Гидрология, гидрометрия и гидротехнические сооружения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Южно-Уральский государственный университет

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра ВиВ

Курсовая работа

по дисциплине: «Гидрология, гидрометрия и гидротехнические сооружения»

Челябинск 2011

Водохранилищные расчеты при недостатке наблюдений над расчетным стоком

Исходные данные:

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

Внутригодовое распределение стока реки по декадам в долях от среднегодового расхода для маловодного расчетного года (приложение 2).

Кривые зависимости площади зеркала и объемов воды в водохранилище от уровня воды в нем, т.е. щ=ѓ(Н) и W=ѓ(Н) (приложение 3).

Гидрографические характеристики реки и бассейна: координаты центра тяжести бассейна 56 с.ш., 60 в.д. площадь бассейна F=265км2 средняя ширина бассейна b=11,1км; озерность бассейна в долях на площади бассейна ѓ0=0,02 уклон реки промиллях I=0,2%.

Допустимое превышение горизонта воды в водохранилище над нормальным подпорным уровнем до 4м

Расчетная обеспеченность р =97% при регулирование стока, класс капитальности сооружения ЙV, полезное потребление воды из водохранилища Qнетто=0,40м/с срок службы водохранилища n=150 лет длина разгона волны в водохранилище при НПУ D=3,0 км длина разгона волны в водохранилище при МПУ D=3,2 км.

Требуется:

Установить необходимость устройства водохранилища и вид регулирования речного стока.

Определить полезный объем водохранилища графическим методом с использованием интегральной кривой стока.

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 эксплуатации.

1. Для установления необходимости устройства водохранилища вычертим гидрограф реки для маловодного года заданной обеспеченности с% и нанесем на гидрограф полезное потребление воды Qнетто.

Для построения гидрографа определим характеристики годового стока:

а) средний многолетний модуль стока. Определим при помощи карт изолиний среднемноголетних модулей стока, составленных Б.Д. Зайковым (приложение 4) по координатам центра тяжести бассейна, М0=6 л/с·км2;

б) среднемноголетний расход:

водохранилище объем сток гидроузел

Q0= 6·265/1000=1,59 м3/с;

в) среднемноголетний объем стока:

W0=31,54·106·1,59=50,15·106 м3/год;

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

Cv=0,78 - 0,29*lg 6 - 0,063*Lg(256+1)=0,25;

д) коэффициент ассиметрии, принимаемый для годового стока:



Cs=2·0,25=0,78;

е) среднемноголетний объем стока в маловодный год заданной обеспеченности:

где kс%- модульный коэффициент стока для маловодного года заданной обеспеченности с%. Вычислим по уравнению

,

где Ф- ордината отклонения от середины кривой обеспеченности, определяемая по таблице С.И.Рыбкина (приложение 5) по известному значению Cs и заданной величине с%.

kс%= -1,66·0,25+1=0,41

Wс%= 0,51·50,15·106=29,6·106 м3/год;

ж) среднемноголетний расход заданной обеспеченности:

Qс%=0,59·1,59=0,94 м3/с;

Вычисление среднедекадных расходов в маловодный год приведем в таблице 1.

Таблица 1

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

Полезное потребление воды из водохранилища

где k - коэффициент, учитывающий потери воды из водохранилища, принимаемый в предварительных расчетах равными 10-20% полезного потребления Qнетто.

Wбрутто=1.1·0,40·31.54·106=13,9·106м3/год

Где Qнетто = 0,40 м3/с

Так как Wс%?Wбрутто, то необходимо применить годичное регулирование речного стока.

2. Вычисление ординат интегральной кривой стока маловодного года заданной обеспеченности приведем в таблице 2.

Таблица

По данным таблицы 2 построим график: по оси абсцисс - время, по оси ординат - суммарный объем стока.



По графику найдем значение полезного объема водохранилища Wплз=1,4·106 м3.

3. Мертвый объем водохранилища определим из следующих условий:

а) заиление его в течение заданного числа работы водохранилища n=170лет; при этом предположим, что все наносы, проносимые рекой, остаются в водохранилище;

б) средняя глубина водохранилища по санитарно-техническим условиям должна быть не менее 4 м.

Среднегодовой объем наносов:



где с - мутность, определяемая по карте Г.И.Шамова (приложение 6) для центра тяжести бассейна, с=60 г/м3;

г1 иг2 - объемные веса взвешенных и донных наносов, принимаемые соответственно в пределах г1=1-1,2 т/м3 и г2=1,5-1,8 т/м3;

б0- отношение объема взвешенных наносов к объему донных, принимаемых в пределах 0,05-0,1.

WН= 60·50,15·106/106(1/1,2+0,1/1,8)=2678 м3/год

Мертвый объем водохранилища исходя из срока его заиления

WМО=150·2678=0,4·106м3

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

где щМО - площадь зеркала воды в водохранилище при УМО, определяемая по кривой щ=ѓ(Н) (приложение 3), щМО =0,08·106 м2

hср=0,4·106/0,08·106=5 м.

h при полезном объеме = 5+0,45=5,45 м

h при полном объеме водохранилища=5+1,080=6,08 м

Полный объем водохранилища

W=0,4+1,4=1,8·106м3

Нормальный подпорный уровень (НПУ) определим по кривой W=ѓ(Н).

Н=6,08 м

Ориентировочные потери воды из водохранилища: на испарение

Wисп= (0,36·106)/2·500=90·106м3/год

на фильтрацию

Wф= (0,36·106 )/2·0,5=0,9·106м3/год

где щплз - площадь зеркала воды в водохранилище при НПУ, определяемая по кривой щ=ѓ(Н) (приложение 3), щплз =0,28·106 м2

hисп - годовой слой испарения с водной поверхности, принимаемый по карте Б.Д.Зайкова или по карте В.К.Давыдова по координатам центра тяжести бассейна (приложение 7), hисп= 500м.

hф - годовой слой потерь на фильтрацию, принимаемый по рекомендации проф. М.В.Потапова для данных гидрологических условий, hф= 0,5м.

Процент потерь составляет

(90·106+0,9·106)/0,40·31,54·106·100%=72,1%

4. Расчетная обеспеченность превышения максимальных расходов воды для постоянных сооружений принимается из следующих данных: при нормальных условиях эксплуатации для ЙV класса сооружений - 5%, при чрезвычайных условиях эксплуатации - 1%, обеспеченность максимального расхода воды в период строительства гидроузла - 10%. Коэффициент вариации для максимальных расходов весеннего половодья Cv,b=0,40, коэффициент асимметрии Cs,b=2Cv,b=2·0,40=0,80.

Средний максимальный расход талых вод определим по формуле Д.Л. Соколовского:

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

Qmax=0,278·2,1·265/4v265+1=30,7 м3/с

Максимальный расход весеннего половодья расчетной обеспеченности определим по формуле:

где kс%- модульный коэффициент той же обеспеченности.

Вычислим по уравнению

,

При нормальных условиях эксплуатации:

Ф=1,84; kс%=1,84·0,25+1=1,46; Qmaxс%=1,46·30,7=44,8 м3/с

При чрезвычайных условиях эксплуатации:

Ф=2,28; kс%=2,28·0,25+1=1,57; Qmaxс%=1,57·30,7=48,2 м3/с

В период строительства гидроузла:

Ф=1,34; kс%=1,34·0,25+1=1,34; Qmaxс%=1,34·30,7=41,1 м3/с

Максимальные расходы расчетной обеспеченности дождевых паводков определим по формуле Г.А.Алексеева:

где r - коэффициент зарегулирования озерами

r=(1-0,02)/(1+25·0,02)=0,65

hс%- слой стока за паводок расчетной обеспеченности

где Нс%- слой среднего осадка за один дождь по данным за Nлет,

Н0- слой начальных потерь, Н0=16мм.

Повторяемость в годах максимальных расходов расчетной обеспеченности дождевых паводков вычислим по уравнению:

где Р- расчетная обеспеченность дождевых паводков.



где m- среднее число дождей, определяемое по картам изолиний, m=120;

n - показатель степени, определяемый по картам изолиний, n=0,55;

б - параметр, характеризующий среднее количество осадков за дождь:

где щ - среднемноголетний слой осадков, определяемый по картам изолиний, щ=350мм.

б=2,68·350/120=7,82.

При нормальных условиях эксплуатации:

N=100/5=20;

Нс%=7,82·(lg120+lg20)1/0,55=70,02мм;

hс%=(v70,02-v16)2=19,08;

Qливн,с%=0,08·0,34/9·11,14/3·19,084/3·0,654/3=35,4 м3/с

При чрезвычайных условиях эксплуатации:

N=100/1=100; Нс%=7,82·(lg120+lg100)1/0,55=98,26мм;

hс%=(v98,26-v16)2=34,95;

Qливн,с%=0,08·0,34/9·11,14/3·34,954/3·0,654/3=78,1 м3/с

В период строительства гидроузла:

N=100/10=10; Нс%=7,82·(lg120+lg10)1/0,55=59,23мм;

hс%=(v59,23-v16)2=13,66;

Qливн,с%=0,08·0,34/9·11,14/3·13,564/3·0,65/3=22,5 м3/с

5. Максимальные сбросные расходы при расположении порога водослива на отметке НПУ с учетом регулирующего объема водохранилища Wрег приближенно определим по формулам:

а) в период половодья

При нормальных условиях эксплуатации: Qсбр=44,8·(1-(1·106/40,6·106))=43,68 м3/с

При чрезвычайных условиях эксплуатации: Qсбр=48,2·(1-(1·106/46,9·106))=47,2 м3/с

б) в период выпадения дождей

где Wпол - объем стока половодья;

Wливн - объем ливневого стока.

При нормальных условиях эксплуатации: Qсбр=35,4·(1-(1·106/5,06·106))=28,4 м3/с

При чрезвычайных условиях эксплуатации: Qсбр=78,1·(1-(1·106/9,3·106))=69,7 м3/с

Для определения величины Wрег принимается отметка МПУ исходя из допускаемого кратковременного превышения горизонта воды над НПУ.

где WМПУ - объем водохранилища при МПУ, определяемый по кривой W=ѓ(Н).

Wрег= 2,8·106-1,8·106=1·106м3

6,08+0,6 м=6,68 м -максимальный уровень воды при половодье, при превышении на 0,6 м.

Весенний сток половодья

где kс%- модульный коэффициент стока расчетной обеспеченности;

rмеж - процент стока за межень от годового стока,rмеж=38%.

При нормальных условиях эксплуатации:

Wпол =65,4·106·(1-38/100)=40,6·106 м3

При чрезвычайных условиях эксплуатации:

Wпол =75,7·106·(1-38/100)=46,9·106 м3

Объем ливневого стока

При нормальных условиях эксплуатации:

hс%=19,08; Wливн =19,08·265·103=5,06·106 м3

При чрезвычайных условиях эксплуатации:

hс%=34,95; Wливн =34,95·265·103=9,3·106 м3

Литература:

Железняков Т.В. и др. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока. - М.: Колос, 1993.

Рассказов Л.Н. и др. Гидротехнические сооружения. -М.: Высшая школа, 1996.

Смирнов Г.Н. Гидрология и гидротехнические сооружения. - М.: Высшая школа, 1986.

СНиП 2.01.14-83 Определение расчетных гидрологических характеристик.

СНиП 2.06.01-86 Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Размещено на Allbest.ru