Гидрологические и водохозяйственные расчеты в створе реки Вилия

Размещено на http://allbest.ru

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра «Гидравлика»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Гидрологические и водохозяйственные расчеты в створе реки Вилия

по курсу «Гидрология и гидрометрия»

Выполнил: ст. гр. 110128 Филипович А.С.

Руководитель: к.т.н, доцент В. Н.Юхновец

Минск 2010



1. Краткая характеристика природных условий бассейна реки и района строительства

1.1 Месторасположение реки Вилия

Река Вилия берет начало из болот на водоразделе р. Немана и р. Березины,в 3 км восточнее д. Березки, Бегосльского района. Она протекает по территории Бегомльского района, Минской области, Кривичского(по южной границе), Вилейского(частично по южной границе), Сморгонского и по границе Свирского и Островецкого районов, Молодечненской области. Вилия впадает в р. Неман на 209 км от устья, в 2 км ниже г. Каунас. От истока до 185 км река протекает в юго-восточном направлении, ниже до устья--в южном. Общее протяжение реки 480 км.

Наиболее крупные населенные пункты по реке: г. Каунас (у устья), г. Ионава (43 км) и г. Вильнюс (165 км); Михалишки (273 км), Жодишки (317 км), Сморгонь (346 км), Вилейка (400 км). Общая длина реки 510 км.

1.2 Характеристика водосбора

Площадь водосбора 25054 км², водосбор почти симметричный.

Граничит он с водосборами:

? на севере: р. Западной Двины;

? на востоке: р. Березины (приток Днепра);

? на юге: р. Немана;

Рельеф водосбора на территории Беларуси холмистый. Наибольшие возвышенности водосбора: Литовско-Белоруское, Ошмянское и Свенцянское взгорья. Плоский и волнистый рельеф приурочен к пониженным частям водосбора (Двиноса, Илия, Сервечь, Нарочь и др.). Абсолютные отметки поверхности водосбора белорусской части 180-300 м над уровнем моря.

Заболоченность водосбора около 22%. Наиболее заболочено верховье бассейна, водосборы притоков Двиносы, Сервечь, Илии, Нарочи и Уши. Наиболее крупные болотные массивы расположены в междуречье рек Илии и Уши, южнее г. Вилейки, а также в водосборе р. Нарочь.

Озерность водосбора около 1,3%. Общая площадь озер около 175 км.² Наибольшее количество озер находится в северо-восточной части в бассейнах рек Нарочи и Страчи.

Речная сеть. Густота ее 27 км на 100 км² площади водосбора (общее протяжение около 3700 км). В состав ее входят р. Сервечь (102км), р. Ошмянка (108км), Илия (87 км) и др.

Лесистость водосбора около 15%.

1.3 Долина и русло реки

водосборный бассейн гидрологический сток

По характеру долины и русла р. Вилию можно отнести к типу рек возвышенно-равнинной местности.

Долина от истока до д. Мильча (494 км) шириной 0,5-0,7 км. Склоны пологие, песчаные, высотой 5-6 м. От д. Мильча до д. Данюшево (330 км) ширина долины от 0,2 до 1,5 км, от д. Данюшево до границы Беларуси - 0,15-0,2 км и лишь местами уширяется до 2 км. Коренные берега твердые, крутые. Высота их в пределах 5-60 м. На большом протяжении среднего участка покрыты лесом.

Пойма луговая, местами заболочена (главным образом в верховьи) и покрыта кустарниками. Ширина ее 100-400 м.

Русло извилистое. Наибольшая извилистость на протяжении 162 км от д. Мильча до д. Данюшево. У д.д. Доманово, Плоса, Данюшево (330 км) разделяется на рукава. Берега крутые и обрывистые, высота их 3-4 м. Дно в верховьи песчаное в среднем и нижнем течении - гравелисто-галечное и каменистое.



Характерные данные о реке для меженного периода: От 510 до 492 км

Размеры	Ширила по урезу, м	Глубина потока, \м	Скорость течения, л/сек	Средний уклон всего участка
Доминирующие Наибольшие Наименьшие	8 10 6	0,5 1,5 ---	0,3 0,5 ---	0,0008

От 492 до 275 км

Размеры	Ширина по урезу воды, м	Глубина потока, м	Скорость течения, м/сек	Средний уклон дна участка
Доминирующие .…	35-80	1,0	0,4	0,00036
Наибольшие ....	100	3,5	2,0
Наименьшие ....	6-10	0,2-0,3	---	0,00022

Важно отметить и изученность реки. Рекогносцировочные обследования по реке производились неоднократно, главным образом в связи с изучением возможности ее энергетического использования. В последнее время обследования производились Мосгидэп'ом в 1946 г. С целью составления схемы энергетического использования р. Вилия в пределах Беларуси

В гидрологическом отношении р. Вилия на территории Беларуси изучена слабо. Гидрологические станции с длительными периодами наблюдений расположены главным образом на устьевом участке, за пределами Беларуси.

Река Вилия в настоящее время используется для лесосплава и судоходства, а также в рыбохозяйственных целях и как источник для местного водоснабжения.

? Для судоходства река используется главным образом в низовьи на протяжении около 200 км, от впадения р. Жеймяны до устья. Судоходство носит местный характер и продолжается около 90 дней в году. При низких горизонтах судоходство невозможно из-за малых (0,3-0,4м) глубин на порогах, а в высокие горизонты- из-за больших скоростей на них.

? Для лесосплава река использовалась на протяжении 490 км от д. Мильча до устья. В настоящее время для сплава в пределах Беларуси от д. Мильча до д. Михалишки на протяжении около 220 км.

? В энергетических целях река до сего времени почти не использовалась.



2. Определение расчетных гидрологических характеристик стока

2.1 Годовой сток разной обеспеченности

Номер по кадастру: 100;

Географические координаты:

Д: 27⁰ 25?;

Ш: 54⁰45?;

Гидрологический - район 3;

- подрайон а;

Для реки Вилия в курсовом проекте были исходные данные. В качестве исходных данных у нас есть статистический ряд расходов среднегодового стока в виде модулей стока q, л/с•км², количество членов статистического ряда n=25.

Таблица 2.1

№	Расход q, м?/с	Ki	Р
1	11,6	1,68	3,85
2	7,98	1,38	7,69
3	6,74	1,37	11,54
4	6,78	1,33	15,38
5	6,62	1,159	19,23
6	6,44	1,156	23,08
7	8,00	1,1	26,92
8	5,15	1,00	30,76
9	6,08	0,982	34,62
10	5,17	0,981	38,46
11	7,59	0,976	42,31
12	9,43	0,96	46,15
13	6,55	0,95	50,00
14	9,19	0,93	53,85
15	5,58	0,92	57,69
16	6,93	0,89	61,54
17	5,71	0,88	65,38
18	9,51	0,87	69,23
19	5,98	0,85	73,08
20	5,82	0,84	76,92
21	6,19	0,82	80,77
22	6,77	0,81	84,62
23	5,93	0,75	88,46
24	6,37	0,74	92,31
25	4,56	0,66	96,15

Данные таблицы 2.1 мы находим по следующей последовательности:

1)Находим среднее арифметическое значение ряда :

2)Находим модульный коэффициент K_i:

3)Затем находим обеспеченность:

P = m/(n + 1)•100.

По данным Р и К из таблицы 2.1 строим на функциональной сетчатке (клетчатке вероятностей) эмпирическую кривую обеспеченности, которая нам нужна для построения теоретической кривой распределения.

На основе метода наибольшего правдоподобия определяем C_v и C_s, по специальным номограммам определяются две статистики л₂ и л₃:



По полученным статистикам л₂ и л₃ в соответствующей номограмме [1,прил.4] снимаем с графика значения C_v=0,233 и C_s/C_v=6,95.

Коэффициент вариации и коэффициент асимметрии кривой вычисляются по методу моментов по формулам:

, корректируются с учетом внутрирядной связи, оцениваемой значением коэффициента r?:

Где ;

;

где =0, , , , ,

где =0,03, , , , ,

Значения параметров [1,табл 2,стр. 8],b [1,табл 3,стр.9] принимаются в зависимости от C_s/C_v и r'.

После этого также определяются среднеквадратические ошибки параметров кривой распределения.

е_Q=;

е_Cv=;

е_Cv=.

По методу квантилей параметры биномальной кривой распределения Пирсона III типа определяются с использованием выражений:

1) С эмпирической кривой на клетчатке снимаем расходы обеспеченностью 5%, 50%, 95% для вычисления скошенности S кривой:

где К₅=1,45, К₉₅=0,774, К₅₀=0,942.

Соответственно для этих выписанных значений К получаем:

Q₅=K₅*=1,45*8,5=12,32,

Q₉₅=K₉₅*=6,324,

Q₅₀=K₅₀*=8,007.

2) Зная S, по [1,прил. 2] выбирают значение коэффициента асимметрии С_s: С_s=f(S)=1,6;

3) Вычисляют среднее квадратическое отклонение:

м³/с

Значения Ф выписываются по [1,прил.2].

4) Среднее арифметическое значение

м³/с

5) Коэффициент вариации

Координаты К_р теоретической кривой трехпараметрического гамма-распределения выписываются из специальных таблиц в зависимости от P, C_v, C_s/C_v [1,прил.3] и по ним определяем расходы воды Q_p. Результаты заносим в таблицу 2.2.

Далее мы определяем

6) суммарный среднегодовой расход в створе:

, м?/с;

F - площадь водосбора, км²;

Ординаты К_р бинормальной кривой вычисляются по значениям С_v=0,248 и C_s=1,56383, посчитанных по методу моментов.

,

- отклонение ординаты кривой обеспеченности от середины, равной единице (= 1) при С_х = 1, выписывается из таблицы Фостера-Рыбкина[1,прил. 2].Расчеты сводим в таблицу 2.3

Таблица 2.2

P	0,1	0,5	1	3	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	97	99	99,5	99,7	99,9
Kp	2,02	1,74	1,63	1,45	1,37	1,26	1,14	1,07	1,02	0,97	0.92	0,88	0,84	0,78	0,74	0,72	0,67	0,65	0,64	0,61
Qp	17,15	14,77	13,83	13,3	11,6	10,7	9,68	9,08	8,66	8,2	7,8	7,47	7,1	6,6	6,28	6,1	5,69	5,5	5,4	5,17

где , м³/с;

Таблица 2.3

p,%	0,1	1	3	5	10	20	25	30	40	50	60	70	75	80	90	95	97,0	99	99,90
Cs/Cv	Фр,С v=1	5,37	3,39	2,42	1,97	1,33	0,68	0,46	0,28	-0,02	-0.25	-0,46	-0,64	-0,73	-0,81	-0,99	-1,1	-1,14	-1,2	-1,24
	Фр*Сv	1,25	0,789	0,56	0,45	0,309	0,158	0,107	0,065	-0,005	-0,058	-0,107	-0,149	-0,17	-0,188	-0,23	-0,256	-0,266	0,279	-0,289
	Kp	2,25	1,789	1,56	1,45	1,309	1,158	1,107	1,065	0,995	0,942	0,893	0,851	0,83	0,812	0,77	0,744	0,734	0,721	0,711
Qp	19,1	15,2	13,3	12,3	11,1	9,8	9,4	9,1	8,5	8,0	7,6	7,3	7,1	6,9	6,5	6,3	6,2	6,1	6,0



Таблица 2.4

Характеристики стока	МЕСЯЦЫ	Год
	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	1	2
	Очень многоводный год,p=5%
v,%	4	24,1	8,2	3	4,2	10,1	5,6	7,2	12,2	9,1	6,6	5,7
Q,м3/с	5,9	35,5	12,1	4,43	6,199	14,9	8,26	10,62	18,007	13,4	9,7	8,4	147,6
	Средний по водности год
v,%	14,8	23,8	9	8,3	4,2	4,8	5,6	6,1	7,1	6,5	5,3	4,5
Q,м3/с	14,2	22,8	8,64	7,9	4,03	4,6	5,37	5,85	6,81	6,24	5,088	4,32	96,0
	Очень маловодный год,p=95%
v,%	16,9	29,6	13	6,,5	5	4,4	3,8	4,4	5,4	4,3	3,7	3
Q,м3/с	12,776	22,38	9,82	4,913,78	3,78	3,32	2,87	3,32	4,08	3,25	2,79	2,268	75,6

2.2 Расчет внутригодового распределения стока

Внутригодовое распределение стока зависит от водности реки. Выделяют многоводные, средневодные и маловодные годы.

Расчитаем внутригодового распределения стока по месяцам для очень многоводного года, характеризующегося обеспеченностью p = 5 %, среднего по водности и очень маловодного с обеспеченностью p = 95 %. Все расчеты сводим в таблицу 2.4

Значения х выписываются [2, табл. 53] для 3 района (подрайон а). х -месячная доля стока в процентах от годового.

За 100% приняты среднегодовые расходы соответствующей обеспеченности, умноженные на 12 (12 месяцев)

Расход за конкретный месяц равен

, м?/с.

По найденным данным строим ступенчатые гидрографы стока для каждого года на одном рисунке ( рис. 1).

2.3 Расчет максимального расхода талых вод

Для случая отсутствия данных наблюдений в створе реки производим расчет максимального расхода талых вод по формуле:

, м³/с ;

h_o - средний многолетний слой максимального стока, значение которого определяем по [3, прил.1, лист 6], h_o=92 мм;

С_v - коэффициент вариации стока половодья, значение определяем по карте [3, лист 8, прил 1], С_v=0,45;

С_v также можно вычислить по формуле:

;

А-параметр, значение которого принимаем для конкретного гидрологического района по [2] (А=14).

Для вычисления максимального расхода талых вод необходимо вычислить:

1) K_о - параметр, характеризующий дружность половодья, зависящий главным образом от природной зоны и рельефа. Для определения K_о определяем значение параметра б:

По [4, табл.2] в зависимости от значения б=1,206, находим, что K_о=0,01.

2) K_р - модульный коэффициент :

где

Ф_p,Cs -отклонение ординаты кривой обеспеченности от середины (от К=1) при C_v=1, значение Ф_p,Cs выписывают из таблицы Фостера-Рыбкина по [1,прил. 2], Ф_p,Cs=2,96;

2) h_p - расчетный слой суммарного весеннего стока, определяется по формуле:



3) Значение C_s получают из формулы:

Для водосборов рек Республики Беларусь значение б можно приближенно принять б = 2-2,5 (принимаем б=2).

4) д₁ -коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в заселенных бассейнах:

д₁ = а₁ /(? л +1)^п ;

а₁ - параметр, учитывающий расположение леса на водосборе, определяется по [3, табл. 21, с.55] (принимаем а₁=1);

n - показатель степени редукции, для лесной зоны принимаем 0,17;

f_л - залесенность водосбора, f_л =41 ;

д₁=1/(41+1)^0,17=0,5297;

5) д₂ - коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов воды заболоченных водосборов:

д₂ = 1- вlg (0,1f_б + 1);

относительная площадь болот, заболоченных лесов и лугов на водосборе f_б =11%;

в - коэффициент, учитывающий тип болот; определяем по [3, табл. 22, с.55]. Для болот различных типов на водосборе принимаем в=0,7.

д₂ = 1-0,7lg(0,111+1)=0,774;

Т.к. озерность f₀=1<2, то д - коэффициент, учитывающий влияние водохранилищ равен 1.

д_з-коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода вследствие распашки водосбора под сельскохозяйственные угодья; так как F =1230 км?> 200 км?, значение д_з =1.

Т.к. у нас лесная зона, установили мы это по карте[3,прил.1,лист 5], принимаем коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов воды м= 1.

Зная теперь все значения для нахождения расхода, то вычисляем:

Q_р = ,м³/с;

2.4 Расчет максимального расхода дождевых паводков

Максимальный расход дождевых паводков находим по формуле:

м?/с,

Принимаем q_200,1% =0,2(определили по карте) - это модуль максимального мгновенного расхода обеспеченностью р = 1% при д₃ = 1, приведенный к площади водосбора F = 200 км?; определяем по карте [3, лист 12, прил.1].

принимаем равными значениям из пункта 2.3,т.е. д=1, д₂=0,744,

д_з =1;

л_р=1 - это переходный коэффициент от расходов воды обеспеченностью р = 1% к расходам другой обеспеченности, его значение находим по [3, лист 13, прил.1, табл. 8 прил. 2];

п=0,3 - коэффициент редукции модуля максимального мгновенного расхода воды с увеличением площади водосбора; определяем по [3, лист 10, прил.1].

Итоговое значение максимального расхода дождевых паводков: м?/с

2.5 Расчет и построение гидрографа весеннего половодья

Расчетные гидрографы половодья строим по средним суточным расходам воды. Переход от мгновенного максимального расхода Q_р к среднему суточному той же обеспеченности осуществляем по зависимости

= Q_р /К_ф ;

где К_ф - переходный коэффициент от Qp к Qp , принимаем его по [4,табл.3] в зависимости от площади водосбора, К_ф=1;

q_p - модуль мгновенного максимального расхода, мы его вычисляли в п.2.3,

q_p=0,264, м?/с·км²;

- модуль среднего суточного максимального расхода воды, определяемый по формуле:

= q_р / К_ф=0,264/1,18=0,234, м?/с · км?;

Значение K_s устанавливаем по данным рек-аналогов, содержащихся в государственном водном кадастре [2, табл. 75, с.174]. По установленному K_s=0,29 принимаем значение л^*=0,6 [3, прил.2, табл.19, с.196…197].

Условную продолжительность подъема половодья t_n определяем по формуле:



,сут,

где h_р - расчетный слой половодья, мм (вычислен в п.2.3 h_р=215,98);

Переход к размерному гидрографу осуществляем перерасчетом безразмерных координат в размерные по формулам:

Q_i = · y , м?/с;

t_i = t_n · x, сут,

где x и y значения координат безразмерного гидрографа, выписываемые из [2,прил.2,стр.196].Все расчеты сводим в таблицу 2.5

Таблица 2.5

x	y	Qi	ti
0,1	0	0	0,671894
0,2	0,011	1,029153	1,343788
0,3	0,099	9,262373	2,015682
0,4	0,28	26,19661	2,687577
0,5	0,49	45,84407	3,359471
0,6	0,69	64,55593	4,031365
0,7	0,83	77,65424	4,703259
0,8	0,93	87,01017	5,375153
0,9	0,98	91,68814	6,047047
1	1	93,55932	6,718941
1,1	0,99	92,62373	7,390836
1,2	0,95	88,88136	8,06273
1,3	0,91	85,13898	8,734624
1,4	0,85	79,52542	9,406518
1,5	0,79	73,91186	10,07841
1,6	0,73	68,29831	10,75031
1,7	0,66	61,74915	11,4222
1,8	0,6	56,13559	12,09409
1,9	0,55	51,45763	12,76599
2	0,49	45,84407	13,43788
2,2	0,4	37,42373	14,78167
2,4	0,32	29,93898	16,12546
2,6	0,25	23,38983	17,46925
2,8	0,19	17,77627	18,81304
3	0,15	14,0339	20,15682
3,5	0,079	7,391186	23,5163
4	0,042	3,929492	26,87577
5	0,011	1,029153	33,59471
6	0,003	0,280678	40,31365
8	0	0	53,75153

По результатам таблицы строим гидрограф половодья (рис.2).

2.6 Расчет минимальных расходов воды

Летне-осенний и зимний периоды - это такие периоды, в которые формируется минимальный сток.

Определим минимальные среднемесячные и среднесуточные расходы воды за летне-осенний и зимний периоды обеспеченностью p, равной 80% и 95%, для условия отсутствия данных наблюдений в створе.

Для расходов воды обеспеченностью p = 80% получаем (т.к. площадь водосбора больше предельной площади):

, м?/с,

, м?/с;

В формулах q_80,л-о ,q_80,3 - это модули минимального стока обеспеченностью 80% летне-осеннего и зимнего периодов, значения которых устанавливаем по картам минимального стока [3, прил.1, листы 17, 18], то есть q_80,л-о=2л/с*км², q_80,3=2л/с*км.

Для того, чтобы перейти к расходу другой обеспеченности Q_p от Q₈₀ можно воспользоваться формулой:

Q_p = Q₈₀ · л_p, м? / с,

Для этого нам нужно определить л_p( это переходный коэффициент, зависящий от географического района и обеспеченности p, определяется по [3, табл.32, с.68]). Т.к. у нас район 4(III), то принимаем л_p=0,78.

м? / с,

м? / с.

Минимальные суточные расходы Q _с,80 вычисляем по формуле:

Q _с,80 = Q₈₀*К , м? / с,

К - переходный коэффициент, его значение принимаем по [3, табл.33, с.68], К_л-о=0,8, К_з=0,84. Значит:

м? / с,

м? / с.

Минимальный суточный расход другой обеспеченности вычисляем умножением Q _с,80 на переходный коэффициент л_p, принимаемый по [3, табл.32, с.68](л_p=0,63), т.е. получаем :

Q _с,p = Q _с,80л_p , м³/c;

Q _с,pз = Q _с,80л_p=2,0664•0,78=1,61 м³/c;

Q _с,p,л-о = Q _с,80л_p=1,968•0,78=1,53м³/c.



2.7 Определение стока взвешенных наносов

Средний расход взвешенных наносов:

R_o = с•Q_o , г/с,

по карте средней мутности определяем значение мутности с=50 г/м³ ,

Q_o - среднегодовой расход воды, м?/с, вычислен в п.2.1(Q_o=8,5 м?/с).

R_o =50•8,5=425, г/с,

Определяем годовой расход наносов обеспеченностью p, %:

R_р = R_o•К_р, г/с,

где К_р - модульный коэффициент.

Определим значение К_р по кривой распределения Пирсона, в зависимости от обеспеченности p, коэффициента асимметрии Cs,_R, коэффициентa вариации Cv,_R. Находим, что К_5%=12,3, К_25%=9,4, К_75%=7,1.

Коэффициент вариации вычисляем по формуле:

C_s,R = 2•C_v,R=2•0,3728=0,7456,

Значение коэффициентa вариации наносов вычисляем по соотношению

C_v,R = C_v,Q•К=0,233•1,6=0,3728,

Значение C _v,Q ( коэффициента вариации годового стока воды) берем из п.2.1.

(C _v,Q=0,233), а значение коэффициента К для равнинных рек приблизительно равно 1.6 .

Средний многолетний объем взвешенных наносов определяем по формуле:

V_R=31,5•R₀/?_R=31,5•425/1=13387,5,м³,

где ?_R - плотность наносов.



3. Расчет водохранилища

Одна из водохозяйственных задач - регулирование стока. Воспользуемся балансовым таблично-цифровом методом применительно к первому варианту правил сезонно-годичного регулирования, когда водохранилище заполняется до отметки нормального подпорного уровня (НПУ), а затем производим холостые сбросы.

Сбросы в нижнем бьефе ограничиваются условиями, исключающими опасность наводнения в нижнем бьефе и обеспечивающими требуемую подачу воды нижерасположенным водопользователям.

3.1 Расчет и построение кривых морфометрических характеристик водохранилища

Кривые морфометрических характеристик совмещаем на одном чертеже (рис. 3). Они представляют собой связь объемов воды V, площадей зеркала Щ, средних глубин h, показателя глубоководности водохранилища с уровнями в нем Н, т.е.

.

Значения H_i ,Щ_i берем из задания.

Расчитаем координаты кривых морфометрических характеристик водохранилища:

высота слоя воды ДH_i равна:

ДH_i = H_i+1 - H_i, м.

При этом мы принимаем, что водная поверхность водохранилища горизонтальна.

Средняя площадь зеркала воды между соседними горизонталями:

, км².

Частичный объем воды в слое ДH_i:

ДV = Щ_iДH_i, млн. м?.

Средняя глубина находится по формуле:

= V /Щ;

V для каждой отметки горизонта вычисляем путем суммирования частичных объемов, начиная с наименьшей отметки Н.

Все расчеты сводим в таблицу 3.1.

По данным таблицы на миллиметровой бумаге строим морфометрическую характеристику водохранилища (рис.3).

Таблица 3.1

H,м	Щ,км2	ДH,м	ї,км2	?V	V	h,м
				млн.м3
1	2	3	4	5	6
200	0,0	3	0,57	0,188	0	0
203	1,7				0,188	0,111
		2	2,32	1,16
205	3				1,348	0,449
		3	4,27	1,42
208	5,7				2,77	0,486
		2	6,82	3,408
210	8				6,18	0,77
		3	10,21	3,404
213	12,6				9,58	0,76
		2	14,75	7,37
215	17				16,96	0,997
		3	22,2	7,42
218	28				24,38	0,87083

3.2 Установление объемов притока и потребления воды

Для установления объемов притока и потребления воды составляем таблицу 3.2

Таблица 3.2

Месяцы	Приток	Потребление U,млн. м3	V-U, млн. м3	сумма(V-U), млн. м3	W	S
	Q, м3/с	V,млн. м3		+	-		млн.м куб.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
3	12,776	34,241	9,724	24,517		24,517
4	22,378	57,958	11,113	46,845		71,361	0,732	23,778
5	9,828	26,339	13,892	12,448		83,809	23,754	23,778
6	4,914	12,727	15,281		2,553	81,256	23,754	12,44
7	3,780	10,130	15,281		5,150	76,105	21,204
8	3,326	8,915	15,281		6,366	69,739	16,054
9	2,873	7,441	12,502		5,062	64,678	9,694
10	3,326	8,915	9,724		0,809	63,868	4,634
11	4,082	10,573	9,724	0,849		64,718	3,834
12	3,251	8,712	8,335	0,377		65,095	4,683	0,849
1	2,797	7,496	8,335		0,838	64,257	5,02	0,377
2	2,268	5,534	9,724		4,190	60,066	4,19
Контроль 198,98-138,915=85,0356-24,96=60,222

В колонку 2 выписываются значения расходов для очень маловодного года с р=95% из табл. 2.4. В колонке 3 записаны помесячные объемы, которые находим по формуле V_i=Q_i•t_i, где t_i - количество секунд в месяце. Выражаем эти объемы в млн.м?. Расходы притока умножаем на коэффициенты: для II месяца 2,44, для IV, VI, IX, XI - 2,59, для I, III, V, VII, VIII, X, XII - 2,68, для объема годового стока - 31,5, т.е. это количество секунд в месяце, разделенное на 10⁶. В 4 колонке записаны абсолютные величины месячного потребления, которые находим по формуле

U_i = U · v₁/100%, млн.м?,

где U = 31,5 · Q₉₅ · 0,70=0,7•31,5•6,3=138,915, млн.м?.

Чтобы получить колонки 5 и 6 мы находим разность между колонками 3 и 4. Колонка 7 - объем избытков и недостатков, зависит от знака «+» или «-». В колонке 8 выписываются остатки воды W на начало каждого месяца, в колонке 9 - ежемесячные сбросы из водохранилища. В конце колонки 8 мы ставим 0, так как водохранилище полностью сработано (опорожнено). После производим контроль (3)-(4)=(5)-(6)=(9).

3.3 Расчет сезонного регулирования без учета потерь воды

Расчет регулирования производим по водохозяйственному году, за начало которого принимаем начало многоводного сезона, т.е. граница смены низкого стока на высокий. Наполнение и сброс осуществляются с момента опорожнения водоема вперед по ходу времени в году, начиная с объема W_н = 0. Объем воды в водохранилище на конец каждого месяца вычисляем по формуле

W_i,k = W_i,н + (V - U), млн.м?,

где (V - U) - объем избытков или недостатков. Избытки положительные, недостатки отрицательные (графы 5, 6 таблицы3.2).

Объем воды в водоеме для нужд водопотребителей и водопользователей изменяется в пределах W_н = 0 до W_н = W_плз.

Для определения полезного объема водохранилища W_плз мы должны построить по данным графы 7 график разности суммарной кривой , t - время в месяцах, (рис.4), и по этой суммарной кривой по максимальной разности ординат между предыдущей наивысшей и наинизшей точной разностной суммарной кривой определяем, что W_плз=23,754 млн. м?.

3.4 Установление мертвого объема

Мертвый объем устанавливаем из выражения W_мо = (0,11?0,33) W_плз , млн.м³, а W_плз принимаем при последовательном суммировании недостатков воды от II месяца до VI (табл. 3.2) вперед по ходу времени W_плз=23,754 млн.м?.

Получаем W_мо = 0,11 W_плз=2,6 млн. м³.

Далее находим объем взвешенных наносов, заполняющий водохранилище на Т=50 лет по формуле:

W_взв = V_R(1-д)Т =13387,5•(1-0,3)50=468562,5,м³,

где V_R=13387,5 м² - средний многолетний объем наносов, вычисленный в п.2.7, д - транзитная часть наносов мелких фракций, находится в пределах от 0,3 - 0,4, принимаем д=0,3.

Далее определяем объем влекомых наносов, заполняющий водохранилище за Т лет:

м?,

где в -это отношение плотности влекомых к плотности взвешенных наносов (для равнинных рек в =0,001-0,1); принимаем в = 0,001.

Плотность влекомых наносов г_вл = 1,5 - 1,8 т/м?(принимаем г_вл =1,5).

Определяем объем водохранилища, занимаемый наносами.

Его определяем как сумму:

W_нан = W_взв + W_вл=468562,5+446,25=469008,75 м?.

Теперь сравним значение (0,11-0,33)W_плз=2,6 млн.м? с W_нан=0,469 млн.м?. Видим что больше 2,6 млн.м? .

Его и принимаем за величину мертвого объема, W_мо =2,6 млн.м?.

3.5. Расчет сезонного регулирования стока с учетом потерь воды на испарение, фильтрацию, льдообразование

3.5.1 Дополнительное испарение

Дополнительное испарение представляет собой разность между испарением с водной поверхности и с поверхности суши до устройства водоема за один и тот же период времени. Определяем норму испарения с поверхности воды за безледоставный период по карте изолиний: Z_ов =620 мм. Обеспеченность высоты слоя испарения находим по выражению: p' = 100 - p=100?95=5, %, где р - обеспеченность стока расчетного маловодного года, которая в данном случае равна 95%.

Коэффициент перехода от нормы к испарению в засушливый год принимаем К'_р = 1,2.

Вычисляем испарение с поверхности водохранилища за безледоставный период в засушливый год при расчетной обеспеченности p' :

Z'_вр = Z_ов · К_р'=620•1,2=744 мм.

Норма испарения с поверхности суши (суммарное испарение) за безледоставный период находим по карте изолиний: Z_ос = 560 мм.

Принимаем коэффициенты вариации и асимметрии кривых обеспеченности с поверхности суши C_v = 0,12, C_s = 2•C_v=2•0,12=0,24 (отсюда находим Ф_р^,_Cs=1,71 по таблице Фостера-Рыбкина, приведенной в [1,прил.2], находим модульный коэффициент расчетной обеспеченности

К'_рс = Ф_р^,_Cs · C_v +1=1,71•0,12+1=1,205.

Определим испарение с поверхности суши за год расчетной обеспеченности:

Z_р^,_c = Z_ос · К'_рс =560•1,205=674,912мм.

Далее рассчитываем дополнительное испарение из водохранилища. Все расчеты сводим в таблицу 3.3

Величины помесячного расчетного дополнительного испарения устанавливаем по разности Z_р^,_дм = Z_р^,_вм - Z_р^,_см , мм.

Потери воды на дополнительное испарение с зеркала водохранилища определяем для каждого месяца безледоставного периода по формуле

ДW_мz = Z_р^,_дм · Щ_м · 10^-3, млн.м?,

где Щ_м - средняя за месяц площадь зеркала водохранилища, км².

Расчетное испарение за период ледостава принимаем равным нулю.

Среднюю площадь зеркала водохранилища за каждый месяц Щ_iм определяем по морфометрической характеристике (рис.3).

И определяем средний объем воды за месяц как среднее значение из объемов на начало и конец месяца, выбираемых из табл.3.2, с учетом полученного мертвого объема W_мо:

W_мi = 0,5(W_н.м.i + W_к.м.i )+ W_мо.



«Дополнительное испарение из водохранилища» Таблица 3.3

Элементы баланса	За период	Внутрисезонное расширение
		IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Испарение с поверхности воды в % от суммы за период, %	100	4	13	18	22	19	12	7	5
Слой испарения , мм	672	26,88	87,36	120,96	147,84	127,68	80,64	47,04	33,6
Испарение с поверхности воды в % от суммы за период, %	100	8	12	18	20	17	10	4	3
Слой испарения , мм	620,678	49,65	74,48	111,72	124,135	105,5	62,067	24,83	18,62
Расчетное дополнительное испарение , мм	123,767	0	12,88	9,24	23,7044	22,18	18,573	22,21	14,98
Средний объем воды в водохранилище за месяц , млн.м3		14,8	26,35	25,079	31,8	15,474	14,611	6,83	6,858
Средняя площадь зеркала водохранилища за месяц , км2		15	30	27,8	34,7	15,8	14,6	6,96	6,98
Потери воды на дополнительное испарение , млн.м3		0	0,959	1,032	2,94	2,34	0,908	0,728	0,129

3.5.2 Потери воды на фильтрацию

Для благоприятных гидрогеологических условий нормативное значение потерь на фильтрацию за месяц от объема водохранилища (в %) составляет 0,5-1% . Принимаем равным 1 %. Значения средних объемов воды за каждый месяц устанавливаем с учетом мертвого объема. Все расчеты сводим в таблицу 3.4.

Средний объем воды за месяц выписываем из табл.3.3, а потери воды на фильтрацию находим перемножением среднего объема на нормативное значение потерь воды на фильтрацию.

«Потери воды на фильтрацию» Таблица 3.4

Месяцы	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	I	II
Средний объем воды за месяц Wм,млн.м3	5,10	14,80	26,35	25,08	31,80	15,47	16,61	6,83	6,86	7,45	7,21	4,70
Потери на фильтрацию ДWмф	0,08	0,22	0,40	0,38	0,48	0,23	0,25	0,10	0,10	0,11	0,11	0,07

3.5.3 Потери воды на образование льда

Потери воды на образование льда вычислим по формуле:

Д W_мл = 0,9 · 10^-2(Щ_н - Щ_к)· d_лм = 9ДЩ d_лм ·10^-3, млн.м?,

где d_лм - средняя толщина льда, которую находим по графику[4, с.33],см;

Щ_н - площадь зеркала водохранилища к началу месяца, км²;

Щ_к - площадь зеркала водохранилища к концу месяца, км²;

0,9 - отношение плотности льда к плотности воды.

Значение площадей Щ_к, Щ_н устанавливаем по объемам воды в водохранилище на начало и конец каждого месяца ледоставного периода с использованием морфометрической характеристики (рис3).

Для определения помесячной толщины льда устанавливаем максимальную величину ее в конце ледостава d_лмах, см, в зависимости от средней глубины водохранилища при наибольшем его объеме W_д за ледоставный период =W_д/ Щ_д [4, рис.5, с.33]. То есть =7,45/9,3=0,8.

Среднюю толщину льда за каждый месяц d_лм определяем в зависимости от процента от d_лмах.

Д W_млXII = 9•18,2(9,5-9,8)•10^-3=-1,595, млн.м?;

Д W_млI = 9•11,83(9,8-8,3)•10^-3=0,1597, млн.м?;

Д W_млII = 9•10,647(8,3-7)•10^-3=0,12457, млн.м?;

Д W_млIII = 9•10,647(7-15)=-0,766, млн.м?;

Все расчеты сводим в таблицу 3.5

Таблица 3.5

Месяцы ледоставного периода	XII	I	II	III
Средняя за месяц толщина льда водохранилища	в % от максимальной	35	65	90	100
	52	18,2	11,83	10,647	10,647
Потери воды на льдообразование , млн. м3		0	0,159705	0,12457	0

3.5.4 Расчет сезонного регулирования стока табличным методом с учетом потерь воды

Все расчеты сводим в таблицу 3.6 (прил1)

1. В колонку 2, 3 заносим данные из табл.3.2 колонки 3,4.

2. В табл.3.6 (графы 4, 5, 6) переносим объемы потерь воды из табл.3.3, 3.4, 3.5.

3. Вычисляем санитарные попуски S' за каждый месяц: S' = 0,75 · К · Q_{min л-0,3}, млн.м?, где К - месячный временной коэффициент, см. п.3.2;

Q_{min л-0,3} - расходы минимального стока летне-осеннего и зимнего периодов обеспеченностью р = 95%.

4. В колонку 8 записываем сумму 3,4,5,6 и 7 колонки.

5. Выявляем объемы избытков и недостатков воды и заполняем графы 9 и 10.

6. Принятое значение мертвого объема водохранилища W_мо вносим в строку последнего месяца межени, графа 11 табл. 3.6, для которого приток меньше суммарных потребностей в воде (V < U_сум).

7. Начиная с этого месяца, «ходом назад», т.е. так же, как и в расчете регулирования стока без учета потерь воды, рассчитываем объем водохранилища, необходимого для восполнения дефицита между суммарным потреблением и притоком. Необходимый объем водохранилища устанавливаем в виде W_ki для последнего перед меженью многоводного месяца (V < U_сум).

8. Проверку возможности наполнения водохранилища производим «ходом вперед», начиная с первого и кончая последним месяцем многоводного периода. Если воды не хватает для заполнения водохранилища, уменьшаем потребление и расчеты повторяем.

9. Излишки воды направляем на сброс, колонка 12.

10. Определяем нормальный подпорный уровень (НПУ). На рис. 3 показываем отметки НПУ и отметку мертвого объема (МО).



4. Определение расчетного расхода воды для проектирования водосборных сооружений

Величину расчетного максимального расхода воды Q_р.сб, определяют с учетом временного задержания части объема воды в водохранилище.

Регулирование высокого стока с использованием емкости водохранилища производим с целью уменьшения размеров водосборных сооружений и снижения вероятности наводнений в нижнем бьефе.

Исходными данными являются расчетный гидрограф половодья, (рис.2), отметка водосбросного сооружения, начальное наполнение водохранилища, морфометрическая характеристика водохранилища (рис.3).

Трансформацию гидрографа половодья осуществляем упрощенным способом Д.И. Кочерина.

Для этого расчетный гидрограф условно принимаем треугольной формы.

Высота треугольника равна максимальной ординате расчетного гидрографа , а основание - время t, t принимаем из п.2.5 и умножаем его на 86400 (количество секунд в году).

Объем V_пол определяем по формуле:

млн.м³

Объем трансформирующей емкости W_тр определяем различно для водохранилища сезонного или многолетнего регулирования. При сезонном регулировании стока трансформирующая емкость принимается равной полезному объему водохранилища W_плз исходя из предпосылки, что уровень ежегодной сработки равен уровню метрового объема и форсировки уровня не происходит. Отметка гребня водосборных отверстий - на уровне метрового объема.

Величина сбросного расхода Q_рсб определяем по формуле

м?/с,

где W_тр=W_плз-W_мо=69,62-2,6=67,02 млн.м³.



Заключение

В результате выполненных расчетов:

1) подобрали теоретическую кривую распределения на основе имеющихся данных наблюдений.

2) определили характерные объемы, уровни глубины водохранилища, включая показатели глубоководности при указанных глубинах. Основные параметры водохранилища показали на графике морфометрической характеристики;

3) определили расход и объем взвешенных и влекомых наносов размытой обеспеченности.

4) Определили полезный и мертвый объем водохранилища.

5) По полученным кривым морфометрических характеристик рассчитали потери на испарение, льдообразование, фильтрацию.

6) Установили уровни мертвого объема и нормального подпорного;

7) Показатели регулирования стока водохранилища:

коэффициент регулирующей емкости в = W_плз / V_о=67,02 /267,75=0,25;

коэффициент зарегулированной отдачи б = УU/ V_о=195,318/267,75=0,73,

где V_о - средний годовой объем стока

V_о = 31,5•Q_год=31,5•8,5=267,75м³

Q_год - среднегодовой расход, п.2.1;



Литература

1. Юхновец В.Н. Методические указания к практическим и лабораторным работам «Расчет и построение кривых обеспечения расходов воды рек» для студентов специальности 1-70 04 01. - Мн.: 2009.

2. Ресурсы поверхностных вод СССР. В 20 т. Т.5. Белоруссия и Верхнее Поднепровье. Ч.1. - Л.: Гидрометеоиздат,1966.

3. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984.

4. Юхновец В.Н. Методические указания к курсовой работе «Гидрология и водохозяйственные расчеты» по курсу «Гидрология и гидрометрия» для студентов специальности 1-70 04 01. - Мн.: 2004.

Размещено на Allbest.ru