Водохранилищные расчеты при недостатке наблюдений над расчетным стоком

Размещено на http://www.allbest.ru/

18

Контрольная работа № 1

ВОДОХРАНИЛИЩНЫЕ РАСЧЕТЫ ПРИ НЕДОСТАТКЕ НАБЛЮДЕНИЙ НАД РАСЧЕТНЫМ СТОКОМ



Исходные данные:

1.План участка реки, прилегающей к створу плотины (прил. 1).

2. Внутригодовое распределение стока реки по декадам в долях от среднегодового расхода дня маловодного расчетного годи (прил. 2).

3. Кривые зависимости площади зеркала и объемов воды в водохранилище от уровня воды в нем, т.е. = f(H) и W = f(H) (прил. 3).

4. Гидрографические характеристики реки и ее бассейна (прил. 4) по варианту.

5. Допустимое превышение горизонта воды в водохранилище над нормальным подпорным уровнем до 2 м.

6. Расчетная обеспеченность при регулировании стока, класс капитальности сооружения, полезное потребление воды из водохранилища, срок службы водохранилища, длина региона волны в водохранилище (прил. 4) по вариантам.

Приложение 4

Характеристики	Условные обозначения	Вариант 3
Координаты центра тяжести бассейна Северная широта Восточная долгота	С.ш. В.д.	54 46
Площадь бассейна, км2	F	850
Средняя ширина бассейна, км	b	13.7
Озерность бассейна в долях на площади бассейна	f0	0.02
Уклон реки промиллях, %	I	0.25
Расчетная обеспеченность, %	p	95
Класс капитальности сооружения		IV
Полезное потребление воды из водохранилища, м/с	Qнетто	0.64
Срок службы водохранилища, год	n	200
Длина разгона волны в водохранилище при НПУ, км	D	4.1
То же при МПУ	D	4.3

Требуется:

1. Установить необходимость устройства водохранилища и вид регулирования речного стока.

2. Определить полезный объем водохранилища графическим методом с использование интегральной кривой стока.

3. Определить характеристики водохранилища:

а) мертвый объем и уровень мертвого объема (УМО);

б) полный объем и нормальный подпорный уровень (НПУ).

4. Определить максимальные расходы талых и дождевых вод при нормальных и чрезвычайных условиях эксплуатации и строительства гидроузла.

5. Определить расчетные сбросные расходы через гидроузел при нормальных и чрезвычайных условиях его эксплуатации.

Приложение 1

Решение

1. Для установления необходимости устройства водохранилища рекомендуется вычертить гидрограф реки для маловодного года заданной обеспеченности с% и нанести на гидрограф полезное потребление воды Q нетто. Для построения гидрографа определяем характеристики годового стока:

а) средний многолетний модуль стока М₀ л/с-км².

Модуль стока определяются при помощи карт изолиний среднемноголетних модулей стока, составленных Б.Д. Зайковым (прил. 6) по координатам центра тяжести бассейна.

При координатах центра тяжести бассейна 54 с.ш. и 46 в.д. средний многолетний модуль стока будет равен 4 л/с*км ².

б) среднемноголетний расход (м³/с):

При F = 800 км²;

= =3.4м³/с

в) среднемноголетний объем стока (м³/год):

= 31.54

г) коэффициент вариации по формуле Д.Л. Соколовского и М.Э. Шевелева:

С_у = 0,78-0,29lgM₀ -0,063lg(F + l);

С_у = 0,78-0,29lg4 -0,063lg(850 + l)=0,42.

д) коэффициент асимметрии, принимаемый для годового стока:

С_s=2С_v;

С_s=2*0,42=0,84

е) среднемноголетний объем стока в маловодный год заданной обеспеченности (м³/год):

W _р%. =k _р%. W₀



где к_р% -- модульный коэффициент стока для маловодного года заданной обеспеченности р%.

Модульный коэффициент вычисляется по уравнению:

k _р%.=Ф С_v+1, (2)

где Ф - ордината отклонения от середины кривой обеспеченности, определяемая по таблице С.И. Рыбкина (прил. 7) по известному значению Сs и заданной величине р%=95 Ф=-1,328

k _95%.=-1,328*0,42+1=0,44

W _95%. =0,44*107,2*10⁶=47,168*10⁶ м³/год

ж) среднемноголетний расход заданной обеспеченности (м ³/с):

Q_97%. =k _95%. Q₀

Q_97%. =0,44*3,4=1,496 м ³/с

Вычисление среднендекадных расходов в маловодный год приводится в табл. 1

Месяцы и декады	Коэффициент в долях от среднемноголетнего расхода(прил.2)	Среднедекадные расходы в %
Январь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,2 0,2 0,2	0,3 0,3 0,3
Февраль 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,25 0,25 0,25	0,37 0,37 0,37
Март 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,25 0,25 0,25	0,4 0,4 0,4
Апрель 1-я декада 2-я декада 3- я декада	1 3 11	1,49 4,48 16,45
Май 1-я декада 2-я декада 3- я декада	4 3,5 1,2	5,98 5,23 1,79
Июнь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,9 0,9 0,9	1,35 1,35 1,35
Июль 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,4 0,4 0,4	0,6 0,6 0,6
Август 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,3 0,3 0,3	0,45 0,45 0,45
Сентябрь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,25 0,25 0,25	0,37 0,37 0,37
Октябрь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,4 0,4 0,4	0,6 0,6 0,6
Ноябрь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,55 0,55 0,55	0,82 0,82 0,82
Декабрь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	0,6 0,6 0,6	0,9 0,9 0,9

По данным полученной таблицы строим, гидрограф реки для маловодного года: на оси абсцисс откладываем время, а на оси ординат - расходы.

Полезное потребление воды из водохранилища

W_{брутто=} kQ_нетто31,54*10⁶=(1,1ч1,2) Q_нетто31,54*10⁶ м³/год, (3)

Где k - коэффициент, учитывающий потери воды из водохранилища, принимаемый в предварительных расчётах равным 10-20% полезного потребления Q_нетто

Примем k= 15%

W_брутто =1,15*0,64*31,54*10⁶=23,2*10⁶ м³/год,

Вид регулирования речного стока устанавливается путем соотношения

величин W р%. и W_брутто; при Wр%> W_брутто необходимо применить годичное

регулирование.

47,16*10⁶ м³/год > 23,2*10⁶ м³/год,

значит необходимо применить годичное регулирование данного речного стока.

2.Вычисление ординат интегральной кривой стока маловодного года заданной обеспеченности приводится в табл. 2.

Таблица 2

Месяцы и декады	Число секунд в декаду ?Т, с	Среднедекадный расход Qi, м3/с	Сток за декаду Wi = Qi•?Т, м3	Суммарный сток на последний день декады W, м3
Январь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 950400	0,3 0,3 0,3	259200 259200 285120	259200 518400 803520
Февраль 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 691200	0,37 0,37 0,37	319680 319680 255744	1123200 1442880 1698624
Март 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 950400	0,4 0,4 0,4	345600 345600 380160	2044224 2389824 2769984
Апрель 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 864000	1,49 4,48 16,45	1287360 3870720 1421280	4057344 7928064 9349344
Май 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 950400	5,98 5,23 1,79	5166720 4518720 1701216	14516064 19034784 20736000
Июнь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 864000	1,35 1,35 1,35	1166400 1166400 1166400	2190240 2306880 2423520
Июль 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 950400	0,6 0,6 0,6	518400 518400 570240	2475360 2527200 2584224
Август 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 950400	0,45 0,45 0,45	388800 388800 427680	2623104 2661984 2704752
Сентябрь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 864000	0,37 0,37 0,37	319680 319680 319680	2736720 2768688 2800656
Октябрь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 950400	0,6 0,6 0,6	518400 518400 570240	2852496 2904336 2961360
Ноябрь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 864000	0,82 0,82 0,82	708480 708480 708480	3032208 3103056 3173904
Декабрь 1-я декада 2-я декада 3- я декада	864000 864000 950400	0,9 0,9 0,9	777600 777600 855360	3251664 3329424 3414960

По данным табл. 2 строится график в виде ступенчатой диаграммы: по оси абсцисс откладывается время, по оси ординат -- суммарный объем стока. Полезный объем водохранилища определяется следующим образом. По оси абсцисс от точки, соответствующей концу года, вверх откладываем отрезок, равный Wбрутто (рис.1)



верхняя точка, которого соединяется с началом координат.

В точке перегиба кривой А проводим касательную, параллельную полученной линии. Наибольший отрезок, заключенный между касательной и кривой стока, по вертикали вправо от точки А по масштабу численно равен полезному объему водохранилища W_плз=4 *10 ⁶м³.

3. Мертвый объем водохранилища определяется из следующих условий:

а) заиление его в течение заданного числа работы водохранилищ - п=200 лет, при этом предполагается, что все наносы, проносимые рекой, остаются в водохранилище;

б) средняя глубина водохранилища по санитарно-техническим
условиям должна быть не менее 1,5-2 м.

Среднегодовой объем наносов (м³/год):

где с- мутность = 60, определяемая по карте Г.И. Шамова (Прил. 8) для центра тяжести данного бассейна, г\м³

?1 и ?2 - объемные веса взвешенных и донных наносов, принимаемые соответственно в пределах ?1 = 1-1,2 т/м³ и ?2 ₂= 1,5- 1,8 т/м³;

б_о -- отношение объема взвешенных наносов к объему донных, принимаемых в пределах 0,05-0,1.

W_н = +) = 5695 м³/год.

Мертвый (м³) объем водохранилища исходя из срока его заиления

Wмо=nWн

Wмо =200*5695=1139000 м³.

Средняя глубина воды в водохранилище при уровне мертвого объема (УМО)

Приложение 3

где -- площадь зеркала воды в водохранилище при УМО, определяемая по кривой =f(Н)= 0,5*10⁶м²

= 1,5



h при полезном обьеме = 1,5+0,82 =2,32 м;

h при полном обьеме водохранилища = 1,5+ 1,08 = 2,58 м.

Полный объем водохранилища (м³)

W= W_плз+W_M0.

W= 4*10⁶+0, 8*10⁶=4,8*10⁶

Нормальный подпорный уровень (НПУ) определяется по кривой W= f(Н).

Он равен 2,58м.

Ориентировочные потери воды из водохранилища: на испарение (м³/год):

W _исп = м³/год.

на фильтрацию, (м³/год):

,

W _ф= м³/год.

где -- площадь зеркала воды в водохранилище при НПУ, определяемая по кривой = f(Н);

h_исп - годовой слой испарения в водной поверхности в м, принимаемый по карте Б.Д. Зайкова или по карте В.К. Давыдова по координатам центра тяжести бассейна (прил. 9); h_ф -- годовой слой потерь на фильтрацию, принимаемый по рекомендации проф. М.В. Потапова для данных гидрологических условий, равный 0,5 м.

Процент потерь составляет:

4. Расчетная обеспеченность превышения максимальных расходов воды для постоянных сооружений принимается из следующих данных. При нормальных условиях эксплуатации: для III класса сооружений -- 2%. Обеспеченность максимального расхода воды в период строительства гидроузла принять равной 10%.

Средний максимальный расход талых вод определяется по формуле Д.Л. Соколовского (м³/с):

где А -- географический параметр, определяемый по картам изолиний, составленным Д.Л. Соколовским (для рассматриваемых бассейнов в среднем А = 2,1 мм/ч ).

Q_max = = 87,8 м³/с

Максимальный расход весеннего половодья расчетной обеспеченности подсчитывается в м³/с по формуле:

Q_maxр%. =k _р%. Q_max ;



Q_{max, 10%} = 0.45 = 39,5 м³/с;

где к_р% -- модульный коэффициент той же обеспеченности.

Максимальные расходы расчетной обеспеченности дождевых паводков определяются в м³/с по формуле Г.А. Алексеева:

где h_с%- слой стока за паводок расчётной обеспеченности, мм

r - коэффициент зарегулирования озерами.

где Н_р% -- слой среднего осадка за один дождь по данным за N лет, мм;

Н_о -- слой начальных потерь, мм (принять равным H_Q = 16 мм).

Повторяемость в годах максимальных расходов расчетной обеспеченности дождевых паводков может быть вычислена по уравнению

N=100/P

N = 100/95 = 1.1

где Р -- расчетная обеспеченность дождевых паводков.

Величина

Н_р% =б(lg + lg N)^1|n

H_p%= 7.82(^1/0.55 = 31.3



где т -- среднее число дождей, определяемое по картам изолиний (для заданных бассейнов в среднем т = 120);

п -- показатель степени, определяемый по картам изолиний (для заданных бассейнов п = 0,55);

б -- параметр, характеризующий среднее количество осадков за дождь, равный для данных бассейнов:

где -- среднемноголетний слой осадков, определяем по картам изолиний (для заданных бассейнов в среднем = 350 мм).

Подсчитаем максимальные расходы при нормальных условиях эксплуатации для III класса капитальности сооружения- расчётная обеспеченность 2%

k _2%.=2.45*0,4+1 =1,98

Q_max2%. =1,98*87,8 =173,8 м³/с

N=100/2=50

Н_2% =7,82(lg120 + lg50)^1|0,55=88.8мм

h_2%=(- )² = 29,2мм

Q_ливн,2% = 0,08^4/9)^4/34/34/3 = 83,7м³/с

Подсчитаем максимальные расходы при чрезвычайных условиях эксплуатации для III класса капитальности сооружения- расчётная обеспеченность 0,5%:

k _05%.=3,31*0,4+1 =1,32;

Q_max0,5%. =1,32*87,8 =115,9м³/с;

N=100/0,5=200;

Н_0,5% =7,82(lg120 + lg200)^1|0,55=112,6мм;

h_0,5%= ( - )² = 43.7мм;

Q_{ливн,0,5%} = 0,08^4/9)^4/34/34/3 = 172.6м³/с.

Подсчитаем максимальные расходы в период строительства гидроузла- расчётная обеспеченность 10%

k _10%.=1,34*0,4+1 =1,54;

Q_max10%. =1,54*87,8 =135,2 м³/с;

N=100/10=10;

Н_10% =7,82(lg120 + lg10)^1|0,55=60,4 мм;

мм;

Q_ливн,10% = 0,08^4/9)^4/34/34/3 = 33.6м³/с.

5. Максимальные сбросные расходы при расположении порога водослива на отметке НПУ с учетом регулирующего объема водохранилища W_рег. приближенно определяются (м³/с) по формулам:

а) в период половодья

б) в период выпадения дождей

Где W_пол - объем стока половодья, м³

W_ливн - объем ливневого стока, м³

Для определения величины Wрег принимается отметка МПУ исходя из допускаемого кратковременного превышения горизонта воды над НПУ (по заданию)

Отметка МПУ - 27 м, Wрег - 1,2*10⁶ м³

Тогда

Wрег = Wмпу - W

Где Wмпу - объём водохранилища при МПУ, определяемый по кривой W=f(H) Весенний сток половодья (м³)

Где k_с%-модульный коэффициент стока расчётной обеспеченности;

r_меж- процент стока за межень от годового стока для данных бассейнов

r_меж=38%. Объём ливневого стока (м³)

W_ливн =h_с%F*10³;

Подсчитаем максимальные сбросные расходы при нормальных условиях эксплуатации для III класса капитальности сооружения- расчётная обеспеченность 2%:



Подсчитаем максимальные сбросные расходы при чрезвычайных условиях эксплуатации для III класса капитальности сооружения- расчётная обеспеченность 0.5%:

Ответ:

вид регулирования речного стока - годичное регулирование;

-полезный объем водохранилища, определённый графическим методом с использование интегральной кривой стока - W_плз=4 *10⁶м³;

-мертвый объем 0,8 *10⁶ м³ , уровень мертвого объема (УМО)- 5,3 м;

-полный объем - 4,8 *10⁶ м ³, нормальный подпорный уровень (НПУ)- 2,58 м

-максимальные расходы талых вод при нормальных Q_max2%. =173,8 м³/с

и чрезвычайных условиях эксплуатации Q_max0,5%. =115,9 м³/с

и строительства гидроузла Q_max10% =135,2 м³/с

_. -максимальные расходы дождевых вод при нормальных Q_ливн2%. =83,7 м³/с

и чрезвычайных условиях эксплуатации Q_ливн05%. =172,6 м³/с

и строительства гидроузла Q_ливн10% =33,6 м³/с.

-расчетные сбросные расходы через гидроузел а) период половодья при нормальных Q_сбр =4,7 м³/с и чрезвычайных условиях его эксплуатации Q_{сбр =}2,8 м ³/с; б) в период выпадения дождей при нормальных условиях эксплуатации Q_сбр - 86,4 м3/с и чрезвычайных условиях эксплуатации - Q_сбр=170,1 м³/с.

Приложение 6

водохранилище речной сток дождевая вода



Литература

1. Богословский Б.Б. и др. Общая гидрология (гидрология суши).-Л.:Гидрометеоиздат, 1984.

2. Михайлов В.Н. , Добровольская А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология: Учеб.-М.:Высшая школа, 2005

3. Кузьминский Р.А. Гидрология, гидрометрия и гидротехнические сооружения: Уч. Пос.-М.:РГОТУПС, 2008.

4. СНиП 2.01.01-83. Определение расчётных гидрологических характеристик.- М.: Стройиздат, 1985.

Размещено на Allbest.ru

...