевое решение вовсе отсутствует, то лучше выбрать свободный ландшафтный стиль и для оформления водоема.

Дизайнерский водоем может быть строгой классической формы или, например, в форме цветка или бабочки — но с соблюдением геометричности линий.

Наиболее лаконичным по форме является формальный пруд с прямоугольными очертаниями — он неплохо будет сочетаться с внутренним двориком или патио, особенно если рядом разбиты прямолинейные или круглые клумбы, проложены линеарные дорожки и т. п.

Круглые водоемы также относятся к категории формальных прудов. Они могут стать украшением газона или открытой лужайки, их можно дополнить перголой или расположить неподалеку от живописной группы деревьев.

Посмотрите на фото оформление пруда на даче: круглые и прямоугольные по форме водоемы можно сделать небольшого размера, используя готовые бетонные кольца, деревянные ушаты, пластиковые емкости и даже автомобильные покрышки:

Безусловно, все эти материалы будут нуждаться в более тщательном обрамлении и декорировании.

Растительность для оформления декоративных водоемов может использоваться любая, даже самая экзотическая — пышно цветущая с яркой окраской или лиственная с причудливыми формами. Растения по краю можно расставить в глиняных горшках.

Дизайн водоема можно выдержать в японском стиле, используя валуны различного размера и хвойники.

В этом случае не следует применять многоцветное разнотравье. Если выбирать китайский стиль, то здесь как раз растительность может быть более пышной и яркой с обязательным акцентом на карликовые деревца с пестрой листвой и выгнутым мостиком, перекинутым через пруд.

В древности английский сад очень напоминал китайский: естественный уголок природы с пышной растительностью и пейзажными прудами. Пруд в английском саду имел правильные геометрические формы и не декорировался пышной растительностью.

Французский сад оформлялся по типу садово-паркового ансамбля Версаля. Для него характерна четкая разбивка, правильные геометрические формы клумб, кустарниковых зеленых ограждений и водоемов. Последние обычно возвышались над поверхностью земли.

Водоем в кельтском стиле оформляется очень аскетично, с использованием только лишь камней. Запрещено украшать береговую линию пруда окатышами одинакового диаметра, это сделает водоем несколько скучноватым на вид. Необходимо сочетать крупные камни с более мелкими, но не слишком заваливать ими все прибрежное пространство водоема, оставляя для разнообразия свободные зоны.

Посмотрите на фото, как оформить пруд на даче в английском и кельтском стиле:

Дизайнерский водоем также можно оформить одним большим или несколькими маленькими фонарями, дополнить его фонтаном с подсветкой, установить скульптуры, если водоем выдержан в строгом стиле, или украсить экстравагантной инсталляцией.

Более скромные пруды можно дополнить искусственными фигурками птиц, зверушек или сказочных персонажей. Последнее особенно подойдет, если в семье есть маленькие дети, тогда водоем приобретет для них большое значение.

Пруд на даче — 105 фото и подробное описание создания водоема

Дача — это место где мы отдыхаем душой, наслаждаемся прекрасным видом природы и дышим свежим, не загрязненным выхлопами воздухом. Это объясняет наше стремление красиво украсить дачный участок и сделать его максимально функциональным.

Идея пруда на даче прекрасно сочетает в себе красоту и практичность. Маленький бассейн будет хорошим стимулом для поездки у детей, а водоем с рыбой сможет заменить рыбалку.

Краткое содержимое статьи:

Какие бывают виды дачных прудов?

Одно из самых сложных решений при создании собственного декоративного пруда — это дизайн. Чтобы определиться с будущим внешним видом водоема, необходимо четко представить зачем он вам необходим. Исходя из основных целей, можно выделить несколько типов:


Небольшой пруд

Имеет миниатюрные размеры и служит для украшения сада.

Пруд как декоративный элемент дизайна

Представляет с собой глубокий водоем. Может включать в себя различные осветительные элементы, фонтан, декоративный бордюр или мини-мостик. В отличие от небольшого пруда, зачастую служит как центр зоны отдыха.

Располагается в непосредственной близости от веранды, скамеек, места для пикника. Идеи для оформления пруда на даче можно посмотреть на фото.


Рыбный прудик

Красивые, яркие рыбки внесут разнообразие в вашу жизнь. Небольшие аквариумы уже давно не в моде. Сейчас набирают популярность водоемы, в которых содержатся различные живые обитатели.

Это могут быть как декоративные виды рыб. Они помогут вам расслабиться и обязательно привлекут к себе детей и домашних животных. Или же вы можете организовать искусственный пруд с рыбой или раками, подходящими для рыбалки и дальнейшего употребления.

Пруд для плаванья

Бассейны на даче также относятся к популярным водоемам. Подобный пруд на даче можно сделать своими руками. Они служат не только как декоративный элемент, но и позволяют расслабиться, охладиться и поплавать.

Это может быть совсем неглубокий и маленький по площади бассейн, он подойдет для детей. Или полноценный водоем для взрослых. Все зависит от размеров участка и ваших возможностей. Но помните, что подобный пруд будет требовать постоянной чистки и особого зимнего ухода. Также читайте о компостной яме.

Выбор места расположения пруда

Как сделать пруд? Прежде всего необходимо определиться с местом где он будет располагаться. Выбирая территорию необходимо решить, хотите ли вы уединенный прудик или просматривающийся со всех сторон.


Если он задумывается как декоративный элемент, то необходимо оформить его на ровной, открытой плоскости. Если же вы планируйте установить бассейн, то лучшим решением будет расположить его за домом или за какими-либо кустами, деревьями и т.д. Читайте здесь: забор из лозы.

Выбирая территорию для водоема, обратите внимание на несколько критериев.

Размер свободного пространства. Именно от количества свободной территории будет зависеть оформление пруда на даче. Его размер, форма и вид.

Наличие естественного освещения. Из-за того, что водоем создается искусственно, необходимо помнить, что уровень воды в нем зависит только от вас. Если расположить его в сильно освещенном месте, то вода может зацвести, испортиться или испариться.

Желательно найти такое место, где солнце будет попадать на воду не более четырех часов в день. Это поможет сохранить водоем и упростит уход за ним.

Если вы собираетесь разводить в воде рыбу, то место расположения водоема должно находиться в тени. Рыбы плохо переносят нагретую воду, а испарение под солнечными лучами снижает уровень кислорода в воде.

Ландшафт

Глубину, на которой проходят подземные воды. Если протекают близко к поверхности, то придется дополнительно укрепить пруд.


Возможность дальнейшего роста. Вероятно, вы или ваши дети, захотите изменить дизайн или внести какие-либо корректировки в размер бассейна. Либо добавить какие-либо развлекательные элементы рядом. Поэтому продумывая местоположение водоема, учитывайте возможность дальнейшей перепланировки.

Доступность электричества. Освещение и фонтаны работают на электричестве, что необходимо учитывать при выборе места. Есть несколько вариантов. Можно расположить зону отдыха рядом с домом.

Если же вы хотите сделать водоем на удаленной территории, то придется закопать электрокабель в землю. Для соблюдения правил безопасности необходима ощутимая глубина. Но, если на проводах есть стыки, то придется обустроить необходимых доступ к ним.

Из каких материалов можно соорудить пруд?

Выбор материалов очень важный этап. На данный момент существует большой выбор основы под водоем.


Бетон

Самый дорогой из возможных материалов, но и самый долговечный. Бетон прост в эксплуатации, удароустойчив и не пропускает воду. Подобный бассейн будет служить вам многие десятилетия.

А также следует отметить, что бетон хорошо переносит перепады температуры. И прекрасно подойдет для северных районов. Если вы готовы ощутимо потратиться при строительстве бассейна, то бетон будет лучшим решением.

Пластик

Благодаря возросшей популярности дачных бассейнов, возрос спрос на подходящие материалы. И компании, которые работают с пластиком, стали выпускать готовые конструкции монолитного типа.

Такой метод поможет быстро организовать пространство для отдыха, но материал имеет ограниченный срок службы. У каждого производителя он свой, обычно это цифра от 20 до 50 лет. Для установки подобной конструкции необходимо выкопать подходящую по размеру яму. После установки пластикового бассейна, нужно заполнить пустоты песком.

Синтетическая пленка

Этот вариант подойдет любителям нестандартных решений. С пленкой вы сможете реализовать даже самые необычные идеи оформления. Ей можно придать любую форму, размер или глубину. А ее невысокая цена является весомым преимуществом. Но, у материала не самый высокий срок службы, от 7 до 15 лет.

Пруд с использованием ванны

Этот практичное решение подойдет для тех, кто не знает куда деть старую ванну, а выбросить ее жалко. Ванна — резервуар, разработанный для удержания жидкости. Что делает ее подходящим элементом для будущего водоема.

В зависимости от назначения, ванну можно закопать в почву или оставить на поверхности. Ее можно задекорировать краской или обшить деревом.

Пруд из покрышки

Применение покрышки в качестве основы подойдет для создания маленького прудика. В качестве основы для формы используется покрышка, а для придания герметичности пленка.

Мини-водоем из тазика

Размер и форма позволяют использовать его как очень маленький водоем. Устанавливается аналогично с ванной.

Фото пруда на даче


Сохраните статью себе на страницу:

Пост опубликован: 12.10

Присоединяйтесь к обсуждению: Copyright © 2021 LandshaftDizajn.Ru — портал о ландшафтном дизайне №1 ***Сайт принадлежит Марии Козак

Оформление водоема своими руками – советы по дизайну дачных водоемов

Содержание статьи:

Искусственные пруды украшают дачный участок, связывают садовые и ландшафтные элементы в единую гармоничную композицию. Водоем способен оживить пейзаж, стать центром загородной территории и прекрасным местом отдыха для всей семьи. Ведь так приятно расслабиться на берегу чистого водоема в жаркий летний день. Но как сделать прудик красивым, а территорию вокруг него – уютной и привлекательной? В этой статье мы дадим несколько советов, как самостоятельно создать яркий и стильный дизайн дачного водоема.

Базовые принципы оформления

Один из главных принципов самостоятельного оформления водоема – простота. Достаточно выбрать 2–3 базовых цвета, несколько типов растений и повторять их. Так Вы сможете создать аккуратную композицию без риска получить разношерстный дизайн.

Не менее важно соблюдать баланс на участке. Он может быть выдержан на основе симметрии и асимметрии. В первом случае декоративные элементы водоема располагаются одинаково (симметрично), во втором – расположение элементов может быть произвольным, но их цвета, структура и форма должны быть одинаковыми.

Определиться с цветами лучше еще на этапе проектирования пруда. Если Вы решили создавать оформление водоема самостоятельно, выберите нейтральные оттенки (белый, серый, коричневый) для фона и несколько ярких цветов для акцентов. При этом учитывайте специфику цветов. Например, яркие красно-оранжевые тона визуально приближают объекты, а спокойные пастельные и зелено-голубые – отдаляют. 

Материалы для декора

Хотите придать водоему естественный вид? Обложите его по периметру натуральным камнем: гранитом, известняком, базальтом, мрамором или др. Используйте несколько крупных камней и россыпь более мелких для фона. Также из этого материала можно соорудить водопад или небольшую альпийскую горку. Его можно использовать для оформления дна и берегов. Такой декор будет отлично видно, если вода прозрачная, а глубина прудика невелика. Для украшения водоема строгих геометрических форм можно использовать керамическую плитку разных размеров и цветов. Дополнительно для декора пруда можно использовать керамические фигурки, однако, не увлекайтесь такими элементами, чтобы оформление не получилось слишком пестрым.

Флора пруда

Растения – традиционный и наиболее распространенный вариант оформления водоема. Благодаря ним пруд будет выглядеть естественно и радовать глаз. Если Вам хочется наслаждаться цветущими растениями на протяжении всего сезона, постарайтесь выбрать несколько видов с разным периодом цветения, так у Вас будет яркий пруд все лето.

Лучшим периодом для высадки растений является начало лета. Приступать к этой работе лучше всего через 10 дней после заполнения чаши водоема водой. Высаживать растения можно непосредственно в уложенный на дно грунт или дополнительно использовать специальные сеточки. Во втором случае уход за ними значительно упрощается. Кроме того, растения, неспособные перезимовать самостоятельно, можно будет удалить из воды на время холодов. Еще более удобный способ – высадить растения в горшочках. Так у Вас не будет необходимости заполнять все дно водоема грунтом и появится возможность использовать более эстетичные материалы. Время от времени Вы сможете менять композицию, просто передвигая горшки.

Некоторые виды растений не требуют усадки, а просто держатся на плаву. К ним относится, например, кувшинка и лотос. Однако их необходимо жестко контролировать и не позволять захватить все зеркало водоема. В целом, количество растительности в пруду должно быть умеренным и контролируемым.

Польза растений в пруду

Каждый водоем – это замкнутая экосистема, в которой кипит жизнь, и растения помогают ее регулировать. Так, они питаются растворенной в воде органикой, поддерживая, естественное экологическое равновесие.

Плавающие растения с широки листьями (типа кувшинок) помогают регулировать и теплообмен, затеняя зеркало водоема. Не стоит забывать, что разросшаяся растительность помогает скрыть огрехи проектирования и создания прудов, элементы оборудования, участки бетонной или пластиковой чаши.

Какие растения выбрать

При выборе растений стоит руководствоваться, в первую очередь, размерами пруда. Чем больше зеркало воды, тем более крупные растения Вы можете выбрать. Для береговой линии некоторых водоемов подойдут даже кустарники и небольшие декоративные деревца. Для компактных прудов будет достаточно нескольких цветков. При этом необходимо учитывать возможное разрастание – лучше посадить меньше растений и дождаться из распространения. В любом случае не стоит заводить ряску, а при ее появлении, сразу убрать сачком.

В качестве фоновых растений мы советуем использовать высокорослую рогозу, камыши, тростник (для больших водоемов) или лилейники, аир, стрелолист (для небольших прудов). На переднем плане в любом варианте предпочтительно использовать низкорослые растения: калужицу, жеруху, лапчатку.

Фауна пруда

Оживить водоем и сделать его полноценным, максимально приближенным к естественному можно, создав в нем фауну. Ведь плавающая и играющая в воде стайка ярких рыб – это удивительно красиво. Для дачного пруда можно выбрать такие виды, как золотая рыбка (золотой карась), комета, карпы Кои, золотая орфа, гольян.

Рыба будет чувствовать себя комфортно в пруду глубиной не менее 120 см. некоторые виды не могут перезимовать самостоятельно, и их необходимо забирать из водоема на период холодов. Для питания, как правило, будет достаточно посаженых в пруду растений. Однако необходимо контролировать количество особей, чтобы им хватало питания, и чтобы это не вредило самим растениям.

Если естественного корма в водоеме недостаточно, используйте покупные – их можно найти в специализированных магазинах. Также подкормка необходима весной (в период нехватки витаминов). Важно не перекармливать рыб, иначе остатки еды осядут на дне и сгниют. Достаточным считается такое количество корма, которое рыбки могут съесть за 10 минут. При понижении температуры воды до 10 градусов необходимо отказаться от подкормки. Обязательно следите за состоянием рыбы – заболевшие особи должны отсаживаться в аквариум для лечения на карантине. 

Современное оборудование в украшении пруда

Фонтаны. Фонтан – традиционное и полюбившееся уже многим оборудование для красивого оформления водоема. Он дает необходимую динамику, а также звук струящейся воды – столь приятный для нашего уха. Форма струи зависит от насадки. Традиционный и наиболее распространенный вариант – несколько тонких струй. Они могут вращаться, создавая геометрические узоры. Также многие дачники любят пенные столбы разной высоты в зависимости от площади пруда. Более оригинальный вариант – насадки типа «колокол» и «лава». В них вода выходит через узкий зазор между дисками, создавая тонкую пленку в форме полусферы. Многие покупают сразу несколько насадок разной формы и меняют их по настроению.

Подсветка. Некоторые насадки на фонтан уже оснащены разноцветными галогенными лампами, что превращает работу фонтана в вечернее время в красочное шоу. Впрочем, подсветку водоема можно установить и отдельно. Выберите лампы одного или нескольких цветов, свет от которых будет смешиваться, плавно перетекая из одного оттенка в другой.

Водопады. Лучше водной глади может быть только движущаяся вода. Хорошо, если на Вашем участке есть уклон: в этом случае достаточно «проложить дорогу» для потока воды и сделать небольшую запруду. Если перепада высот нет, используйте насос. Он будет подавать воду на небольшую высоту, откуда она будет красиво стекать в водоем. На возвышении можно установить красивую чашу или вазу, создать горку из натурального или искусственного камня.

Водяные мельницы. Водопад можно заменить или дополнить водяной мельницей. Вопреки распространенному мнению, такой вариант подойдет не только для просторных прудов с перепадами высот, но и для оформления водоемов небольшой площади. Вопрос только в размере мельницы и мощности насоса для подачи воды.

Заказ оформления у профессионалов – удобный и выгодный выбор

Для грамотного и красивого оформления водоема нужно обладать большим багажом знаний. Разумеется, всю необходимую информацию невозможно уместить в одну статью. А кроме того, Вам потребуются особые навыки, которые нарабатываются с опытом. Если Вы не располагаете большим количеством времени, обратитесь к профессионалам. Так Вы сэкономите силы и сможете потратить время на более значимые для Вас дела. 

Почему стоит обратиться в «Водоемчик»

С 2003 года компания «Водоемчик» занимается созданием и декорированием водоемов различных форм, размеров и типов. Вот основные преимущества сотрудничества с нами.

  • Гарантия. На все виды работ мы предоставляем длительную гарантию. Ее срок составляет до 5 лет в зависимости от используемых материалов и других факторов.
  • Выгодная стоимость. Обратившись к опытным мастерам, Вы сможете избежать лишних трат и необходимости исправлять дорогостоящие ошибки.
  • Минимальные сроки. Четкое планирование и большой опыт в данной сфере позволяет нам создавать и декорировать водоемы за срок от 1 дня. Мы не делаем перерывов в работе на дополнительные закупки и по другим причинам.

Хотите узнать больше о создании и декорировании водоемов на загородных участках? Задайте вопросы нашим консультантам! Связаться с менеджерами компании «Водоемчик» можно по телефону 8-800-700-42-71 или по электронной почте [email protected]

Наши соответствующие услуги:

Декоративное оформление водоемов

Оформление декоративных водоемов растениями: выбор видов, посадка, уход

Оформление декоративных водоемов растениями: выбор видов, посадка, уход

Дизайн водохранилища

— обзор

3.4.1 Модели засухи

Одной из характеристик многих климатических условий с атмосферными осадками во всем мире является то, что периоды дождя или засухи могут иметь различную продолжительность. Ежедневное количество осадков можно смоделировать просто с использованием критериев дождливого или ненадежного дня («см. Главу: Анализ и моделирование региональной засухи»), которые используют критические величины суточных осадков и могут быть идентифицированы любые колебания или периоды дождливых и засушливых периодов (Лето, 1988 г.) ).

Для различных целей полная информация о количестве влажных и засушливых периодов становится все более актуальной во многих областях, например, в проектах управления водными ресурсами, сельскохозяйственном планировании, исследованиях наводнений и в различной промышленной деятельности.Таким образом, географическое распределение этих метеорологических параметров для любой области полезно в случаях новых проектов развития и планирования водных ресурсов, особенно связанных с сельскохозяйственной деятельностью и экологической инженерией (Theoharatos and Tselepidaki, 1990). Например, при проектировании резервуара, если общее количество воды превышает потребность, то во время влажных периодов избыток воды сохраняется для потребления во время периодов засухи, если это необходимо, либо из ранее сохраненной воды в резервуаре и / или , по возможности, из альтернативных водных ресурсов.Таким образом, накопленный избыток воды играет важную роль в конструкции резервуара. Кроме того, некоторые другие важные факторы, которые требуют прогнозирования влажных и засушливых периодов, — это загрязнение воды, осаждение, проблемы эрозии и размер труб (Aboammoh, 1991). В общем, можно сказать, что любой период является влажным или засушливым естественным образом из-за взаимосвязи между спросом и предложением воды; то есть, если в какой-либо период времени подача воды меньше потребности, то этот период считается засушливым периодом, в противном случае — влажным периодом.

На практике большинство моделей засухи сконцентрированы на имеющихся исторических данных об осадках (метеорологическая засуха) и речном стоке (гидрологическая засуха). Ранние модели разрабатывались на основе одной локации; поэтому предварительные методики прогнозирования засухи учитывают только временные изменения. Однако их проверка на небольшой территории вокруг основной точки также считается простой и локальной оценкой. Ранние модели основаны на вероятностном, статистическом и стохастическом подходах моделирования, преимущественно на методологиях частотного анализа.При применении и разработке необходимых формулировок существуют базовые допущения, такие как структурная независимость, стационарность, испытания Бернулли, марковские процессы, цепи и т. Д. В литературе чаще всего исследования засухи основываются на годовых данных; следовательно, год — это минимальный временной масштаб для их прогнозов. Однако в этой главе также представлены модели ежемесячного прогнозирования засухи.

Модели хорошо разработаны и разработаны для продолжительности засухи, но исследования по моделированию суровости засухи менее развиты в литературе.Несомненно, аспект продолжительности важен с точки зрения частотной характеристики и прогнозирования, но аспект серьезности не менее важен. Например, суровость является решающим параметром при выборе размеров водохранилищ для борьбы с засухой (Шен, 1980a; Шарма, 2000). Также необходимо стандартизировать и принять уникальное определение серьезности, которое можно было бы использовать во всех сценариях засухи повсеместно. То же самое относится и к объему общего дефицита (профицита) (т. Е. К размеру засухи).По-прежнему существует двусмысленность в использовании вышеуказанных терминов в лексиконе исследований засухи (Panu and Sharma, 2002).

Такие проблемы, как вероятность наступления засушливого дня после другого засушливого или влажного дня или вероятность череды засушливых или влажных дней, надлежащим образом рассматриваются разными авторами. Некоторые авторы указали, что модель цепи Маркова первого порядка может дать хорошие результаты (Габриэль и Нойман, 1957, 1962; Грин, 1964; Винсер, 1965; Фейерхерм и Барк, 1967, 1973).Было упомянуто множество других моделей, и сложная проблема привлекла внимание различных авторов (Дайер и Тайсон, 1977; Шен, 1976, 1977, 1980b, 1989, 1990; Эльджадид и Шен, 1997a, b). Здесь не все перечислить, но можно выделить несколько интересных подходов. Эссенвангер (1986) придерживался биномиальной модели, которая может быть полезной, но есть значительные расхождения между наблюдаемыми и модельными данными. Одним из недостатков биномиальной модели является тот факт, что полная серия прогонов должна быть известна априори, прежде чем можно будет вычислить параметры.Теохаратос и Целепидаки (1990) определили количество дождливых дней, используя статистический метод и вероятности Пойа. Они получили результаты, показывающие, что PDF Polya удовлетворительно соответствует реальным суточным значениям осадков. Для достижения максимальной эффективности необходимо, чтобы во время влажных периодов количество осадков сохранялось для использования в последующие засушливые периоды (Eljadid, 1997).

Хотя метеорологические и гидрологические засухи можно изучать на конкретном участке, для исследований засухи в сельском хозяйстве требуется разработка региональных моделей («см. Главы: Анализ и моделирование региональной засухи; Пространственно-временной анализ и моделирование засухи»).Они влияют на производство предметов первой необходимости, таких как продукты питания, и, таким образом, с большей вероятностью повлияют на экономику региона, и, по мере продолжения этого явления, последствия социально-экономической засухи начинают наносить крупномасштабный ущерб обществу. Годовых периодов недостаточно для моделирования и прогнозирования сельскохозяйственных засух; Необходимо учитывать месячные или сезонные периоды, и, соответственно, годовые результаты модели должны быть изменены в соответствии с сельскохозяйственными засухами. Как упоминалось в предыдущей главе, PDSI разработан для описания сельскохозяйственных засух.В литературе нет полного согласия по эффективному использованию этого показателя в различных климатических условиях. Предложенный Пану и Шармой (2002) еженедельный индекс достаточности влаги, основанный на методе водного баланса продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО), может быть исследован на предмет его применимости в качестве параметра статистического прогнозирования сельскохозяйственных засух. Кроме того, необходим дальнейший прогресс в методах распознавания образов, прежде чем их можно будет включить в системы мониторинга засухи в сельском хозяйстве и системы раннего предупреждения.Что касается последствий сельскохозяйственной засухи, наиболее важным вопросом является получение надежной функциональной связи между условиями влажности почвы и ростом сельскохозяйственных культур и, особенно, урожайностью. Для достижения этой цели методы распознавания образов должны быть включены в исследования по оценке и прогнозированию засухи в сельском хозяйстве.

В этой главе представлены подходы к систематическому моделированию и прогнозированию для расчета временных засух с помощью простых, но эффективных вероятностных процедур.Недавние усовершенствования статистических методов привели даже к тому, что новый акцент был сделан на исследованиях осадков, особенно в отношении лучшего понимания эффектов стойкости (непрерывности засушливых периодов) (en, 1989, 1990).

Существует необходимость в разработке методов и методов прогнозирования точек начала и / или прекращения засух. Модели ARIMA, методы распознавания образов, физически обоснованные методы с использованием PDSI, индекса гидрологической засухи Палмера (PHDI) и SPI («см. Главу: Основные индикаторы засухи»), индекса адекватности влажности, включающего цепи Маркова, или понятие условной вероятности, кажутся предложить потенциал для разработки надежных и надежных прогнозов для достижения этой цели.Такие исследовательские усилия будут иметь большое значение для смягчения воздействия краткосрочных гидрологических засух и / или сельскохозяйственных засух (Panu and Sharma, 2002).

Проект плотины и водохранилища

Перед строительством водохранилища и плотины необходимо разработать инженерный проект. В проекте будет учитываться информация, предоставленная гидрологами, геологами и геодезистами, о том, как вода и окружающая земля будут вести себя и измениться после строительства водохранилища и плотины.Следует отметить, что берма и дамба — это две совершенно разные конструкции.

Плотины бывают четырех типов: насыпные, арочные, гравитационные и контрфорсы.

Что такое берма?

Берма — это искусственный наносный барьер, установленный на краю откоса или стены, построенной рядом с канавой для защиты от возможного затопления.

Бермы размещаются в районах, подверженных наводнениям, для защиты от эрозии, стока и паводков.Бермы обычно изготавливаются из компоста, мульчи или гравия, поскольку их плотность позволяет им замедлять и удерживать паводковые воды.

Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о бермах
Набережная

Тип плотины Характеристики
Набережная
  • Изготавливается в основном из почвы или камня, который можно найти поблизости.
  • Эрозия является серьезной проблемой для этих плотин; требуется постоянное обслуживание (например, борьба с растительностью).
  • Поперечное сечение будет иметь вид банка или холма.
  • Большинство из них имеют центральную секцию из непроницаемого материала, препятствующего прохождению воды.
  • Плотины на набережной могут быть земляными или каменными.
  • Земляные насыпные плотины — наименее дорогостоящий тип плотин для строительства, они сделаны из глины и уплотненной земли, относительно невелики и легко разрушаются.
  • Насыпные плотины построены из материалов, добытых на площадке водохранилища, и хорошо работают в холодных или дождливых условиях.

Арочная плотина

Тип плотины Характеристики
Арка
  • Изготовлен из бетона на стальной опоре.
  • Используется для хранения на реке, когда вода будет течь через верх плотины.
  • Устойчив к эрозии.
  • Последствия переполнения (когда вода течет через верх плотины) могут быть потенциально катастрофическими в зависимости от конструкции.
  • Арочные плотины поддерживаются устоями, анкерами и прочным геологическим фундаментом.
  • Арочные плотины используются в узких долинах с твердым каменным фундаментом. Обычно арочные дамбы очень высокие.

Гравитационная плотина

Тип плотины Характеристики
Плотность
  • Изготовлен из бетона на стальной опоре.
  • Используется для хранения на реке, когда вода будет течь через верх плотины.
  • Устойчив к эрозии.
  • Последствия переполнения (когда вода течет через верх плотины) могут быть потенциально катастрофическими в зависимости от конструкции.
  • Гравитационные плотины поддерживаются устоями, анкерами и прочным геологическим фундаментом.
  • Гравитационные дамбы очень большие. Большинство самотечных плотин, построенных с 1980 года, строились по особому методу.Эти плотины называются бетонными плотинами с роликовым уплотнением (RCC), потому что плотина строится тонкими слоями, а ролик уплотняет бетон после добавления каждого слоя.
  • Поперечное сечение гравитационной плотины будет иметь треугольную форму.

Контрольная плотина

Тип плотины Характеристики
Упор
  • Из бетона.
  • Должен быть построен на прочной породе.
  • Контрфорсы поддерживаются стенами треугольной формы («контрфорсы»).

«Поддерживающие конструкции» от spodzone под лицензией CC BY 2.0. Никаких изменений в фотографию не вносилось.

Типы плотин [1,2]

[1] HydroCoop.(2013). Проектирование и строительство плотин, водохранилищ и балансирующих озер. Получено с: http://www.hydrocoop.org/dam-design-construction-reservoirs-balancing-lakes/

[2] Британское общество плотин. Плотины и водохранилища . Получено с http://www.britishdams.org/student_zone/documents/BDS_Fact%20Sheets_version_low%20Res_Web.pdf

Руководство по гидравлическому проектированию: факторы анализа коллектора

Якорь: # i1000466

Раздел 3: Факторы анализа коллектора

Основные гидравлические факторы, участвующие в анализ водохранилища включает гидрологические методы, защиту от наводнения потенциальных и резервуарных сбросных сооружений.Многое из необходимого данные анализа могут быть извлечены или найдены в проекте коллектора информация, которая должна быть доступна через контролирующий орган или собственник. Если информация о конструкции недоступна, проезжая часть проектировщику гидравлики, возможно, придется разработать необходимые данные путем анализа резервуар самостоятельно.

Якорь: # i1000471

Hydrology Methods

Существует несколько различных методов прогнозирования стока. ставки.Некоторые из наиболее продуктивных методов описаны в главе 4; однако могут использоваться более сложные гидрологические методы. Для Принятие во внимание TxDOT, максимальная скорость стока для водосборной площади. обслуживаемый водохранилищем, должен быть связан с событием наводнения, имеющим 2% AEP (минимальный интервал повторения 50 лет ). Разработчик гидравлической системы может определить величину 2% AEP. событие с помощью процедур, предусмотренных в главе 4, а именно:

Кривая NRCS Модель потери номера.

Техасский шторм Процедура разработки гиетографа.

Гидрограф Маршрутизация.

Комплексный гидравлический анализ работы резервуара требуется действующий или надежный гидрограф наводнения.Пиковая разрядка одного не достаточно.

Якорь: # i1000509

Потенциал накопления паводков

Часто комплексная конструкция резервуара предусматривает наличие отложений. хранилище в дополнение к хранилищу паводковой воды. Подача осадка хранение помогает гарантировать, что предлагаемое хранилище паводковой воды доступно на минимальное количество лет.Практически все основные водохранилища и NRCS Конструкции, задерживающие паводковые воды, имеют средства для хранения наносов. При анализе предложенного хранилища только хранилище предусмотрено для Следует учитывать паводковые воды.

Адекватность предлагаемого хранилища должна быть проверена прокладка гидрографа по предполагаемому водохранилищу.Рассмотреть возможность следующий:

Факторы отношения гидрографа, накопления и стока следует рассматривать одновременно с использованием процесса маршрутизации. Несколько Методы маршрутизации наводнения полезны для анализа отдела. Глава 4 обсуждения Резервуар по сравнению с маршрутизацией каналов.

Якорь: # i1000548

Сооружения для разгрузки резервуара

Для большинства резервуаров пропускная способность различных выпускные сооружения влияют на направление наводнения. Администрация разгрузочные работы являются функцией рабочего порядка для резервуар. Следовательно, это может быть полезно вместо маршрутизации наводнения, чтобы обезопасить проектные заметки и графики работы от агентство, ответственное за эксплуатацию резервуара.Операционные релизы может существовать длительное время и даже угрожать шоссе с продолжительным наводнением. По этой причине примечания к дизайну и графики работы следует тщательно оценивать.

(PDF) Сервисное проектирование резервуаров в моделях оптимизации водораспределительных сетей: проблемы качества воды

10

по всей системе.Результаты указывают на необходимость включения требований к качеству воды

в модели оптимизации проектирования для водораспределительных сетей и, в частности, технических резервуаров

.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Барричелли, Н. А., 1962. Численное тестирование теорий эволюции: Часть I Теоретические

Введение и основные тесты. Acta Biotheoretica, выпуск 16, стр. 69-98.

Кларк Р. и Хаот Р., 2005. Характеристика спроса на стенки трубы: последствия для моделирования качества воды

.Журнал планирования и управления водными ресурсами,

31 (3), стр. 208-217.

Фигейредо, Д. М., 2014. Моделирование распада хлора в питьевой воде

Системы. Лиссабон, Португалия, Высший технический институт.

Nieuwenhuijsen, M., 2005. Неблагоприятные последствия воздействия на репродуктивное здоровье побочных продуктов дезинфекции хлорированием

. Gloabl NEST Journal, 7 (1), стр. 128-144.

Ричардсон, С., Симмонс, Дж. И Райс, Г., 2002. Побочные продукты дезинфекции: следующее поколение

.Environemntal Science and Technology, 36 (9), стр. 198A — 205A.

Савич Д. А. и Уолтерс Г. А., 1997. Генетические алгоритмы для экономичного проектирования водопроводных сетей

распределительных сетей. Журнал планирования и управления водными ресурсами,

123 (2), стр. 67-77.

Сейюм А.Г. и Танимбо Т.Т., 2014. Качество воды в сети, зависящее от давления.

Моделирование. J. Управление водными ресурсами, DOI: 10.1680 / wama.12.00118, 167 (6), стр. 342-

355.

Сью, К.И Таниимбо, Т. Т., 2011. Проектирование сети «Anytown» с использованием многоцелевого подхода эволюционной оптимизации без штрафных санкций

. Палм-Спрингс,

Калифорния, Материалы 13-й ежегодной конференции по анализу систем распределения воды

, стр. 190–198.

Сью, К., Танимбо, Т. Т., Алемцехай, С. Г., 2016. Многоцелевая система без штрафных санкций

Эволюционный подход к оптимизации водораспределительной сети Anytown. Вода

Управление ресурсами, 30 (11), стр.3671-3688.

Вамвакериду-Лирудиа, Л. К., Уолтерс, Г. А. и Савич, Д. А., 2005. Нечеткое множество —

объективная оптимизация водораспределительных сетей. Journal of Water Resources

Николасский институт решений экологической политики

Большинство водохранилищ в США были построены, когда считалось, что климат неизменен, а прошлые осадки и температуры были надежными для прогнозирования будущих условий. Поскольку большая часть Соединенных Штатов полагается на водохранилища для гидроэнергетики, водоснабжения и защиты от наводнений, критически важно переосмыслить, как управлять водохранилищами в меняющемся мире.

Институт Николая по вопросам экологической политики разработал серию интерактивных инструментов и предоставил анализ, чтобы определить, насколько хорошо резервуары инженерного корпуса армии США в настоящее время следуют направляющим кривым — политике управления потоком и хранением воды. Способность этих резервуаров адаптироваться к изменениям климата зависит исключительно от способности менеджеров резервуаров изменять свою направляющую кривую и перераспределять хранилища резервуаров для различных целей. Однако способность резервуара перераспределять воду часто оспаривается политиками и требует одобрения Конгресса, если процент перераспределения воды является значительным.С этой целью Институт Николая также изучает, обеспечивают ли текущие варианты достаточную гибкость, чтобы быстро реагировать на изменение климата.

Как резервуары инженерного корпуса армии США работают в меняющихся условиях?

1. Создание данных как услуга для инженерного корпуса армии США Резервуары

Публикация

Инженерный корпус армии США, как и многие федеральные агентства, децентрализует управление операциями в регионах.Корпус управляет операциями с резервуарами через свои районы. Для создания единой базы данных необходимо было собрать и стандартизировать данные, необходимые для понимания характеристик резервуаров (в частности, уровней резервуаров и целей управления) по районам. Совместимая база данных позволяет одной организации в Соединенных Штатах проводить разведку операций с резервуарами.

Эта база данных использовалась для оценки времени, частоты, продолжительности и величины отклонений между уровнями водохранилищ и их целевыми значениями для 233 отдельных водохранилищ.Большинство водохранилищ стабильно достигают своих эксплуатационных целей, 30% — пограничные, а 13% водохранилищ испытали частые и крупные отказы. Большинство водохранилищ, которым не удается достичь своих целей по управлению, связаны с нехваткой воды на юго-западе, в районе с более высокими температурами, малым количеством осадков и растущим населением.

Как меняются экологические и социальные условия относительно времени проектирования и строительства водохранилищ?

3.Управление реками в меняющихся экологических и социальных пограничных условиях, Часть 1: Национальные тенденции и Инженерный корпус армии США Резервуары

Interactive ToolПубликация

Водохранилища

спроектированы и управляются с учетом ряда допущений об экологических, социальных и нормативных факторах, влияющих на количество воды, поступающей и покидающей водохранилище. Факторы, влияющие на время и объем воды в резервуаре, включают экологические (такие как температура, осадки и отложения), социальные (потребность в энергии, спрос на воду и рост населения) и нормативные (например, Закон об исчезающих видах).Этот документ и инструмент исследуют эти факторы и то, как они менялись с течением времени по всей стране.

4. Управление реками в меняющихся экологических и социальных граничных условиях, Часть 2: Ожидаемые по сравнению с опытными условиями в резервуарах Инженерного корпуса армии США

Interactive ToolПубликация

Проектная документация для девяти резервуаров была получена с целью сравнения условий на момент проектирования резервуара с текущими условиями.Некоторые водохранилища находятся в совершенно иных условиях, чем те, которые существовали во время проектирования водохранилища. Например, седиментация в Филпотте, штат Северная Каролина, была на 15% меньше ожидаемой, тогда как в Редмонде, штат Канзас, скорость была вдвое выше ожидаемой. В некоторых случаях водохранилища обновляют планы контроля воды и перераспределяют, чтобы соответствовать этим меняющимся условиям. В настоящее время Фоллс, Северная Каролина, добивается перераспределения из-за более высокого, чем ожидалось, прироста населения и спроса на воду.

Как Корпус адаптирует операции с резервуарами к меняющимся условиям?

5.Федеральная децентрализация и адаптивное управление водными ресурсами: перераспределение водохранилища Инженерным корпусом армии США

Эксплуатация водохранилища должна реагировать на меняющиеся условия, такие как климат, потребность в воде, правила и отложения. Корпусные районы и дивизии по-разному приспосабливаются к меняющимся условиям. Некоторые полагаются на перераспределение, другие полагаются на дискреционные полномочия и временные отклонения. Различия в ответах отражают децентрализованное принятие решений, на которые опирается Корпус, чтобы реагировать на несоизмеримые условия.Однако это может привести к отходу от формальных управленческих операций, а не к формальной адаптации посредством перераспределения (ресурсоемкий процесс). Задача любого крупного агентства по управлению водными ресурсами состоит в том, чтобы найти баланс между гибкой дискрецией на местном уровне и централизованным плановым принятием решений.

границ | Проектирование и анализ нейромемристической вычислительной архитектуры для обработки биосигналов

Материал получил разрешение РАЗРЕШЕНО 10 ноября 2015 г., номер дела: 88ABW-2015-5512.

1. Введение

Нейроморфные вычисления задумывались как высокоэффективная платформа обработки данных несколькими учеными, такими как Фон Гельмгольц (1867 г.), Фаггин и Мид (1990 г.). С тех пор было продемонстрировано несколько подходов к моделированию вычислений в биологических нейронных системах с нейронами как с импульсными, так и без всплесков. Распространенные модели вычислений, такие как детерминированные машины Тьюринга или нейронные сети аттракторов, в частности, не выполняют вычисления с непрерывными потоками входных данных.Новаторская работа Хопфилда по рекуррентным нейронным сетям (RNN; Hopfield, 1982) до обучения Вербоса градиентам RNN для вычислений с обратным распространением во времени (Werbos, 1990) направлена ​​на решение сложных задач временного машинного обучения. Однако проблема при использовании RNN — это очень нестабильная связь между параметрами и динамикой скрытых состояний, называемая «градиентами затухания или взрыва». Таким образом, применение RNN для обработки сигналов в реальном мире ограничено.Недавно были предложены оптимизаторы без Гессе (Martens, 2010) и RNN с закрытыми связями (Sutskever et al., 2011) для применения их в сложных задачах последовательности. Важно исследовать модели, которые фиксируют сложные динамические реакции в пространственно-временных масштабах с разнородными компонентами и легко применяются к реальным проблемам, которые являются ориентирами для интеллектуальной системы. Одним из значительных достижений в этом направлении является предложение оставить RNN необученными, а затем обработать их с помощью простой техники классификации / регрессии.Эта идея была разработана в тандеме двумя независимыми исследовательскими группами: Jaeger (Jaeger, 2001; Jaeger and Haas, 2004) как Echo State Network и Maass как Liquid State Machine (Maass et al., 2002; Buonomano and Maass, 2009). . В совокупности эти модели называются вычислением резервуара (RC). Коллектор также можно рассматривать как сложный нелинейный динамический фильтр, где входные данные проецируются на временную карту большого размера. RC сильно вдохновлен возбуждающими и тормозящими сетями коры головного мозга, которые по своей природе нестабильны.Нейрофизиологи продемонстрировали, что возбуждающие сети порождают дополнительное возбуждение (простое и предсказуемое), а тормозные сети порождают нелинейные эффекты (сложные). Сети, которые построены как из тормозных, так и из возбуждающих элементов, могут самоорганизовываться и генерировать сложные свойства (Buzsaki, 2006). Такие непрерывные возмущения возможны в коре головного мозга из-за разнообразия компонентов (нейронов и синапсов) и специфики их связей.

Несколько исследовательских групп изучают теорию, моделирование и программную реализацию коллекторов в реальных приложениях (например,g., распознавание объектов, распознавание речи, управление движением роботов, классификация динамических образов и генерация хаотических временных рядов). Гетерогенные программные реализации резервуаров демонстрируют, что производительность этих сетей либо равна, либо превосходит современные методы машинного обучения в пределах заданного набора ограничений. Хотя в рамках алгоритмического исследования проводится все больше исследований, ни одна из существующих работ не исследует комплексную архитектуру оборудования для энергоэффективного резервуара.Реконфигурируемая аппаратная архитектура может значительно улучшить рассеиваемую мощность, эффективность площади и портативность резервуаров. В современной литературе есть аппаратные реализации резервуаров, которые в основном являются цифровыми (Schrauwen et al., 2007; Merkel et al., 2014). Несколько исследовательских групп также исследовали стохастические битовые потоки и схемы смешанных сигналов для коллектора (Schürmann et al., 2004; Verstraeten et al., 2005). Однако эти проекты имитируют уровень ESN или LSM, а не общий дизайн.Более того, в крупномасштабной ESN количество синапсов и нейронов значительно возрастает, и требуются такие устройства, как мемристоры, для реализации этих основных компонентов энергоэффективным способом. В этом исследовании мы предлагаем масштабируемые и реконфигурируемые нейромемристические архитектуры для резервуаров с особым акцентом на приложениях обработки биосигналов.

Нейромемристические системы (NMS) — это вдохновленные мозгом адаптивные компьютерные архитектуры, основанные на новой технологии резистивной памяти (мемристоры).Конкретная мемристорная модель, используемая в этой NMS, является полуэмпирической моделью, полученной из работ Симмонса (Simmons, 1963; Simmons, Verderber, 1967) и Mott and Gurney (1940). Подробное описание модели представлено в разделе 5.1. Основными строительными блоками NMS являются мемристорные синапсы, нейроны и обучающие схемы. Архитектура ESN использует эти примитивные блоки для повышения эффективности использования площади и мощности. Углубленное сравнение предложенных архитектур ESN в чисто цифровых и смешанных схемах подтверждается для двух различных тестов, наборов данных биосигналов электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и электромиограммы (ЭМГ).Конкретный вклад в это исследование: (i) проектирование тороидальной архитектуры ESN с гибридной топологией; (ii) цифровая реализация архитектуры ESN, портированная на различные платформы FPGA; (iii) разработка архитектуры ESN со смешанными сигналами с подпороговыми цепями; (iv) новый биполярный входной синапс, который усиливает несоответствие; (v) анализировать влияние синапсов, основанных на случайном рассогласовании, на площадь и мощность ESN; и (vi) анализ характеристик и мощности реализаций цифровых и смешанных сигналов ESN.Все проектные абстракции архитектуры ESN проверены и протестированы на биосигналы ЭЭГ и ЭМГ с приложениями для обнаружения эпилептических припадков и контроля протезов пальцев.

Остальная часть документа организована следующим образом: Раздел 2 обсуждает теорию и основы резервуаров (особенно ESN), Раздел 3 представляет предлагаемую архитектуру ESN и различные топологии, Раздел 4 обсуждает цифровую реализацию предлагаемых архитектур ESN наряду с с переносимостью на настраиваемые структуры FPGA, в разделе 5 представлены новые строительные блоки схемы смешанного сигнала для архитектуры ESN и исследуются возможности их проектирования, в разделе 6 обсуждаются тесты биосигнала, используемые для проверки, в разделе 7 приводятся результаты и подробный анализ предлагаемой архитектуры ESN, и Раздел 8 завершает работу.

2. Сеть состояний эха: теория и предыстория

Echo State Network (ESN) — это класс вычислительной модели коллектора, представленный Jaeger (2001). ESN рассматриваются как частично обученные искусственные нейронные сети (ИНС) с повторяющейся топологией сети. Они используются для задач пространственно-временной обработки сигналов. Модель ESN вдохновлена ​​развивающейся динамикой того, как мозг обрабатывает временные стимулы. Он состоит из входного слоя, пластового слоя и выходного слоя (см. Рисунок 1A).Слой коллектора — это сердце сети с богатыми повторяющимися связями. Эти соединения генерируются случайным образом, и каждому соединению присваивается случайный вес. После создания эти случайные веса никогда не изменяются на этапах обучения или тестирования сети. Выходной слой ESN линейно комбинирует желаемый выходной сигнал из богатого разнообразия сигналов возбужденного пластового слоя. Основная идея состоит в том, что нужно обучать только веса выходного слоя с использованием простых алгоритмов линейной регрессии.ESN обеспечивает высокопроизводительную математическую основу для решения ряда задач. В частности, они могут быть применены к рекуррентным искусственным нейронным сетям без внутреннего шума. ESN имеют упрощенные алгоритмы обучения по сравнению с другими повторяющимися ANN и более эффективны, чем методы на основе ядра (например, Support Vector Machines) из-за их способности включать временные стимулы (LukošEvičIus and Jaeger, 2009). Из-за повторяющихся подключений выход резервуара зависит от текущего состояния ввода и всех предыдущих состояний ввода в системной памяти.Повторяющаяся сетевая топология коллектора позволяет выделить пространственно-временные сигналы. Это свойство использовалось в нескольких прикладных областях, таких как идентификация движения (Ishu et al., 2004), анализ естественного языка (Tong et al., 2007) и распознавание речи (Skowronski and Harris, 2007).

Рис. 1. (A) Сеть состояний эха состоит из трех уровней: входной слой, слой коллектора и выходной слой. (B) Абстрактная структура сети состояний эха.Как сигналы распространяются через ESN и влияние различных наборов весов в сети.

2.1. Алгоритм обучения

Три основных набора весов связаны с ESN (см. Рисунок 1B). Веса на входном слое и пласте-коллекторе генерируются случайным образом. Эти слои используются для извлечения временных характеристик входного сигнала. Их можно рассматривать как внутренний этап предварительной обработки, который подготавливает сигнал для фактического уровня обработки, где классификация изучается на уровне считывания.На рисунке 1B также показано распространение сигналов через ESN. Входной сигнал в ESN u ( n ) предварительно обрабатывается на входном и пластовом уровнях для извлечения сигнала временных характеристик x ( n ), который подается на слой считывания для завершения процесса классификации. . Учитывая, что входные слои и слои резервуара не являются фактическими частями этого процесса, их веса не обучаются, что значительно упрощает обучение ESN по сравнению с другими типами RNN.

Целью обучающего алгоритма является вычисление весов в выходном слое на основе динамического отклика (состояний) пласта-коллектора (Jaeger, 2002). Состояния пласта-коллектора вычисляются на основе входных векторов и весов входного и пластового слоя, как показано в уравнении (1).

x [n + 1] = fres (Winu [n + 1] + Wxx [n]) (1)

, где u [ n ] — вход ESN, W в — матрица весов между входным слоем и слоем резервуара, W x — матрица весов между нейронами в слое резервуара. , и f res — функция активации пласта-коллектора.

Состояния пластового слоя для всех входных векторов используются в качестве входных данных для контролируемого обучения для вычисления выходных весов W из . Существует несколько методов линейной регрессии для вычисления весов в выходном слое. В этой работе используется обычное уравнение для реализации контролируемого обучения ESN (рисунок 1B).

Wout = (YX ′) (XX ′) — 1 (2)

, где X — это матрица, объединяющая все состояния пласта-коллектора, а Y — это матрица всех результатов обучения.

Процесс обучения ESN можно объяснить следующими шагами:

1. При инициализации случайным образом сгенерируйте веса для входного и пластового слоев ( W в и W x ).

2. Переместите следующий входной вектор и [ n + 1] на входной слой.

3. Рассчитайте отклик пласта-коллектора, используя (1).

4. Сохраните ответ в матрице ( X ).

5. Повторите шаги 2–4 для всех входных векторов.

6. Рассчитайте выходные веса на основе обычного уравнения (2).

После вычисления весов выходного слоя сеть готова, и состояние пластового слоя используется для расчета выходных данных сети, как показано в уравнении (3).

y [n + 1] = fout (Woutx [n + 1]) (3)

, где y ( n + 1) — выход сети, W out — матрица весов на уровне считывания, а f out — функция активации слоя считывания.

3. Предлагаемая топология и архитектура ESN

Топология

ESN относится к паттерну взаимосвязей между резервуарными нейронами. В литературе представлено несколько топологий резервуара (Родан и Тино, 2011). В ESN используется топология полностью или случайно связанного пласта коллектора (Jaeger, 2001). Форма этих топологий и их степень связности определяется матрицей весов пласта-коллектора W x , где веса неподключенных каналов установлены равными нулю.Такой случайный метод генерации топологий для пласта-коллектора имеет конструктивные ограничения. Требуется несколько проб, чтобы найти подходящую топологию для данного приложения. Динамическое восстановление этих соединений нетривиально; и это требует сохранения всех подключений. Нет никакой гарантии, что сгенерированный шаблон будет лучшим выбором для целевого приложения (Rodan and Tino, 2011). Более того, случайная топология с высокой степенью связи слишком сложна для реализации на оборудовании, где сложность маршрутизации, накладные расходы области и энергопотребление значительно выше.Таким образом, для аппаратной реализации ESN желательны простые топологии резервуара.

В кольцевой топологии, представленной Роданом и Тино (2011), нейроны резервуарного слоя соединены в форме кольца, где выход каждого нейрона соединен только с соседним нейроном (рис. 2А). Уравнение (4) используется для расчета состояния одиночного нейрона x ( s ) в слое резервуара на определенном временном шаге n . Это уравнение можно обобщить для расчета состояния всего пласта коллектора, как показано в уравнении (5).

x (s) [n] = fres (Win (s) U [n] + Wring (s) x (s-1) [n-1]) (4)

, где x ( с ) [ n ] — это состояние нейрона с на временном шаге n . W in ( s ) — входной вес, связанный с нейроном s . U [ n ] — ввод на временном шаге n . W кольцо ( s ) — вес резервуара между нейронами s и s — 1. x ( с — 1) [ n — 1] — состояние нейрона с — 1 на предыдущем временном шаге n — 1.

X [n] = fres (Winu [n] + WringX [n-1] ≪≫) (5)

, где X [ n ] — это состояние всех нейронов в слое резервуара на временном шаге n . W in — матрица входных весов. W ring — вектор веса резервуара (один вес для каждого нейрона).X [n-1] ≪≫ относится к состоянию всех нейронов в слое резервуара на временном шаге n — 1, повернутых на один.

Рис. 2. (A) ESN с топологией кольцевого коллектора. Каждый нейрон-резервуар имеет два входа и один выход. (B) ESN с центральной топологией нейронов. Резервуарные нейроны связаны с одним центральным нейроном, который работает как концентратор. (C) ESN с гибридной топологией. Каждый нейрон имеет три входа и один выход.

Эта топология обеспечивает низкую степень связности в сети, но имеет большой диаметр сети и среднее расстояние между резервуарными нейронами.Для слоя кольцевого резервуара, который имеет N нейронов, диаметр составляет N 1 , а среднее расстояние составляет 23N. Этот большой диаметр вызывает задержку реакции резервуара на изменения входящего потока. Такая задержка нежелательна в приложениях обработки информации биосигнала.

Простые обновления кольцевой топологии могут исправить значения большого диаметра и среднего расстояния. Добавление различных ярлыков в слой резервуара уменьшает эти значения, но это приведет к несбалансированной сети, где расстояние между нейронами будет варьироваться в зависимости от их местоположения от ярлыков.Использование унифицированных соединительных звеньев обеспечивает постоянное расстояние между всеми нейронами. Комбинирование кольцевой топологии, показанной на рисунке 2A, с топологией центрального нейрона, показанной на рисунке 2B, может дать сбалансированные унифицированные ссылки быстрого доступа, которые увеличивают связи между нейронами и улучшают свойства сети. На Рисунке 2C показана предлагаемая гибридная топология коллектора. Эта топология имеет малый диаметр и среднее расстояние по сравнению с кольцевой топологией. Диаметр составляет 2 , а среднее расстояние меньше 2 .Резервуар плотно связан и более чувствителен к изменениям входа в сеть. Состояние резервуара рассчитывается с использованием уравнений (6) и (7). Уравнение (6) используется для расчета состояния центрального нейрона, который используется для расчета состояния всего резервуара с использованием уравнения (7).

, где Xc — состояние центрального нейрона. W вверх — вектор веса синапсов от нейронов резервуарного слоя к центральному нейрону.

X [n] = fres (Winu [n] + WdownXc + WringX [n-1] ≪≫) (7)

, где W вниз — вектор весовых коэффициентов синапсов от центрального нейрона к нейронам резервуарного слоя.

С точки зрения сложности гибридная топология имеет два дополнительных синапса на нейрон по сравнению с кольцевой топологией. Эти синапсы соединяют нейроны резервуарного слоя с центральным нейроном. Идея использования центрального нейрона состоит в том, чтобы предоставить каждому нейрону в слое резервуара информацию о состоянии всего резервуара.Он имитирует полностью связанную топологию, в которой каждый нейрон имеет полный доступ ко всем нейронам в слое резервуара.

Гибридная топология состоит из четырех основных групп синаптических связей: набор входов, набор выходов, набор колец и набор центральных нейронов (см. Рисунки 2C, 3). Входные, выходные и центральные наборы соединяют каждый отдельный нейрон в резервуаре с тремя ключевыми нейронами сети: входным, выходным и центральным нейронами. Одновременно набор колец соединяет нейроны-резервуары в гирляндную цепочку (каждый нейрон соединяется с двумя своими соседями по кольцу).Одно звено, которое проходит через все нейроны в слое резервуара в форме кольца, может использоваться для каждого набора для распределения этих сигналов. Это означает, что четыре кольца могут реализовать все необходимые соединения гибридной топологии, как показано на рисунке 3A. На этом рисунке показаны два типа кольцевых соединений. Первый тип используется для входных, выходных и центральных нейронных соединений. Эти кольца проходят через резервуарные нейроны, которые связаны с кольцами через синаптические связи. Это означает, что каждое кольцо передает единственный электрический сигнал.Второй тип кольца используется для кольцевой топологии (зеленое кольцо). Это кольцо проходит через резервуарные нейроны. Любая точка этого кольца имеет свой собственный электрический сигнал, отличный от любой другой точки. Кольца на рисунке 3A имеют цветовую кодировку, чтобы соответствовать рисунку 2C, который показывает гибридную топологию.

Рис. 3. (A) Гибридная топология , реализованная в виде четырех колец. Цвета колец указаны на Рисунке 2. Пурпурное кольцо используется для соединений между входным слоем и слоем резервуара.Зеленое кольцо используется для соединений кольцевой топологии. Красное кольцо используется для центральных нейронных связей. Оранжевое кольцо используется для связи между пластом коллектора и выходным слоем. (B) 5 x Тороидальная сеть из 5 двойных витков, используемая для создания гибридного резервуара из 25 нейронов. Двойные связи используются в этой тороидальной архитектуре для реализации четырех схем кольцевых соединений, необходимых для гибридной топологии резервуара. Показана внутренняя структура каждого узла в используемой тороидальной архитектуре.Каждый узел содержит нейрон-резервуар вместе со всеми связанными с ним синаптическими связями.

3.1. Двойная витая тороидальная архитектура

Тороидальная архитектура с двойным витком обеспечивает схему кольцевых соединений, необходимую для гибридной топологии, показанной на рисунке 3B. На этом рисунке также показана внутренняя структура каждого узла в предлагаемой архитектуре. Каждый узел в этой архитектуре представляет нейрон в топологии гибридного резервуара вместе с четырьмя связанными с ним синапсами: входным, выходным, кольцевым и центральным нейроном.Ссылки на рисунке 3B имеют цветовую кодировку в соответствии с рисунком 3A. Пурпурное кольцо используется для связи между входным нейроном и нейронами резервуара. Оранжевое кольцо используется для связи между нейронами резервуара и выходным нейроном. Зеленое кольцо используется для соединений кольцевой топологии. Красное кольцо используется для центральных нейронных связей. Для соединения резервуарных нейронов с центральным кольцевым соединением нейронов используются два типа синаптических связей: W вверх и W вниз . W до синаптических связей используются для передачи сигналов от резервуарных нейронов к центральному нейрону. Эти сигналы суммируются в центральном нейроне, а затем распределяются обратно в резервуарные нейроны с использованием W по синаптическим связям. Для получения дополнительной информации о центральном нейроне обратитесь к уравнениям (6) и (7).

В целом, тороидальная архитектура с двойным витком является реконфигурируемой и обеспечивает легкую переносимость с несколькими дополнительными переключающими элементами.Преимущество в этом случае — внутренняя схема подключения тороидальной архитектуры с двойным витком, которая обеспечивает прямое отображение гибридной топологии без каких-либо дополнительных переключающих элементов. Это делает тороидальную архитектуру с двойным витком простой по сравнению с другими тороидальными архитектурами, например, двумерной сеткой, как с точки зрения требуемых ресурсов, так и с точки зрения сложности конструкции, когда для маршрутизации сигналов не используются мультиплексоры или переключатели. Одно предостережение заключается в том, что тороидальная архитектура с двойным витком, сконфигурированная для гибридной топологии, не может быть повторно использована для реализации других топологий резервуара.Однако масштабируемость по-прежнему обеспечивается скрученной тороидальной архитектурой, в которой может быть реализован резервуар любого размера. Между узлами дважды скрученной тороидальной архитектуры и нейронами резервуара существует взаимно однозначное отношение. Общее количество входных связей с каждым нейроном резервуара — четыре (см. Рисунок 3A). Узел с двухзвенной дважды скрученной тороидальной архитектурой имеет восемь звеньев. Из восьми ссылок четыре используются в качестве входных ссылок на нейрон, а остальные используются в качестве выходных.В следующих двух разделах представлены цифровые и смешанные реализации этой архитектуры.

4. Цифровой дизайн ESN

Цифровая архитектура ESN оптимизирована для реконфигурируемых платформ без ущерба для ее производительности. Работа сети описывалась как полностью параллельная, а не частично последовательная. Это касается потоков входных данных в реальном времени, которые имеют небольшую задержку, связанную с последующим вводом, и фиксируют любые пространственные характеристики во входных данных.Функции активации разработаны с использованием кусочных аппроксимаций вместо использования справочных таблиц. Такой выбор конструкции значительно экономит общее количество элементов памяти, так как сеть состояний эха использует четыре веса на каждый нейрон резервуара. В модели высокого уровня сеть функционировала за счет приращения дельта-цикла. Шаги приращения дельты — это шаги моделирования, которые не увеличивают номинальное время и помогают синхронизировать все параллельные вычисления, происходящие в пределах временного шага. Для цифрового проектирования регистры были добавлены между каждым нейроном в резервуаре для получения постоянных результатов при моделировании и аппаратной реализации, в противном случае сигналы будут постоянно распространяться по резервуару асинхронно с непроверенным поведением.Цель состояла в том, чтобы максимально приблизить модель архитектуры высокого уровня к реконфигурируемой реализации, чтобы анализ был применим для масштабируемых сетей.

На рисунке 4 показана общая диаграмма RTL для нейрона в сети. Каждый нейрон имеет три входа, которые поступают от сетевых входов, предыдущего нейрона в гибридной топологии и центрального нейрона. Веса хранятся в триггерах и используют запись с фиксированной запятой из 10 целочисленных битов и 20 дробных битов, Q (10.20). Эти веса умножаются на каждый результат, используя Q (10.20) битовые умножители, а затем суммируются с использованием 3 Q (10.20) -битных сумматоров. Для активации нейрона функция tanh используется путем реализации кусочно-линейной аппроксимации, которую можно увидеть в уравнении (8). Линейное приближение было выбрано, чтобы иметь только наклоны, которые были степенями двойки, чтобы учесть сдвиги вместо единиц множителя. Поскольку кусочная функция имеет пять границ решения, использовались три входных мультиплексора 2-1 Q (10.20), как можно увидеть на диаграмме RTL. Последний шаг был применен для добавления более сильного временного аспекта к сети, сделав выход нейрона функцией его текущего порога активации и предыдущего порога активации.Это делается путем суммирования текущего нейрона в момент времени t с предыдущим результатом в момент времени t — 1 после применения коэффициента масштабирования α таким образом, что X ( t ) = α X ( t ) + (α — 1) X ( т — 1). Предыдущий ввод масштабируется на 1 — α, в то время как ток масштабируется на α. Для простоты аппаратного обеспечения значение α было выбрано равным 0,5, что позволяло сдвиг вправо вместо использования умножителя перед сумматором с фиксированной точкой.Последние регистры используются для хранения значения, чтобы учесть этот временной расчет. Таблица 1 показывает использование ресурсов и энергопотребление для одного нейрона-резервуара в трех реализациях FPGA с разбивкой мощности на синаптическое умножение, активацию tanh, синаптическую сумму и общую.

[H] tanh (x) = 1, когда x ⩾ 1,5 = x / 2 + 0,25, когда 0,5 ⩾ x> 1,5 = x, когда -0,5 ⩾ x> 0,5 = x / 2−0.25, если −1,5 ⩾ x> −0,5 = −1 в противном случае (8)

Рис. 4. Диаграмма уровней RTL резервуарного нейрона в цифровой реализации ESN . Все направления сигналов слева направо.

Таблица 1. Использование ресурсов ПЛИС и энергопотребление для скрытого нейрона на трех ПЛИС .

Выходной нейрон построен примерно так же, за исключением того, что он принимает в качестве входных данных выходной сигнал от каждого нейрона в резервуаре, за исключением центрального нейрона.Таким образом, используется дерево сложения log 2 (размер резервуара). Кроме того, используемая функция активации является линейным выходом синаптического суммирования, поэтому никакая дополнительная логика не используется для активации или временного аспекта, упомянутого ранее.

5. Конструкция коллектора со смешанными сигналами

Цифровая схема ESN, представленная в последнем разделе, имеет хорошую производительность и ее легко переносить на готовые коммерческие компоненты (FPGA). Однако эти реализации имеют большие затраты энергии и площади из-за ограничений доступности ресурсов на ПЛИС.В этом разделе мы предлагаем эффективную схему ESN, которая использует динамику, присущую простым схемам со смешанными сигналами. Сначала мы дадим краткий обзор полуэмпирической модели мемристорного устройства, которая использовалась в данной работе. Затем мы показываем, что дифференциальные усилители токового режима, работающие в подпороговом режиме, имеют поведение естественного гиперболического тангенса. Этот результат хорошо известен (Mead, 1989) и для удобства резюмирован здесь. Затем мы исследуем возможность использования рассогласования в близко расположенных транзисторах для реализации случайного распределения веса в резервуаре.Показано, что этот метод эффективен по площади при высоком требуемом разрешении по весу. Наконец, мы представляем новый слой считывания ESN, основанный на схеме перекрестной перемычки мемристора. Высокая плотность перемычки обеспечивает полную связь от коллектора к выходному слою при низкой стоимости площади.

5.1. Мемристор Модель

Мемристоры

— это двухконтактные устройства, проводимость которых зависит от состояния (Chua, 1971, 2011; Chua and Kang, 1976). В этой работе мы используем полуэмпирическую мемристорную модель, заимствованную из работ Симмонса (Simmons, 1963; Simmons, Verderber, 1967) и Мотта и Герни (1940).Предполагается, что в токе мемристора преобладает туннелирование, что приводит к экспоненциальной зависимости ВАХ:

im = {(1 − γ + gγ) Gmoffξ1 + sh (vmξ1 +), vm≥0 (1 − γ + gγ) Gmoffξ1 − sinh (vmξ1 -), vm <0, (9) ΔγΔt = χ (vm (t)) = {ξ4 + sh (ξ5 + vm (t) −ξ6 + Vtp) fwin (γ), vm> Vtpξ4 − sinh (ξ5 − vm (t) −ξ6 − Vtp) fwin ( γ), vm , где ξi + (-) — подгоночные параметры, V tp и V tn — положительные и отрицательные пороговые напряжения, а f win — оконная функция, которая обеспечивает γ не становится больше 1 или меньше 0.Оконная функция выражается как

. fwin (γ) = {exp [−ξ2 + (γ − ξ3 +]) 1 − γ1 − ξ3 +, vm≥0, γ≥ξ3 + exp [ξ2− (γ − ξ3 -)] γξ3−, vm <0, γ≤ ξ3−1, иначе (11)

где ξi + (-) — подгоночные параметры. Эмпирические модели, подобные представленной выше, могут соответствовать широкому диапазону характеристик устройства (Yakopcic et al., 2013). В этой работе модель соответствует экспериментальным результатам для устройств W / Ag-халькогенид / W, которые показывают воспроизводимое инкрементное переключение проводимости (Oblea, 2010).

5.2. Резервуарные нейронные цепи

В общем, методы расчета коллектора могут использовать одну из многих различных функций активации в пласте коллектора.ESN обычно используют функции активации с сигмовидной формой, которая может быть униполярной (с диапазоном от 0 до +1) или биполярной (с диапазоном от -1 до +1). В многослойных сетях персептронов было показано, что биполярные функции, такие как tanh, обеспечивают лучшую точность (по сравнению с функциями униполярной активации) для задач классификации (Karlik and Olgac, 2010). В этой работе мы обнаружили, что функции активации tanh также приводят к более богатой динамике коллектора, что приводит к большей точности классификации в ESN.Реализовать функцию активации tanh очень просто, используя дифференциальный усилитель, смещенный по слабой инверсии (подпороговое значение; Mead, 1990). Схема нейронной цепи показана на рисунке 5А. Легко показать, что на выходе нейрона

ix≡ix + -ix- = Imaxtanh (isRin2nVT), (12)

, где В T — это тепловое напряжение, а n — это константа, связанная с процессом, которая составляет ≈1,2 для 45-нм технологии CMOS. Во всех последующих симуляциях и результатах I max выбрано равным 1 нА.Соотношение тока и напряжения показано на рисунке 5B. Модель в уравнении (12) сравнивается с моделированием HSPICE, демонстрируя хорошую точность. Небольшие отклонения от модели, вероятно, связаны с эффектами короткого канала, которые не учитываются в уравнении (12). Например, для уменьшения площади использовался источник тока с одним МОП-транзистором с минимальными размерами, что приводит к модуляции длины канала. Этот эффект можно уменьшить, увеличив длину канала источника тока или используя каскодное зеркало. Однако это приведет к увеличению стоимости площади.Всего площадь нейрона

Анейрон≈5Amatch, (13)

, где A match — площадь полевого МОП-транзистора с небольшим стандартным отклонением его порогового напряжения. Более крупные устройства будут иметь меньшие стандартные отклонения (Pelgrom, 1989). Можно показать, что стандартное отклонение V th ≈ 14% при использовании минимального размера ( W, = 45 нм и L = 45 нм). В этой работе мы используем значение A match , что дает стандартное отклонение менее 5%, которое возникает, когда площадь устройства составляет 10 × минимальный размер.Следовательно, A соответствует ≈ 20250 нм 2 . Помимо площади, энергопотребление нейрона можно смоделировать как

Пневрон≈ImaxVDD. (14)

Рис. 5. (A) Цепь нейрона с гиперболическим тангенсом и (B) его вольт-амперная зависимость.

Здесь мы предположили, что статическая мощность нейрона преобладает над общей потребляемой мощностью.

5.3. Цепи синапсов резервуара

Самый простой способ реализовать схему синапса, совместимую с нейроном, описанным выше, показан на рисунке 6A.Синапс представляет собой конструкцию с дифференциальным входом и несимметричным выходом. Два входа управляются масштабированными положительными и отрицательными выходами пресинаптического нейрона. Конкретно, если два зеркальных транзистора PMOS имеют идеальное согласование, то положительный (отрицательный) выход пресинаптического нейрона i x j + ( i x j ) масштабируется с коэффициентом β p 2 ∕ β p 1 , что приводит к возникновению тока источника i 1 .Аналогично, i x j ( i x j + ) масштабируется с коэффициентом β n n β 1 , вызывая сток-ток i 2 . Тогда вывод синапса i s ij будет i 1 i 2 . Если w ij ≡ β p 2 ∕ β p 1 = β n 2 ∕ β n 1

5, то выходной ток будет 9

Рисунок 6.Схема (A) детерминированной схемы синапса с постоянным весом в токовом режиме и (B) предлагаемой схемы синапса, которая использует вариации процесса .

Обратите внимание, что если i x j + ( i x j -) зеркально отражается через зеркало PMOS и i 2 j — ( i x j +) отражается через зеркало NMOS, тогда w ij будет положительным (отрицательным).Следовательно, можно случайным образом связать каждый синапс в резервуаре с положительным или отрицательным выходом нейрона (с вероятностью 50% в обоих случаях), чтобы получить распределение положительных и отрицательных весов. Кроме того, отношения размеров β p 1 ∕ β p 2 = β n 1 ∕ β n 2 могут быть сгенерированы из равномерного или нормального распределения для получения желаемой вероятности. функция плотности для весов. Стоимость площади при таком подходе зависит от двух факторов.Во-первых, будет минимальный размер ( Вт L ) мин и соответствующая область A соответствие для каждого транзистора, которое регулируется желаемым уровнем соответствия в текущих зеркалах. Второй фактор, определяющий стоимость синаптической области, — это их весовое распределение. Обратите внимание, что это распределение будет дискретным, поскольку значения веса определяются соотношением геометрии полевого МОП-транзистора. Пусть w res будет разрешением распределения.Кроме того, пусть каждый вес будет кратен w res , так что w ij = k ij w res 9044 904 ij ∈ ℕ (т.е. веса равномерно распределены). Теперь ожидаемая площадь синапсов для определенного распределения веса будет

. E [AsynapseBaseline] = 2AmatchE [kijgcd (1wres, kij)], (16)

, где НОД (·) — наибольший общий делитель.Уравнение (16) учитывает тот факт, что минимальный размер синапса будет 2 A соответствует , поскольку схема состоит из двух полевых МОП-транзисторов. Также учитывается, что знак входных полевых МОП-транзисторов двух текущих зеркал, определяющих синапс, будет влиять на синаптическую область. Например, рассмотрим случай, когда разрешение по весу составляет w res = 1/100. Чтобы вес имел значение w ij = 1/100, входные полевые МОП-транзисторы должны иметь области 100 A , соответствующие , а выходные полевые МОП-транзисторы должны иметь площади A совпадение .Для того же разрешения, чтобы иметь вес w ij = 1, входные и выходные синапсы могут иметь области 100 A , совпадающие с , но это гораздо более эффективно по площади для у них все области A соответствуют . Другими словами, площадь, принятая в уравнении (16), является минимально возможной площадью для получения желаемых значений веса и удовлетворения требований к минимальной площади для согласования.

К сожалению, уравнение (16) показывает, что из-за воздействия большой площади невозможно реализовать веса с высоким разрешением, используя схему на рисунке 6A.Вместо этого наш подход состоит в том, чтобы использовать эффекты несоответствия транзисторов для достижения случайного распределения веса на входном уровне ESN и слоях резервуара. Эта идея была исследована ранее Yao et al. (2013) в реализации машины с экстремальным обучением (ELM) с униполярными входными (входы в синапс строго положительными или отрицательными) синапсами. Здесь мы расширяем их работу, (i) предлагая биполярный входной синапс, который использует несоответствие, и (ii) анализируя влияние случайных синапсов, основанных на несоответствии, на площадь и мощность сети.Предлагаемая схема показана на рисунке 6В. Подобно схеме синапса на рисунке 6A, предлагаемая конструкция имеет дифференциальный вход и несимметричный выход. Однако теперь два входа управляются масштабированным положительным или отрицательным выходом пресинаптического нейрона, а также масштабированным максимальным током I max . Схема использует случайные рассогласования в пороговых напряжениях транзисторов В th и коэффициентах усиления β из-за изменений процесса.Все схемы работают в подпороговом режиме, поэтому токи стока полевого МОП-транзистора экспоненциально зависят от порогового напряжения и линейны для коэффициента усиления. Следовательно, мы можем упростить наш анализ, рассматривая только изменения порогового напряжения. Для текущего зеркала NMOS на рисунке 6B мы определяем w 1 ij как

w1ij≡ioutiin = isij-ixj- = βn2βn1eΔVthnVT (17)

, где Δ V th — гауссова случайная величина, которая количественно определяет разницу между пороговыми напряжениями двух близко расположенных транзисторов, n — константа, связанная с процессом, которая равна ≈1.2, а В T — тепловое напряжение (≈26 мВ при комнатной температуре). Обратите внимание, что по определению w 1 ij будет распределено логнормально. Точно так же для зеркала PMOS мы определяем w 2 ij как

w2ij≡ioutiin = isij + Imax = βp2βp1eΔVthnVT, (18)

, где w 2 ij также имеет логнормальное распределение. Наконец, объединение уравнений (17) и (18) дает

isij = isij + -isij- = w2ijImax-w1ijixj-.(19)

Теперь мы хотели бы выразить i s ij в терминах единственного значения веса. Используя тот факт, что I max = i x j + + i x j — 90write, мы можем ( как

isij = (12w1ij + Δw) (ixj ++ ixj -) — w1ijixj- (20) = 12 (ixj + -ixj-) w1ij + ImaxΔw = ioutwij + Imaxbij.

Теперь синаптический выходной ток записывается как выходной сигнал пресинаптического нейрона, умноженный на логнормально распределенное значение веса плюс член смещения. Член смещения b ij = w 2 ij — 0,5 w 1 ij будут распределены как разность двух случайных величин.

Случайное распределение веса в резервуаре можно отрегулировать, изменив размеры и коэффициенты усиления для транзисторов M1 – M4.Обобщая приведенный выше анализ и предполагая, что у нас есть

| wij | ~ lnN (lnβn22βn1, AVth3WL) (21)

, где lnN — логнормальное распределение, а A V th — константа, определяющая стандартное отклонение рассогласования порогового напряжения в близкорасположенных транзисторах (Pelgrom, 1989). Для модели прогнозной технологии с низким энергопотреблением (PTM) 45 нм, используемой в этой работе, A V th = 4 мВ · мкм.Из уравнения (21) видно, что разброс весового распределения (а также распределение смещения) можно регулировать, увеличивая площадь транзисторов, используемых в токовых зеркалах. На рисунке 7 показано распределение весов и смещений в резервуаре при минимальном размере транзисторов (т.е. Вт, = L, = 45 нм). Результаты моделирования были получены с использованием 10 000 симуляций Монте-Карло в HSPICE, где каждое из двух токовых зеркал на Рисунке 6B (M1 – M4) имело случайно несовпадающие пороговые напряжения с нулевым средним значением и дисперсией AVth3 ∕ (WL).Модели распределения (обсужденные выше) показывают отличное согласие с симуляциями.

Рис. 7. Анализ методом Монте-Карло, показывающий распределения (A) случайных весов и (B) случайных смещений, связанных с дизайном синапсов на рис. 6B .

Площадь предлагаемого синапса

AsynapseProposed = 2Amatch + 4Avar = Amatch (2 + 4a), (22)

, где A var — площадь транзисторов M1 – M4, а a A var A соответствует .На рисунке 8 сравнивается средняя площадь базового синапса и предлагаемого синапса для трех различных распределений веса в нескольких разрешениях. В каждом случае максимальная площадь предлагаемого синапса возникает, когда A var = A соответствует ( a = 1), в результате получается площадь 6 A совпадение . На рисунке 8A веса базового синапса равномерно распределены между -1 и +1.Обратите внимание, что шероховатость базовых кривых происходит от НОД в уравнении (16). Для разрешений с низким весом (например, 1/ w res <10) базовый дизайн на самом деле более эффективен по площади, чем предлагаемый синапс на основе вариаций. Однако по мере увеличения разрешения по весу площадь базового синапса становится очень большой. Аналогичные результаты показаны для случаев, когда базовые веса распределены нормально (μ = 0, σ = 0,1) и логнормально (μ = 0, σ = 2.85), как показано на рисунках 8B, C соответственно. Помимо площади, мы также можем смоделировать энергопотребление предлагаемой схемы синапса, которое составит

Psynapseij = (VDD + VSS) Imaxηj + (vsi + VSS) Imaxηjw1ij (23) + (VDD-vsi) Imaxw2ij + (VDD + VSS) Imax + Vsi (Imaxw2ij-Imaxηjw1ij),

, где v s i — напряжение на выходном узле синапса (вход в постсинаптический нейрон) и η j — коэффициент активности пресинаптического нейрона, что можно оценить как 0.5. Первые четыре члена учитывают токи, протекающие через M1, M2, M3 и M4 соответственно (рисунок 6B). Последний член учитывает ток, протекающий в постсинаптический нейрон. Напомним, что входной каскад нейрона представляет собой резистор с одной заземленной клеммой. Объединение одинаковых терминов приводит к упрощенному выражению потребляемой мощности, равному

. Psynapseij = VDDImax (2ηj + ηjw1ij + w2ij + 2). (24)

Рис. 8. Зависимость средних площадей от разрешающей способности по весу для базовой линии и предлагаемой схемы синапсов на рисунке 6, где базовый план был распределен (A) равномерно между -1 и +1, (B) обычно с 0 средним и стандартным = 0 .1 и (C) логнормально со средним значением 0 и стандартным значением 2,85 . В каждом случае максимальная площадь предлагаемой конструкции синапса (6 A соответствует ) показана как ссылка.

Здесь мы использовали тот факт, что V DD = V SS .

5.4. Слой считывания и схемы обучения

Слой считывания ESN использует энергонезависимость и пластичность мемристоров для хранения и настройки выходных значений веса.Схема, соединяющая резервуар с выходным нейроном, показана на рисунке 9. Перекладина мемристора используется для реализации синаптических весов при низкой стоимости площади. Для каждого выхода резервуара предусмотрено два мемристора, представленных как идеальные источники тока. Один мемристор (верхний ряд) запрещает выход, а другой (нижний ряд) возбуждает выход. Это позволяет каждому синаптическому весу достигать состояния как положительного, так и отрицательного веса. Если мы положим R 1 = R 2 = R , то выходное напряжение v i будет равно

vi = ∑j = 0Nixjwij, (25)

, где w ij равно

wij = Gm + j − Gm − jGm + j + Gm − jR.(26)

Рисунок 9. Схема считывания для одиночного выхода ESN . Перекладина мемристора обеспечивает обучаемый вес нейрону с линейным выходом.

Здесь G m + j относится к мемристору нижней строки для конкретного входного столбца j . Аналогично, G m j относится к мемристору верхнего ряда для конкретного входного столбца j . Состояния мемристора можно отрегулировать, подключив каждый ряд поперечин к земле, а каждый столбец поперечин — к напряжению записи v wj .Импульсы применяются к столбцам с использованием алгоритма стохастических наименьших средних квадратов (SLMS; Merkel and Kudithipudi, 2014) для обучения выходного слоя. Площадь выходного слоя может быть приблизительно равна

. Aoutput≈NMAmatch + 9Amatch. (27)

В уравнении (27) M — количество выходов ESN. Здесь мы предположили, что операционный усилитель с семью транзисторами (дифференциальный каскад, за которым следует каскад усиления с общим истоком). Сопротивления в схеме операционного усилителя могут быть реализованы с использованием мемриторов, чтобы уменьшить стоимость площади на кристалле.Кроме того, мы предполагаем, что мощность резервуара и операционный усилитель будут доминировать на всей площади. Наконец, энергопотребление выходного слоя составляет

. Poutput≈ηNMImaxVDD + 2MIbiasVDD. (28)

Первое слагаемое получается из выходов коллектора, вводимых в веса выходного слоя. Второй член относится к операционному усилителю, где I смещение = 0,1 мкА, которое используется для смещения обоих каскадов. Площадь и мощность схем, обсуждаемых в этом разделе, сравниваются с цифровой реализацией (FPGA) в разделе 7.

6. Тесты биосигнала

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) и электромиограмма (ЭМГ) — это два биоэлектрических сигнала, используемых в этом исследовании. Данные для обоих этих сигналов собираются с помощью датчиков и дифференциальных усилителей. Тематические исследования, которые мы исследовали для этих двух сигналов, — это обнаружение эпилептического припадка (ЭЭГ) и контроль протезирования пальцев с помощью ЭМГ. Однако предлагаемые модели являются общими и могут быть применены к другим расстройствам и терапевтическим диагностическим исследованиям. Эпилепсия — четвертое по распространенности неврологическое расстройство, при котором у каждого 26-го человека когда-нибудь в жизни разовьется это расстройство (Sirven, 2015).Для лечения припадков существует несколько терапевтических вмешательств. Тем не менее, обнаружение начала приступа путем автоматического мониторинга данных ЭЭГ поможет врачам / службам экстренной помощи подобрать соответствующую дозировку лекарства в зависимости от остаточной эпилептической активности. Обычная картина в случае судорог состоит в том, что электрические сигналы мозга повторяются (Sirven, 2015). Набор данных ЭЭГ, который мы использовали в этом исследовании, был представлен в (Andrzejak et al., 2001). Он состоит из 500 одноканальных сегментов ЭЭГ по 23.6 с записано с частотой дискретизации 173,61 Гц. Набор данных был разделен на пять наборов (обозначенных A – E), каждый набор содержит 100 сегментов ЭЭГ. В этом исследовании использовался набор A, содержащий записи поверхностной ЭЭГ пяти здоровых добровольцев, и набор E, содержащий сегменты судорожной активности, взятые у пяти пациентов. Набор данных находится в открытом доступе по адресу (Andrzejak et al., 2001).

Электромиография (ЭМГ) — это медицинская процедура для измерения и записи потенциала действия скелетных мышц, которые стимулируются неврологически или электрически (Keenan et al., 2006). ЭМГ содержит информацию о физическом состоянии нервно-мышечной системы, например о наборе единиц, срабатывании и намерении движения (Keenan et al., 2006). Эта работа классифицирует сигналы ЭМГ на основе движения пальцев руки. Идея состоит в том, чтобы использовать полученную информацию в качестве входных сигналов для управления протезом пальца. Набор данных ЭМГ, используемый в этом проекте, представлен в работе Khushaba and Kodagoda (2012). Он содержит сигналы поверхностной ЭМГ, записанные от шести мужчин и двух женщин в возрасте от 20 до 35 лет.Это здоровые добровольцы без неврологических и мышечных нарушений. Сигналы ЭМГ регистрировались, когда испытуемые двигали конечностями и пальцами в соответствии с заранее определенной процедурой. Для сбора данных использовались восемь поверхностных электродов ЭМГ. Электроды располагались по окружности предплечья. Сигналы были усилены до общего коэффициента усиления 1000. Они дискретизируются с помощью 12-битного АЦП с частотой дискретизации 4 кГц . Сигналы фильтруются в полосе частот от 20 до 450 Гц.Набор данных разделен на 15 классов на основе движений пальцев. Он содержит три сегмента ЭМГ по каждому предмету в классе. В этом проекте используются пять классов, представляющих отдельные движения пальцев.

7. Результаты и анализ

7.1. Обнаружение эпилептических припадков

Двести сегментов ЭЭГ (160 для обучения и 40 для тестирования) используются для выявления эпилептических припадков. Нормализованные абсолютные значения этих сегментов передаются в ESN. Выходной сигнал ESN сравнивается с пороговым значением для вычисления окончательного двоичного выхода.

Две топологии ESN используются для обнаружения эпилептических припадков: кольцевая топология и гибридная топология. Для каждой топологии было проведено несколько симуляций, чтобы найти лучший размер коллектора и альфа-значение, обеспечивающие наивысшую точность классификации. Точность рассчитывается как отношение времени правильности вывода к общему времени моделирования. На рисунке 10 показана зависимость точности тестирования от размера коллектора и альфа-канала для кольцевой и случайной топологий. В обеих топологиях точность увеличивается с увеличением размера коллектора.Однако точность стабилизируется в пределах диапазона, когда размер резервуара превышает 100 нейронов. Результаты также показали, что изменение значения альфа не так сильно влияет на точность. В общем, альфа-значение 0,5 работает для двух топологий. Максимально достигаемая точность составляет ≈86 и ≈90% для кольцевой и гибридной топологии соответственно. Дополнительные синаптические связи внутри пластового слоя гибридной топологии помогают повысить точность. Эти связи увеличивают обмен сигналами между резервуарными нейронами и предоставляют больше информации об общей ситуации резервуара каждому нейрону, что увеличивает реакцию резервуара на изменения входного сигнала.

Рис. 10. Точность обнаружения эпилептических припадков в зависимости от размера резервуара и альфа-канала для (A) кольцевой топологии с максимальной точностью 86% и (B) гибридной топологии с максимальной точностью 90% .

Три устройства FPGA были использованы для тестирования RTL-проекта архитектуры ESN. RTL-реализация ESN имеет 30 нейронов с форматом фиксированной точки Q (10.22). Аппаратная модель достигла точности 67,4% при усреднении 10 прогонов на 30 нейронах в резервуаре.Эта точность сопоставима с точностью, достигнутой в поведенческой модели того же размера. В таблице 2 показаны тактовая частота и использование ресурсов трех различных протестированных устройств FPGA.

Таблица 2. Использование ресурсов ПЛИС для реализации 30 нейронных резервуаров на трех различных ПЛИС .

7.2. Ортопедический Finger Control

В работе используются пять классов индивидуальных движений пальцев. Каждый класс содержит 24 сегмента ЭМГ длительностью 20 с.Сегменты делятся на более мелкие части длиной 4 с. Это увеличит общее количество сегментов до 120 на класс. Сто сегментов используются для обучения, а остальные 20 сегментов используются для тестирования. Для классификации движения пальца используется гибридная топология ESN. Используются восемь входных нейронов (по одному нейрону на каждый канал ЭМГ), в то время как пять нейронов используются для вывода (по одному нейрону на класс). Выходные сигналы этих нейронов обрабатываются с использованием метода «победитель получает все» для расчета окончательного двоичного выхода.Производительность гибридной топологии была проанализирована, чтобы найти лучшие параметрические значения. Было проведено несколько симуляций для различных размеров коллектора и значений альфа. Точность рассчитывается как отношение количества трасс, по которым правильная классификация, к общему количеству трасс. На рисунке 11 показана зависимость точности теста от размера резервуара и альфа-канала. На этом рисунке показана средняя точность 10 испытаний для каждой комбинации размера и альфа. Точность увеличивается с увеличением размера резервуара для нейронов размером менее 300.Однако точность стабилизируется в диапазоне для резервуаров большего размера. Достигнутая максимальная точность обучения и тестирования составляет 87 и 84% соответственно. На рисунке 12 показаны матрицы неточностей классификации точности обучения и тестирования.

Рис. 11. Влияние количества нейронов в резервуаре и альфа-канала на точность тестирования распознавания движения пальца с использованием гибридной топологии .

Рисунок 12. Матрица неточностей классификации пальцев по сигналам поверхностной ЭМГ с использованием гибридного резервуара из 300 нейронов для (A) тренировки с точностью 87% и (B) тестирования с точностью 84% .

7.3. Метрики для оценки ESN

Производительность резервуара зависит от случайно сгенерированных весов резервуара и некоторых других параметров, таких как альфа и размер резервуара. Поиск наилучших значений для этих параметров был открытым вопросом. Общая производительность коллектора использовалась для изучения влияния этих параметров. Это требует полного обучения резервуара для конкретного приложения, что занимает много времени и требует дополнительных ресурсов обработки.Более того, лучшие значения параметров могут варьироваться в зависимости от целевого приложения. Для тестирования коллектора требуются более общие метрики, не зависящие от целевого выхода. Эти метрики резервуара являются показателями качества резервуара. В литературе было предложено несколько показателей (Гиббонс, 2010; Нортон и Вентура, 2010). Chrol-Cannon et al. (Chrol-Cannon and Jin, 2014) сравнили способность четырех показателей коллектора для измерения производительности нескольких топологий коллектора.Метрики коллектора, используемые в их исследовании, включают: разделение классов, качество ядра, показатель Ляпунова и спектральный радиус. Результаты показывают, что качество ядра и показатель Ляпунова сильно коррелируют с производительностью коллектора. Эти две метрики используются в данной работе для размеров резервуаров от 10 до 100 нейронов, более 100 испытаний.

7.4. Качество ядра

Качество ядра — это мера линейной отделимости коллектора. Впервые он представлен Легенштейном и Маассом (2007) и пересмотрен Бусингом Бюзингом и др.(2010) и Chrol-Cannon et al. (Chrol-Cannon and Jin, 2014) как практический показатель резервуара. Реакция коллектора на весь набор входных векторов используется для расчета этой метрики. Все состояния коллектора объединены в матрицу M, где каждый столбец в M представляет реакцию коллектора на один входной вектор. Качество ядра рассчитывается исходя из ранга этой матрицы. Он представляет собой свободу сети представлять каждый входной стимул по-разному. Целевое значение ядра равно размеру резервуара, что означает, что каждый резервуарный нейрон генерирует свой уникальный ответ, который не может быть восстановлен с помощью линейных комбинаций ответов других нейронов.Резервуары с оптимальной отделимостью будут иметь высокое качество ядра.

На рисунке 13 показаны результаты качества ядра для гибридной топологии пласта, обрабатывающей сигналы ЭЭГ и ЭМГ. Медиана значений качества ядра близка к целевому значению для различных размеров резервуаров как для сигналов ЭЭГ, так и для сигналов ЭМГ. Результаты показывают, что есть различия в значениях качества ядра, особенно для резервуаров размером более 50 нейронов. Это изменение является результатом случайно сгенерированного веса для входа и синапса резервуара, где низкое значение качества ядра может быть результатом неподходящего набора случайных весов.В целом значение качества ядра для данных ЭМГ кажется более стабильным по сравнению с данными ЭЭГ. Природа входных сигналов может привести к этой небольшой разнице между ЭЭГ и ЭМГ.

Рис. 13. Результаты ядра в зависимости от различных размеров резервуара для тестирования резервуара с гибридной топологией (A) ЭЭГ и (B) ЭМГ сигналы . Прямоугольники представляют 25-й и 75-й процентили измерений. Вискеры представляют значения из 25–75-го процентиля. Так как диапазон процентилей центрирован в (B) , размеры прямоугольников в (B) очень малы (просто линия, представляющая среднее значение диапазона).

7,5. Показатель Ляпунова

Показатель Ляпунова является мерой хаоса в динамической реакции коллектора. Эта метрика была сформулирована Гиббонсом (2010). Уравнение (29) используется для вычисления значения показателя Ляпунова. Положительные значения этого показателя представляют хаотическую динамическую область, а отрицательные значения представляют стабильную область. Поскольку оптимальная производительность коллектора находится на грани хаоса (Natschläger, 2005), желателен показатель Ляпунова, равный нулю.(t) ‖) (29)

, где N — общее количество тестовых примеров, используемых для вычисления, k — неопределенный масштабный коэффициент, который зависит от типа и количества входных векторов, используемых в вычислении. В этом исследовании k выбран равным 1. u j ( t ) является входом в резервуар на временном шаге t . u ĵ ( t ) ближайший сосед к u j ( t ). x j ( t ) и x ĵ ( t ) — реакция резервуара на u j ( 904 902 ) и ĵ ( т ) соответственно. На рисунке 14 показаны результаты экспоненты Ляпунова для гибридной топологии пласта, обрабатывающей сигналы ЭЭГ и ЭМГ. Результаты показали, что значения этого показателя выше нуля для сигналов ЭЭГ, в то время как они показали, что они близки к нулю для сигналов ЭМГ.Это означает, что гибридная топология имеет более хаотический ответ на сигналы ЭЭГ по сравнению с ответом на сигналы ЭМГ. Он также показал, что размер резервуара, обрабатывающего сигналы ЭЭГ, мало влияет на значение показателя Ляпунова по сравнению с резервуаром, обрабатывающим сигналы ЭМГ. Как и в случае с качеством ядра, есть вариации в значениях показателя Ляпунова, и это также связано со случайными весами входных и резервуарных синапсов.

Рисунок 14.Результаты показателя Ляпунова в зависимости от различных размеров резервуара для тестирования резервуара с гибридной топологией (A) ЭЭГ и (B) ЭМГ сигналов . Прямоугольники представляют 25-й и 75-й процентили измерений. Усы представляют значения за пределами 25–75-го процентиля.

7.6. Мощность

Рассеиваемая мощность четырех различных топологий коллектора количественно рассчитана с использованием уравнений (14), (23) и (28). Максимальный ток I max , VDD и коэффициент активности η, используемые в расчетах, равны 1 нА, 0.55 В и 0,5 соответственно. На рисунке 15 показано рассеивание мощности для этих топологий пласта, одностороннего кольца, двухстороннего кольца, гибридного и случайного со степенью связности 50% по пластам разного размера на графике в логарифмическом масштабе. Рассеиваемая мощность в односторонней кольцевой, двухсторонней кольцевой и гибридной топологиях составляет несколько микроватт. Результаты показали, что односторонняя кольцевая топология имеет более низкое энергопотребление по сравнению с двусторонней кольцевой и гибридной топологиями. Это связано с небольшим количеством синапсов, которые имеет односторонняя кольцевая топология, где каждый нейрон резервуарного слоя имеет только один синапс.Результаты также показали, что зависимость между рассеиваемой мощностью этих трех топологий и размером коллектора является линейной. Это означает, что отсутствуют накладные расходы на рассеяние мощности для увеличения размера резервуара. Случайная топология имеет более высокое рассеяние мощности (в несколько милливатт), потому что она имеет большое количество синапсов по сравнению с другими топологиями. Он также показал, что рассеиваемая мощность случайной топологии экспоненциально связана с размером резервуара. По этой причине случайная топология нежелательна для аппаратной реализации.

Рисунок 15. Энергопотребление в зависимости от размера резервуара для четырех топологий ESN: одностороннее кольцо, двустороннее кольцо, гибридное и случайное в логарифмическом масштабе график . Односторонняя кольцевая топология имеет более низкое энергопотребление по сравнению с другими топологиями, в то время как случайная топология имеет более высокое энергопотребление по сравнению с другими топологиями.

В таблице 3 сравнивается энергопотребление как цифровых, так и смешанных сигнальных реализаций гибридного резервуара из 30 нейронов. Производительность цифровой реализации ограничена ресурсами и логическими блоками, доступными на ПЛИС, при этом платформа Spartan-6LP-LX150T потребляет наименьшее энергопотребление.Как и ожидалось, использование заказных подпороговых схем в схеме ESN со смешанными сигналами привело к наибольшему сокращению рассеиваемой мощности. Показанная здесь экономия энергии находится в допустимых пределах для встраиваемых платформ с ограниченным энергопотреблением.

Таблица 3. Энергопотребление цифровых и смешанных сигнальных реализаций 30 нейронов гибридного резервуара .

8. Выводы

Это исследование подтверждает, что масштабируемая нейромемристическая архитектура ESN для приложений с ограниченным энергопотреблением возможна.Показано, что двойная скрученная тороидальная архитектура ESN с многоканальными связями обеспечивает точность классификации 90 и 84% для обнаружения эпилептических припадков и контроля протезов пальцев соответственно. Качество резервуара в ESN анализируется с использованием показателей качества ядра и показателя степени Ляпунова. Аппаратная реализация архитектуры ESN была изучена в двух частях: цифровой реализации и смешанном режиме. Использование рассогласования в пороговых напряжениях транзисторов для разработки подпороговых биполярных синапсов дало хорошее случайное распределение весов на входе ESN и уровне резервуара.Кроме того, профиль мощности схемы со смешанными сигналами является низким для всех топологий из-за подпороговых примитивных схем NMS. В целом предлагаемая архитектура является универсальной и может быть проверена для других приложений обработки биосигналов. В будущем возникнет необходимость в разработке показателей, отвечающих множеству целевых критериев для аппаратных архитектур RC.

Авторские взносы

Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее к публикации.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа частично поддержана грантом AFRL.

Сноски

Список литературы

Анджеяк, Р. Г., Ленертц, К., Морманн, Ф., Рике, К., Дэвид, П., и Элгер, К. Э. (2001).Признаки нелинейных детерминированных и конечномерных структур во временных рядах электрической активности мозга: зависимость от области записи и состояния мозга. Phys. Ред. E 64: 061907. DOI: 10.1103 / PhysRevE.64.061907

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Büsing, L., Schrauwen, B., and Legenstein, R. (2010). Связь, динамика и память в резервуарных вычислениях с бинарными и аналоговыми нейронами. Neural Comput. 22, 1272–1311.DOI: 10.1162 / neco.2009.01-09-947

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бузаки, Г. (2006). Ритмы мозга . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Oxford University Press, Inc. doi: 10.1093 / acprof: oso / 9780195301069.001.0001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чрол-Кэннон, Дж. И Джин, Ю. (2014). О корреляции между показателями коллектора и производительностью для классификации временных рядов под влиянием синаптической пластичности. PLoS ONE 9: e101792. DOI: 10.1371 / journal.pone.0101792

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chua, L. (1971). Мемристор-недостающий элемент схемы. IEEE Trans. Circ. Теор. 18, 507–519. DOI: 10.1109 / TCT.1971.1083337

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гиббонс, Т. Э. (2010). «Унификация показателей качества для сетей резервуаров», Международная совместная конференция по нейронным сетям 2010 г. (IJCNN) (Барселона), 1–7.DOI: 10.1109 / IJCNN.2010.5596307

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хопфилд, Дж. Дж. (1982). Нейронные сети и физические системы с новыми коллективными вычислительными возможностями. Proc. Natl. Акад. Sci. США 79, 2554–2558. DOI: 10.1073 / pnas.79.8.2554

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ишу, К., ван дер Зант, Т., Беканович, В., и Плогер, П. (2004). «Идентификация движения с помощью сети состояний эха», в OCEANS’04.МТТС / IEEE TECHNO-OCEAN’04, Vol. 3 (Кобе), 1205–1210. DOI: 10.1109 / OCEANS.2004.1405751

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джегер, Х. (2001). Подход к анализу и обучению рекуррентных нейронных сетей на основе состояния эха — с примечанием об ошибке . Технический отчет GMD 148, 34, Немецкий национальный исследовательский центр информационных технологий, Бонн, Германия.

Джегер, Х. (2002). «Адаптивная нелинейная идентификация систем с сетями эхо-состояний», в Advances in Neural Information Processing Systems (Кембридж, Массачусетс), 593–600.

Google Scholar

Карлик Б., Ольгац А. В. (2010). Анализ производительности различных функций активации в обобщенных MLP-архитектурах нейронных сетей. Внутр. J. Artif. Intell. Эксперт Syst. 1, 111–122.

Google Scholar

Кинан, К., Фарина, Д., Мерлетти, Р., и Энока, Р. (2006). Влияние свойств двигательной единицы на величину моделируемого вызванного поверхностного ЭМГ-потенциала. Exp. Brain Res. 169, 37–49. DOI: 10.1007 / s00221-005-0126-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хушаба Р. Н., Кодагода С. (2012). «Уменьшение характеристик электромиограммы (ЭМГ) с использованием анализа взаимных компонентов для управления многофункциональными протезами пальцев», в 12-я Международная конференция по автоматизации управления, робототехнике и зрению (ICARCV), (Шэньчжэнь), 1534–1539. DOI: 10.1109 / ICARCV.2012.6485374

CrossRef Полный текст

Легенштейн Р. и Маасс В.(2007). На грани хаоса и прогнозирование вычислительной мощности для моделей нейронных цепей. Neural Netw. 20, 323–334. DOI: 10.1016 / j.neunet.2007.04.017

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

LukošEvičIus, M., and Jaeger, H. (2009). Подходы резервуарных вычислений к повторному обучению нейронной сети. Comput. Sci. Ред. 3, 127–149. DOI: 10.1016 / j.cosrev.2009.03.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Maass, W., Натшлегер Т. и Маркрам Х. (2002). Вычисления в реальном времени без стабильных состояний: новая структура для нейронных вычислений на основе возмущений. Neural Comput. 14, 2531–2560. DOI: 10.1162 / 089976602760407955

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартенс Дж. (2010). «Глубокое обучение через оптимизацию без использования гессиана», Труды 27-й Международной конференции по машинному обучению (ICML-10), (Хайфа), 735–742.

Google Scholar

Мид, К.(1989). Аналоговые СБИС и нейронные системы . Бостон, Массачусетс: Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc.

Меркель, К., Кудитипуди, Д. (2014). «Алгоритм стохастического обучения для нейромемристических систем», 27-я IEEE International, System-on-Chip Conference (SOCC) (Лас-Вегас, Невада), 359–364.

Меркель К., Салех К., Донахью К. и Кудитипуди Д. (2014). Архитектура мемристивных резервуарных вычислений для обнаружения эпилептических припадков. Proc.Comput. Sci. 41, 249–254. DOI: 10.1016 / j.procs.2014.11.110

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мотт, Н. и Герни, Р. У. (1940). Электронные процессы в ионных кристаллах. Лондон: Издательство Оксфордского университета.

Natschläger, T., Bertschinger, N., and Legenstein, R. (2005). «На грани хаоса: вычисления в реальном времени и самоорганизованная критичность в рекуррентных нейронных сетях», в Advances in Neural Information Processing Systems, Vol.17 , ред. Л. К. Саул, Ю. Вайс и Л. Ботто (Кембридж, Массачусетс: MIT Press), 145–152.

Нортон Д. и Вентура Д. (2010). Улучшение машин с жидким состоянием за счет итеративного уточнения резервуара. Neurocomputing 73, 2893–2904. DOI: 10.1016 / j.neucom.2010.08.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Облеа, А.С., Тимилсина, А., Мур, Д., Кэмпбелл, К.А., и Член, С. (2010). Мемристорные устройства на основе халькогенидов серебра. IEEE Proc. 3, 4–6. DOI: 10.1109 / ijcnn.2010.5596775

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pelgrom, M.J.M., Duinmaijer, A.C.J., и Welbers, A.P.G. (1989). Согласующие свойства МОП-транзисторов. IEEE J. Твердотельные схемы 24, 1433–1439. DOI: 10.1109 / JSSC.1989.572629

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Schrauwen, B., D’Haene, M., Verstraeten, D., and Van Campenhout, J. (2007). «Компактное оборудование для распознавания речи в реальном времени с использованием машины с жидкими состояниями», в публикации International Joint Conference on Neural Networks, 2007.IJCNN 2007 (Орландо, Флорида), 1097–1102.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Шюрманн, Ф., Мейер, К. и Шеммель, Дж. (2004). «Вычисление на грани хаоса в смешанном режиме vlsi-a hard liquid», в Advances in Neural Information Processing Systems (Кембридж, Массачусетс), 1201–1208.

Google Scholar

Симмонс, Дж. Г. (1963). Обобщенная формула электрического туннельного эффекта между одноименными электродами, разделенными тонкой изолирующей пленкой. Дж.Прил. Phys. 34, 1793. DOI: 10.1063 / 1.1702682

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Симмонс, Дж. Г., и Вердербер, Р. Р. (1967). Новые явления проводимости и обратимой памяти в тонких диэлектрических пленках. Proc. R. Soc. Математика. Phys. Англ. Sci. 301, 77–102. DOI: 10.1098 / rspa.1967.0191

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сковронски, М. Д., и Харрис, Дж. (2007). Устойчивое к помехам автоматическое распознавание речи с использованием сети с прогнозированием состояния эха. IEEE Trans. Audio Speech Lang. Proc. 15, 1724–1730. DOI: 10.1109 / TASL.2007.896669

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Суцкевер И., Мартенс Дж. И Хинтон Г. Э. (2011). «Генерация текста с помощью рекуррентных нейронных сетей», Труды 28-й Международной конференции по машинному обучению (ICML-11), (Бельвью, Вашингтон), 1017–1024.

Google Scholar

Тонг М. Х., Бикетт А. Д., Кристиансен Э. М. и Коттрелл Г.W. (2007). Изучение грамматической структуры с помощью сетей эхо-состояний. Neural Netw. 20, 424–432. DOI: 10.1016 / j.neunet.2007.04.013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Verstraeten, D., Schrauwen, B., and Stroobandt, D. (2005). «Резервуарные вычисления со стохастическими нейронами битового потока», в Proceedings of the 16th Annual Prorisc Workshop (Veldhoven), 454–459.

Google Scholar

Фон Гельмгольц, Х. (1867). Handbuch der Physiologischen Optik, Vol.9 . Лейпциг: Voss.

Google Scholar

Вербос, П. Дж. (1990). Обратное распространение во времени: что оно делает и как это делать. IEEE Proc. 78, 1550–1560. DOI: 10.1109 / 5.58337

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Якопчич, К., Таха, Т., Субраманьям, Г., и Пино, Р. (2013). «Мемристорная SPICE-модель и симуляция перекладины на основе устройств с наносекундным временем переключения», в International Joint Conference on Neural Networks (Dallas, TX), 464–470.DOI: 10.1109 / ijcnn.2013.6706773

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Яо, Э., Хуссейн, С., Басу, А., и Хуанг, Г.-Б. (2013). «Вычисления с использованием рассогласования: нейроморфные машины с экстремальным обучением», в 2013 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS) (IEEE), Vol. 1 (Роттердам), 294–297. DOI: 10.1109 / BioCAS.2013.6679697

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Расчет проектного срока службы резервуара, срока службы резервуара, Виктор Мигель Понсе, Государственный университет Сан-Диего

online_reservoir_life: Расчет проектного срока службы резервуара



ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Выбрать:

Единицы СИ (метрические) U.S. Обычные единицы

Выберите СИ или обычные единицы США:

Объем резервуара V (hm 3 ) [ac-ft]:
Зона водосбора A (км 2 ) [mi 2 ]:
Среднегодовой сток Q (мм) [дюймы]:
Выход осадка S (млн тонн / км 2 ) [тонны / мили 2 ]:

[Оставьте поле пустым, если вы хотите, чтобы программа вычисляла S].
Удельный вес отложений W (Н / м 3 ) [фунт / фут 3 ]:

Размер осадка:

мелкозернистый среднезернистый крупнозернистый
Число дискретных интервалов n:

[Оставьте поле пустым, если вы хотите, чтобы программа устанавливала значение по умолчанию n = 10]

ВЫХОД:

47
i Объем резервуара

(hm 3 )
Накопленный осадок

отложения
(hm 3 9045
отношение
/ hm 3 9045
Среднее отношение
C / I
Эффективность ловушки

(%)
Время заполнения

(год)
Накопительное
время
0 0 0 0 0 0 0

Ваш запрос был обработан 22 октября 2021 в 15:14:09 [ 211022 15:14:09].

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *