Регулирование стока

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕГУЛИРОВАНИЕ СТОКА

Методические указания к семинарским занятиям, курсовой работе, СРС и СРСП для студентов специальности 050805, 5В080500

Р.Т. Нурекенова

Усть-Каменогорск

2011

УДК 621.22

Нурекенова Р.Т. . Методические указания к семинарским занятиям, курсовому проекту, СРС и СРСП для студентов специальности 050805, 5В080500 / ВКГТУ.-Усть-Каменогорск,2011.- 48 с.

Методические указания к семинарским занятиям, курсовому проекту, СРС и СРСП для студентов специальности 050805, 5В080500 содержат задания для расчетов, пояснения к выполнению заданий, приложения и рисунки, краткий теоретический обзор водохозяйственных расчетов по курсу дисциплины «Регулирование стока» направляя студентов на систематизацию самостоятельной работы, которая будет способствовать глубокому усвоению дисциплины.

Одобрено учебно-методическим советом архитектурно - строительного факультета

Протокол № от 2011

Издательство ВКГТУ

им. Д. Серикбаева, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Общая часть. Задание на проектирование

2. Гидрологические расчеты

2.1. Построение эмпирической кривой обеспеченности

2.2 Построение аналитической (теоретической) кривой обеспеченности

3. Батиграфические характеристики водохранилищ

4. Определение мертвого объема водохранилища

4.1 Теоретические сведения определения мертвого объема

4.2 Определение мертвого объема по различным показателям

5. Расчет потребителей и график потребления в расчетный год для водохранилищ сезонного регулирования

6. Таблично-цифровые балансовые расчеты водохранилищ сезонного регулирования

6.1 Теоретические сведения таблично-цифровых балансовых расчетов

6.2 Определение полезной емкости водохранилища

6.3 Порядок составления режима работы водохранилища

таблично-цифровым методом

6.4 Определение потерь воды из водохранилища

7. Расчет водохранилища сезонного регулирования при помощи интегральных графиков

7.1 Теоретические сведения расчета водохранилища сезонного регулирования

7.2 Построение интегральных графиков

8. Расчет водохранилища многолетнего регулирования

8.1 Теоретические сведения расчета водохранилищ многолетнего регулирования.

8.2 Определение емкостей водохранилища

8.3 Определение нормального подпорного уровня

9. Список литературы

9.1 Основная литература

9.2 Дополнительная литература

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

водохранилище сезонное регулирование

Методические указания составлены в соответствии с учебным планом специальности 050805,5В080500 «Водные ресурсы и водопользование» и предназначены для студентов всех форм обучения.

Выполнение расчетов расширяет технический кругозор студентов, приучает их творчески мыслить, самостоятельно решать организационные, технические вопросы, пользоваться учебной, технической и научной литературой, совершенствовать расчетную и графическую подготовку. В ходе выполнения курсовой работы студент должен широко использовать современную нормативную литературу и справочные материалы.

Расчеты производятся в соответствии с персональным для каждого студента заданием. Текстовая часть курсовой работы оформляется в виде пояснительной записки на листах формата А 4 и должна содержать:

-общую часть,

-расчетную часть,

-заключительные выводы о проделанной работе,

-приложения (если есть),

-список использованной литературы.

Расчеты должны быть подтверждены графиками, схемами и выводами. Аккуратное, научно-грамотное и технически-правильное оформление расчетов учитывается при защите работы и проставлении баллов рейтингов № 1 и 2 для студентов очной формы обучения.

Для выполнения курсовой работы студентами необходимо:

-установить согласно таблиц исходные данные для выполнения работы (номера вариантов принимаются по последней цифре шифра).

-ознакомиться с последовательностью расчета;

-решить поставленные задачи согласно рекомендаций, приведенных в методических указаниях;

- сформулировать выводы;

-выполнить графическую часть курсовой работы: построить графики обеспеченности, графики батиграфических характеристик, интегральные кривые и т.д.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Наиболее полному и рациональному использованию речного стока препятствуют значительные годовые и многолетние колебания водности рек. Базировать обеспечение водой различных отраслей народного хозяйства на естественном резко изменчивом стоке можно лишь в очень ограниченных пределах. Естественный режим речного стока не совпадает по времени с требованиями, предъявляемыми различными отраслями народного хозяйства. Каждая отрасль хозяйства имеет свои специфические особенности (технологию, цикличность) и лимитирующие периоды.

Регулирование стока рек является основным техническим приемом, позволяющим не только использовать водные ресурсы или приспособить их к планируемой отдаче, но и бороться с наводнениями.

Регулирование речного стока - это искусственное перераспределение естественного, как правило, неравномерного по времени стока в соответствии с требованиями водопользования.

Регулирование стока осуществляется с помощью специальных искусственных водоемов (водохранилищ).

Водохранилище -это искусственный водоем, созданный для временного задержания стока воды с целью ее последующего использования

Для определения поведения водного объекта необходимо провести гидрологические исследования, одним из результатов которых является изучение внутригодового стока рек. К проектированию необходимо принять значения внутригодового стока по таблице 1. Номер варианта принимается по последней цифре зачетки для студентов заочной формы обучения и по списку в журнале для студентов очной формы обучения.

Значения среднегодовых расходов, вычисленных по данным многолетних наблюдений выписывается из таблицы 2.

Данные для построения батиграфических характеристик принимаются из таблицы 3.

Таблица 1- Данные по внутригодовому распределению стока в бассейнах некоторых рек (в виде модульных коэффициентов)

Номер варианта	Месяцы года
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	0,08	0,03	0,12	3,38	1,55	0,57	0,56	0,44	0,67	1,01	0,96	0,21
2	0,17	0,14	0,13	0,18	3,91	1,9	0,87	0,55	0,84	1,02	1,11	0,65
3	0,05	0,02	0,6	4,25	2,86	0,96	0,02	0,01	0,01	1,16	1,15	1,3
4	0,49	1,14	1,48	0,96	1,08	0,13	1,02	1,06	0,82	0,83	1,12	0,86
5	1,55	2,44	1,75	1,44	0,66	0,29	0,41	0,08	0,04	0,41	1,35	1,65
6	0,15	0,27	0,86	2,68	1,1	0,39	0,32	0,54	0,29	0,31	0,47	0,47
7	0,17	0,14	0,13	1,55	0,57	0,56	0,44	0,08	0,04	0,41	0,35	0,21
8	0,05	0,02	0,6	3,91	1,9	0,87	0,55	0,54	0,29	0,31	0,47	0,65
9	0,17	0,21	0,52	4,48	1,22	0,48	0,52	0,55	0,84	1,02	1,11	0,65
10	0,08	0,09	0,31	3,65	1,36	0,37	0,29	0,01	0,01	1,16	1,15	1,3
11	0,42	0,37	2,11	4,32	2,03	0,15	0,16	1,06	0,82	0,83	1,12	0,86
12	0,48	0,52	1,81	3,5	2,4	0,16	0,16	0,08	0,04	0,41	1,35	1,65
13	0,37	0,29	0,95	6,35	1,1	0,11	0,17	0,54	0,29	0,31	0,47	0,47
14	0,15	0,16	0,56	3,78	0,78	0,18	0,16	0,08	0,04	0,41	0,35	0,21
15	0,16	0,16	0,19	2,19	2,11	0,13	0,12	0,14	0,19	0,11	0,47	0,65
16	0,11	0,17	0,48	4,11	0,67	0,17	0,21	0,12	0,17	0,48	0,66	0,29
17	0,18	0,16	0,45	4,47	0,89	0,1	0,11	0,13	0,18	0,15	1,1	0,39
18	0,13	0,12	0,24	2,66	0,87	0,66	0,56	0,13	0,12	0,14	0,57	0,56
19	0,17	0,21	0,42	5,52	0,99	0,66	0,19	0,17	0,21	0,46	0,66	0,87
20	0,1	0,11	0,61	4,22	1,02	0,57	0,48	0,19	0,18	0,61	1,08	0,13

Таблица 2- Данные расходов по многолетним наблюдениям

Года	Средние годовые расходы м3/с по вариантам
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1986	65,0	35,0	29,4	39,2	42,7	34,0	37,3	41,3	49,0	52,0
1987	93,0	50,0	42,0	56,0	61,0	49,0	53,0	59,0	70,0	72,8
1988	102,3	55,0	58,8	61,0	67,1	54,0	56,0	64,5	77,0	78,4
1989	55,8	30,0	25,3	45,0	36,7	29,0	42,0	32,3	42,2	45,6
1990	74,5	40,0	29,0	39,1	49,0	39,0	40,0	48,2	56,4	58,2
1991	65,0	35,0	58,8	39,0	43,6	34,0	37,2	42,4	49,2	51,4
1992	130,2	70,0	63,0	78,4	85,4	68,0	74,3	80,5	98,0	99,2
1993	139,5	75,0	71,4	84,0	92,0	73,0	81,6	90,3	105,0	107,6
1994	158,0	85,0	88,2	95,2	103,7	84,0	90,0	98,4	119,0	121,2
1995	195,3	105,0	92,45	117,5	128,0	101,0	106,3	111,0	147,0	151,4
1996	204,5	110,0	105,0	123,0	134,2	109,0	110,4	120,8	155,0	156,2
1997	232,5	125,0	54,5	140,0	152,5	123,0	130,5	142,6	175,0	178,0
1998	121,0	65,0	50,0	73,0	79,3	62,0	68,2	72,4	91,0	92,3
1999	112,0	60,0	48,3	67,3	73,2	59,0	63,5	71,2	84,0	87,6
2000	120,3	55,0	29,3	61,6	67,0	54,0	58,4	65,3	77,0	77,7
2001	65,0	35,0	58,8	39,0	43,6	34,0	37,2	42,4	49,2	51,4
2002	60,0	30,0	20,0	34,0	36,0	29,0	32,0	28,6	42,3	45,5
2003	47,0	25,0	42,0	29,0	32,0	24,0	27,0	31,4	38,1	41,2
2004	92,3	50,0	50,0	56,0	61,5	50,0	53,0	60,5	71,0	74,5
2005	121,3	65,0	54,6	72,8	79,0	62,0	68,1	78,2	91,0	96,3
2006	130,0	70,0	63,2	78,0	85,4	72,0	74,0	80,7	98,0	98,5
2007	140,0	75,0	94,0	85,0	92,0	73,0	81,0	90,2	105,2	108,1
2008	223,0	100,2	100,2	134,5	146,2	98,6	117,2	138,4	168,0	177,4
2009	233,0	125,4	105,5	140,7	152,2	120,3	133,6	146,8	175,0	178,8
2010	279,0	150,3	130,4	165,7	175,4	142,0	152,8	167,0	210,3	220,6

Таблица 3-Площадь водного зеркала водохранилища при разных отметках уровня воды

№ варианта по последней цифре шифра	Отметка уровня воды Н, м
	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0	30,0	35,0	40,0	45,0
	Площадь водного зеркала Щ, км2
1	60	255	650	1000	1250	2050	3250	4000	6000
2	55	250	450	625	800	1155	1700	2300	4600
3	45	185	450	750	950	1150	1600	2250	2700
4	55	190	500	750	950	1150	1600	2200	2700
5	50	190	600	800	1200	1400	1550	2200	3200
6	60	200	600	980	1200	1400	1600	2300	3000
7	30	160	450	780	900	1300	1700	2400	3000
8	40	170	360	720	980	1200	2500	3200	3600
9	35	200	390	700	980	1100	2200	2600	3200
10	45	200	400	900	1250	1400	1800	2200	3500
11	10	190	300	650	1000	1200	1400	2100	3000
12	12	180	290	650	1000	1300	1600	2100	2900
13	15	160	250	680	1000	1250	1800	2200	2600
14	20	200	320	650	1000	1350	2000	2500	3000
15	35	250	360	780	1000	1450	2000	2300	2900
16	35	245	400	700	1000	1350	2000	2400	2900
17	40	250	450	800	1200	1450	1800	2300	2900
18	25	200	390	780	1100	1300	2000	2300	3000
19	40	220	450	900	1100	1500	1800	2100	2700
20	50	260	450	980	1200	1600	2200	2500	3000

2. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

2.1 Построение эмпирической кривой обеспеченности

Естественное распределение речного стока на протяжении годового периода крайне неравномерно. Большая часть стока проходит в период весеннего половодья и поводков. Неравномерно и многолетнее распределение стока. В инженерной гидрологической практике применяются различные методы анализа. Это связано со сложностью гидрологических процессов, а также недостаточностью развития экспериментальных исследований и полевых наблюдений. При производстве гидрологических расчетов приходится оперировать большим количеством исходных данных. Эти данные образуют статистические ряды, которые должны обрабатываться методами теории вероятности. Число лет наблюдений за рекой называется рядом. Если число лет наблюдений менее 25 лет- то ряд считается недостаточным (коротким), если число лет наблюдений N=25-30 лет, то ряд считается длинным (достаточным).

Имеющиеся рады наблюдений за гидрологическими характеристиками рассматриваются как совокупность случайных величин, и вероятность их появления имеет важное практическое значение. Последовательное суммирование частоты статистического ряда от наибольшего значения к наименьшему, выраженное в процентах или долях от общего числа случаев, дает кривую обеспеченности. Из таблицы 2 в таблицу 4 в графу 1 заносятся данные расходов за 25 лет наблюдений. Расходы выстраиваются в убывающем порядке и переписываются в графу 2 (самый большой расход стоит первым, за ним следующий по убыванию и т.д . Самый меленький расход записывается последним. Если расходы повторяются, то они записываются друг за другом).

Для ряда наблюдений вычисляются значения стока, коэффициентов вариации и ассиметрии среднегодовых расходов и эмпирической обеспеченности, данные величины являются параметрами кривой.

Норма стока- среднее значение величины стока за N лет наблюдений, определяется:

(1)

Где -сумма расходов в убывающем ряду (по графе 2)

n- число лет наблюдений.

Таблица 4- Вычисление ординат эмпирической кривой обеспеченности

Среднегодовые расходы Qi () из таблицы 2 в хронологическом порядке	Расходы Qi () в убывающем порядке	Модульные коэффициенты	(ki -1)	(ki -1)2	Расчетная обеспеченность
1	2	3	4	5	6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Итого:

Модульный коэффициент определяется:

(2)

Для математической обработки ряда наблюдений рассчитывается коэффициент вариации, который характеризует изменчивость ряда и равен отношению среднеквадратичного отклонения ряда к среднеарифметическому.

(3)

Так же необходимо определить коэффициент ассиметрии, который характеризует степень ассиметричности ряда. Показывает отклонение среднеарифметического значения ряда от ординаты соответствующей обеспеченности 50%. Кривая симметрична, если =0. Коэффициент ассиметрии определяется:

= (4)

Для обработки статистического ряда определяем средние квадратичные ошибки методом моментов. Ошибка для нормы стока:

= ,% (5)

Квадратичные ошибки для коэффициентов вариации и ассиметрии:

=, % (6)

,% (7)

Средние квадратичные ошибки не должны превышать 20%. Часто средняя квадратичная ошибка коэффициента ассиметрии превышает 20%, поэтому к расчету принимается коэффициент ассиметрии =2СV.

Последняя графа таблицы 3- расчет обеспеченности, она определяется в процентах каждого члена статистического ряда по формуле Крицкого-Менкеля:

, % (8)

Где m- порядковый номер расхода в убывающем ряду (пример: самый большой расход стоит под номером 1, значит для него m=1; следующий расход стоит под номером 2, значит для него m=2 и т.д.)

По графам 2 и 6 таблицы 4 строится график эмпирической обеспеченности (рисунок 1).

1-эмпирическая кривая обеспеченности

2-аналитическая кривая обеспеченности

Рисунок 1- Эмпирическая и аналитическая кривые обеспеченности

2.2 Построение аналитической (теоретической) кривой обеспеченности

При определении характеристик стока необходимо убедиться в том, что период наблюдений в данном створе достаточный. Но даже достаточный ряд наблюдений не дает полной картины распределения стока. Например: эмпирическая кривая обеспеченности показывает распределение превышения расходов от 3 до 96%, а для некоторых объектов хозяйственной деятельности такого стока не достаточно .

В качестве расчетной обеспеченности годового стока принимается :

-для ГЭС-90-95%;

-для орошения 75-80 %;

-для водного транспорта-80-90%;

-для систем водоснабжения-95-99 %.

Таблица 5- Назначение водохранилища

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Назначение водохранилища	1	11	111	1	111	1	111	111	1	111	1	111	1	1
1- ГЭС, водоснабжение; 11- орошение; 111-ГЭС, орошение

Для надежности расчетов определяются параметры аналитической обеспеченности. Расчеты производятся в табличной форме.

Таблица 6- Вычисление ординат теоретической кривой обеспеченности

Значения	Обеспеченность, %
	0.01	0.1	1	3	5	10	20	25	…	…	97	99	99.9
Ф из приложения В
Ф *С V
Ф * С V+1=Кр
Q= Кр * Q0

Вычисление ординат аналитической кривой обеспеченности производится по методу моментов для полученных ранее значений Q0, С S ,С V . Для этого используют таблицы отклонений ординат кривой обеспеченности от середины Кр%=1,0 для различных значений С S и Р%, из которых находят численные значения Фр% (по приложению А).

По найденному значению Фр вычисляют значения модульных коэффициентов

Кр%= С V * Фр% +1 (9)

и величины соответствующих расходов:

Qр% = Кр * Q0 (10)

Результаты расчетов выносятся на график обеспеченности (рисунок 1). Обеспеченность принимается от значений 0,01 % до 99,9%.

3. БАТИГРАФИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОХРАНИЛИЩ

Важнейшей исходной информацией, необходимой при решении водохозяйственных задач являются батиграфические (топографические) характеристики водохранилищ. Они представляют зависимости геометрических параметров водохранилища от отметок уровня наполнения либо от объемов наполнения.

Для построения графика зависимости площади зеркала водохранилища от уровня воды в водохранилище F=f(Н), необходимо иметь данные о площадях водного зеркала при различных отметках уровня воды в водохранилище. В некоторых литературных источниках площадь зеркала (водной поверхности) обозначается Щ= f(Н). Площади водного зеркала определяются путем планиметрирования по картам площадей, заключенных между отдельными горизонталями. Построение кривой зависимости F=f(Н) необходимо произвести по данным, приведенным в таблице 3. Объем воды в водохранилище определяют суммированием частичных объемов ?Vi , заключенных между смежными горизонталями.

Если , то объемы слоев воды в водохранилище определяются по формуле:

(11)

В других случаях объемы слоев воды в водохранилище определяются по формуле:

(12)

где Fi и Fi+1- площади водной поверхности, соответствующие уровням Нi и Нi+1, км2;

?H- вертикальное расстояние между горизонталями, м.

Объем воды под первой горизонталью:

?V0= 0,666F1?H (13)

Интегральные суммы объемов в млн.м3 определяются:

(14)

Важными характеристиками являются:

1) средняя глубина воды в водохранилище:

(15)

2) критерий площади литорали (мелководья)

(16)

где Vi, Fi- объем и площадь при уровне Н;

- площадь литорали (мелководья).

= (17)

где - площадь водной поверхности, соответствующая уровню воды (Нi-2,0м)

Таблица 7-Батиграфические характеристики водохранилища

Нi,м	Fi, км2	Fср, км2	?V, млн.м3	Vi, млн.м3	hср, м	км2	км2	Li, м

По данным таблицы 7 строят графики зависимости F=f(Н) ; V =f(Н); hср=f(Н) и Li=f(Н).

Рисунок 2- Батиграфические характеристики водохранилища

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕРТВОГО ОБЪЕМА ВОДОХРАНИЛИЩА

4.1 Теоретические сведения

Мертвый объем (Vмо) - это постоянная часть полного объема водохранилища, которая в нормальных условиях эксплуатации не срабатывается и в регулировании стока не участвует.

Мертвый объем (Vмо) и соответствующий ему УМО определяют расчетами с учетом ряда условий и соображений.

На реках, транспортирующих большое количество наносов, мертвый объем необходим для аккумуляции твердого стока, чтобы предотвратить уменьшение полезного объема в течение расчетного срока службы водохранилища, продолжительность которого принимают в зависимости от назначения водохранилища от 25 до 50 лет.

На водохранилищах, используемых для коммунально-бытового водоснабжения и рыбного хозяйства, главными факторами, определяющими значение и отметку УМО, являются санитарно-технические требования и условия обеспечения необходимого качества воды.

Во избежание прогрева воды, зарастания водохранилищ и ухудшения гидрохимического и гидробиологического режимов, в них в летнее время средняя глубина при УМО должна быть не менее 2,0-2,5 м (в прудах - 1,5-2,0 м), а площадь мелководья с глубинами менее 2 м - не более 30% площади водохранилища, т.е. критерий литорали должен быть Lщ ? 0,3.

При транспортном использовании водохранилища УМО определяют как минимальный навигационный уровень, обеспечивающий необходимые глубины для судоходства.

На ГЭС УМО назначают из условия, чтобы снижение напора на гидроагрегатах при сработке водохранилища до УМО составляло не более 20-30%.

В водохранилищах для коммунального и промышленного водоснабжения, орошения, ТЭС, АЭС и при минимальном уровне воды, соответствующем УМО, должны быть обеспечены условия для нормальной бесперебойной работы водозаборных сооружений. В частности, при использовании водохранилища для самотечного орошения УМО назначают из условия командования, т.е. чтобы было обеспечено поступление воды в каналы оросительной системы.

Рыбное хозяйство при назначении УМО предъявляет свои требования: обеспечение рыбе достаточного пространства, площади, корма и воздуха, недопущение закупорки зимовальных ям льдом при зимней сработке водохранилища.

Окончательно отметка УМО водохранилища назначается с учетом требований всех водопользователей и водопотребителей.

Процесс заполнения водохранилища наносами называют заилением. Отложения, сформировавшиеся в водохранилище в процессе его заиления, образуют так называемое тело заиления.

Процессы осаждения наносов и формирования тела заиления зависят от целого ряда факторов:

1) размеров и конфигурации водохранилища;

2) устойчивости его берегов;

3) режима стока и гранулометрического состава транспортируемых рекой наносов;

4) режима сработки и наполнения водохранилища и др.

В среднем в водохранилищах задерживается около 90-95% донных и взвешенных наносов.

С течением времени мертвый объем водохранилища может быть полностью заилен. Откладываясь выше уровня мертвого объема, наносы уменьшают полезный объем, и тем самым нарушается нормальная работа водохранилища.

Водохранилище, потерявшее вследствие заиления 70-80% полезного объема, уже не может нормально выполнять свои функции.

4.2 Определение мертвого объема по различным показателям

Санитарно-технические требования и условия обеспечения необходимого качества воды предусматривают, что средняя глубина при УМО должна быть не менее 2,0-2,5 м. Для определения величины средней глубины необходимо воспользоваться батиграфическими характеристиками. По графику средней глубины на оси абсцисс находят значение соответствующее средней глубине более 2,5 м, проводят вертикально вверх отрезок до пересечения с графиком средних глубин, получают точку пересечения, назовем ее точка А. От точки А направо или налево проводят линию параллельную оси абсцисс до пересечения с графиком объемов, точку пересечения назовем точкой В. От точки В вниз проводят отрезок до оси объемов, снимают показания, которые соответствуют VМО.

Санитарно-технические требования также предполагают, что площадь мелководья водохранилища с глубинами менее 2 м составляет не более 30% площади водохранилища, т.е. критерий литорали должен быть Lщ ? 0,3. Для определения мертвого объема по данному показателю на батиграфических характеристиках аналогично вышеописанным способом определяют мертвый объем для Lщ ? 0,3.

Для целей орошения и водоснабжения УМО назначают из условия командования сооружения, т.е. чтобы было обеспечено поступление воды в каналы оросительной системы и водозаборные окна. Окна водозаборов должны быть выше уровня заиления, а уровень мертвого объема, т.е неприкосновенный уровень, должен быть выше верха водозаборных окон.



Запас 0,5-1 м

Уровень ила

Высота слоя ила

Рисунок 3. Схема определения уровня мертвого объема.

Объем ила Wил определяется:

Wил=, , млн.м3 (18)

где tсл-срок службы водохранилища, принимается по заданию;

-средняя многолетняя мутность, принимается на основе гидрометрических наблюдений по картам Шамова (=75 г/м3)

WO-средний многолетний объем или норма стока

н-объемный вес наносов во взвешенном состоянии (0,91,3) т/м3

По известному значению объема ила на батиграфичеких характеристиках находят уровень заиления Нила, к которому прибавляют высоту водозаборных окон (ориентировочно 2,4-3,2 м) и запас по высоте (1-2 м), находят уровень, который и будет соответствовать уровню мертвого объема УМО.

УМО= Нила+hокна+hзапас (19 )

Из трех вычисленных значений мертвого объема выбирают наибольшее, которое в дальнейшем и принимают к расчету.

5. РАСЧЕТ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И ГРАФИК ПОТРЕБЛЕНИЯ В РАСЧЕТНЫЙ ГОД ДЛЯ ВОДОХРАНИЛИЩ СЕЗОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Назначение потребителей определяется по таблице 5, для данного потребителя принимается расчетная обеспеченность.

С аналитической кривой обеспеченности снимается расход необходимой обеспеченности-QР% (м3/сек). Объем стока необходимой обеспеченности определяется:

W Р%= Q Р%*T , м3. ( 20)

где Т- количество секунд в году, равно 31,56*106 сек.

Расходы, объемы и режимы водопользования и водопотребления определяют на основе данных о проектном составе водопользователей, водопотребителей и расчетных удельных нормах водопотребления (на единицу продукции, на орошение 1 га земли, на человека и т.д.).

Объемы и расходы водопользования и водопотребления, отнесенные к створу водохранилища, называют полезной, или плановой отдачей.

Отдача из водохранилища (U) принимается как сумма плановой отдачи потребителям и попусков в нижний бъеф. Попуски в нижний бъеф необходимы для промывки водохранилища, обеспечения водой потребителей в нижнем бъефе и т.д. Значения попусков принимаются в пределах 1,5-2 % от расходов водопотребления в год. Тогда отдача из водохранилища составит:

U= (0,15-0,2) W ВПТ , м3. ( 21)

Таблица 8- Значения водопотребления

Расходы водопотребления по вариантам Q ВПТ, м3/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
100,0	50,0	50,2	50,0	70,4	62,0	52,0	70,7	80,0	80,5

Объем водопотребления в год составит:

W ВПТ= Q ВПТ*T, м3. (22 )

В зависимости от соотношения между объемом стока и объемом водопотребления различают водохранилища сезонного и многолетнего регулирования. При водопотреблении из водохранилища меньшего стока года расчетной обеспеченности (W ВПТ< W Р%) устраивают водохранилища сезонного регулирования. В противном случае (W ВПТ> W Р%)- многолетнего регулирования. По сопоставлению значений объемов стока и объемов водопотребления делают вывод о виде регулирования.

Таблица 9 -Данные для определения характера работы водохранилища

Параметры	месяцы	За год
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Приток в водохранилище WP%
Отдача из водохранилища U
Избыток «+», недостаток «-»

Для заполнения таблицы 9 необходимо произвести распределение притоков и отдачи из водохранилища по месяцам с учетом внутригодового распределения стока. (таблица 1). Для этого в каждом месяце записывают значения притоков, определенные по формуле:

WP%мес= WP%* k1 (23 )

где k1- значения модульных коэффициентов из таблицы 1.

Отдача в каждом месяце будет равномерной, т.е. Uмес=U/12

Для определения избытка и недостатков , из значений притоков по месяцам WP% отнимаем значения отдачи водохранилища U. Если приток в водохранилище превышает отдачу, то это будет избыток, он записывается со знаком «+», если отдача в водохранилище превышает приток, то это будет недостаток, он за со знаком «-«. На основании таблицы 9 строится график характера работы водохранилища (приложение Б ).

6. ТАБЛИЧНО-ЦИФРОВЫЕ БАЛАНСОВЫЕ РАСЧЕТЫ ВОДОХРАНИЛИЩ СЕЗОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

6.1 Теоретические сведения таблично-цифровых балансовых расчетов

В зависимости от величины, последовательности и соотношения периодов избытков и дефицитов возможны следующие режимы работы водохранилища: однотактный, двухтактный и многотактный (рисунок 4).

Однотактный режим характеризуется наличием одной балансовой группы избытков ДV и одной группы дефицитов Дd (рисунок 4 а). В этом случае, если объем избытков ДV превышает объем дефицита Дd, необходимый полезный объем водохранилища:

Vплз = Дd. (24)

Очевидно, что к моменту времени, соответствующему началу дефицита, водохранилище должно быть наполнено до отметки НПУ, а его полный объем

Vнпу = Vумо + Vплз (25)

В конце дефицита полезный объем будет полностью сработан, и в водохранилище останется только не подлежащий сработке мертвый объем (Vумо).

Двухтактный режим работы водохранилища характеризуется наличием в течение расчетного периода двух групп избытков и недостатков. При этом возможны следующие случаи двухтактной работы: с независимым циклом (рисунок 4 б); с зависимым циклом (рисунок 4 в) и с промежуточно-зависимым циклом (рисунок 4 г).

При двухтактной работе с независимым циклом (рисунок 4 б) каждый из избытков больше следующего за ним дефицита, то есть ДV1 > Дd1 и ДV2 > Дd2, и расчетный период регулирования делится на 2 независящих друг от друга цикла.

Полезный объем водохранилища в этом случае равен

большему из дефицитов:

Vплз = Дdmax (26)

К моменту наступления большего дефицита водохранилище должно быть наполнено до Vнпу, к концу этого дефицита сработано до Vмо.

При двухтактной работе с зависимым циклом (рисунок 4 б) ДV1 > Дd1, а Дd1 > ДV2 < Дd2, т.е. для покрытия второго дефицита Дd2 недостаточно предшествующего ему избытка ДV2 и необходимый объем запасают из первого наибольшего избытка ДV1. В этом случае

Vплз = Дd1 + Дd2 - ДV2 (27)

Водохранилище должно быть наполнено до Vнпу к началу первого дефицита, а срабатывается до Vумо к концу второго.

Двухтактный режим с промежуточно-зависимым циклом имеет место, когда ДV1 > Дd1, а Дd2 > ДV2 > Дd1, т.е. второй избыток ДV2 превышает предшествующий ему дефицит Дd1, но меньше последующего Дd2. При этих условиях полезный объем принимают равным максимальному дефициту:

Vплз = Дdmax (28)

Наполнение водохранилища до Vнпу должно быть завершено к началу максимального дефицита, а опорожнение до Vумо - к его окончанию. Аналогично изложенному выполняется расчет полезного объема водохранилища и в случае многотактного режима его работы.

Рисунок 4. Совмещенные графики притока и отдачи из водохранилища

6.2 Определение полезной емкости водохранилища

При регулировании стока различают прямую и обратную задачи. В прямой задаче путем сопоставления расчетного стока и плановой отдачи определяют полезный объем водохранилища, а также режим его работы в зависимости от заданных условий регулирования. Требования водопользователей на воду удовлетворяются полностью. При неполном использовании стока устанавливают порядок проведения сбросов излишков воды.

В обратной задаче вычисляют фактическую отдачу при известном стоке реки и заданном условиями проектирования полезном объеме водохранилища.

Как в прямой, так и в обратной задачах обеспеченность отдачи принимается равной обеспеченности стока.

Полезный объем водохранилища, а также режим его работы (наполнение, сбросы и т.д.) определяют путем последовательного сопоставления по интервалам времени стока расчетного водохозяйственного периода и плановой отдачи. Основной метод - расчет по календарным гидрологическим рядам.

Определив свой режим работы водохранилища, необходимо вычислить значения дефицитов Дd1 и Дd2, избытки ДV1 , ДV2 , полезный объем водохранилища.

6.3 Порядок составления режима работы водохранилища таблично-цифровым методом

Расчеты регулирования стока по фактическим календарным годам заключаются в последовательном составлении баланса воды для каждого из элементарных отрезков времени, на которые разделяется рассматриваемый период. При этом уравнение баланса имеет вид

ДV = W - U - Vn - Qсб (29)

где ДV - изменение объема водохранилища за время Дt, м3;

W - расчетный сток (приток к водохранилищу), м3/с;

U - расход отдачи, м3/с;

Vn - объем потерь воды из водохранилища, м3;

Qсб - сбросный расход, м3/с.

По первому варианту водохранилище наполняют до Vнпу за счет первых избытков и только после этого осуществляют сброс излишков воды через водосбросные сооружения.

Расчет по первому варианту правил регулирования стока: за начало расчета принимают момент, когда водохранилище опорожнено до УМО (т.е. период окончания максимальных дефицитов). В хронологической последовательности вычисляют объем наполнений водохранилища и сбросов на конец расчетного интервала времени (декады, месяца и т.д.).

При этом используют уравнение баланса воды , которое при условии, что потери воды не учитываются, можно представить в виде

Vкi = Vнi + (W - U)i - Vcбi (30)

где Vнi и Vкi - объем воды в водохранилище (наполнение) соответственно на начало и конец соответствующего расчетного интервала времени Дt, м3;

(W - U)i - объем избытков или дефицита за время Дt, м3;

Vcбi - объем сброса воды за Дt, м3.

Наполнения водохранилища ограничены, с одной стороны, Vнпу, а с другой - Vмо. Поэтому должно выполняться условие Vнпу ? Vкi ? Vумо. Подставляя значение Vмо (принимаемое за Vн) в формулу, находят наполнение на конец месяца. При этом если оказывается, что Vi > Vнпу, определяется величина сброса, т.к. объем воды в водохранилище не может превышать Vнпу.

Объем сброса определяется из уравнения (31):

Vсбi = Vi - Vнпу (31)

Для каждого последующего расчетного интервала времени за начальное наполнение принимают наполнение в конце предшествующего интервала:

Vн2 = Vк1; Vн3 = Vк2 и т.д. Расчет выполняют последовательно, в хронологическом порядке. В конце расчетного периода Vкn = Vмо.

При регулировании по второму варианту вначале при уровне мертвого объема сбрасывают излишки воды, а затем водохранилище наполняют до НПУ.

Расчет по второму варианту правил регулирования стока: в этом случае в порядке, обратном ходу времени, с момента Vкn = Vмо последовательно вычисляют объемы наполнений и сбросов на начало каждого интервала времени по зависимости:

Vнi = Vкi - (W - U)I + Vcбi (32)

Кроме того, сохраняет силу ограничение: Vнпу ? Vкi ?? Vумо.

В начале расчета Vкn =Vмо; в конце предшествующего интервала принимают Vкn-1 = Vнn; Vкn-2 = Vкn-1 и т.д. При этом, если оказывается, что Vкi < Vнпу, определяется величина сброса Vcбi, т.к. объем воды в водохранилище не может быть меньше Vмо.

Объем сброса определяют из уравнения :

Vсбi = Vн - Vк + (W - U) (33)

Расчет заканчивается при Vн1 = Vмо.

Первый вариант более надежный, в нем используются все возможности для скорейшего заполнения водохранилища. Однако этот вариант имеет и недостатки: удлиняется период затопления и подтопления территории, увеличиваются потери воды на испарение и фильтрацию, ускоряется процесс заиления водохранилища, затрудняется проведение гидравлических промывок.

Второй вариант не имеет недостатков первого и поэтому предпочтителен, особенно при эксплуатации водохранилищ, на водотоках, несущих большое количество наносов. Однако для регулирования по этому варианту необходимы донные водосбросные сооружения большой пропускной способности, обеспечивающие сброс в нижний бьеф больших расходов без значительного подъема уровня воды в водохранилище. При этом должна быть исключена возможность наводнения в нижнем бьефе.

Расчет объемов водохранилища таблично-цифровым ме...