Расчет объема водохранилища сезонного регулирования стока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчеты водохранилища сезонного регулирования стока

Содержание

Введение

1. Массив гидрометрических данных за многолетний период наблюдений

2. Определение среднегодовых расходов 50, 80 и 95 процентной обеспеченности

3. Внутригодовое распределение стока р. Парбиг пос. Веселый 80-95 % обеспеченностью

4. Гидрограф половодья

5. Построение нового гидрографа половодья

6. Определение доли весеннего половодья от годового объема притока (по 50% и 80% обеспеченности)

7. Определение месячной нормы потерь на испарение и назначение в зависимости от геологических условий месячную норму потерь на фильтрацию

8. Расчет твердого стока

9. Составление изогипса чаши водохранилища

10. Достоинства и недостатки создания водохранилищ. Основные элементы, типы, виды водохранилищ

11. Назначение мертвого объема водохранилища

12. Расчет полезного объема с учетом и без учета потерь

13. Возможность и необходимость регулирования

Введение

Регулированием стока рек называют перераспределение речной воды во времени с помощью водохранилищ.

Водохранилище, образуемое на реке плотиной и бортами долины, представляют собой, проточное искусственное озеро, в котором воду запасают в те промежутки времени, когда ее протекает по реке много, и расходуют на нужды потребителей в маловодные годы. Водохранилища - системы в высшей степени динамичные, так как приток воды по реке меняются в разные годы и в течение одного года. Меняются в течение года запасы и уровни воды, которые зависят не только от притока, но и от изъятия на полезные нужды, сбросов в нижний бьеф.

1. Массив гидрометрических данных за многолетний период наблюдений

Расчетные гидрологические характеристики. Потери воды из водохранилища. Расчеты твердого стока. Батиграфические характеристики. Назначение УМО.

Таблица 1 -Среднемесячные, среднегодовые и наибольшие в году расходы воды Q в мі/с р. Парбиг - створ пос. Веселый

Станция Парбиг - Веселый 1953- 1975 г.г.
Годы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Год	Qmax
1953	7,97	7,48	7,49	34,9	114	30,9	16,4	9,97	9,86	10,1	9,57	9,06	22,3	172
1954	8,56	7,54	7,64	12,5	45,8	31,1	12,5	12,6	17,2	15,1	15,6	8,55	16,2	64,6
1955	7,36	7,25	7,69	25,9	74,7	18,3	11	9,46	9,75	9,67	10,6	8,49	16,7	125
1956	8,11	7,61	7,33	13,2	49,4	24,7	12,5	12,4	12,7	23	19,7	8,55	16,6	72,2
1957	7,73	7,32	7,47	13,2	129	77,4	33,9	39,3	18,3	15,9	15,6	11,3	31,4	178
1958	9,47	8,9	8,55	16,8	78,1	74,5	24,5	13,4	13,2	17	17,9	12,5	24,6	129
1959	10,9	9,8	9,87	21,9	160	44,5	51,4	68,1	41,9	34,8	22	15,7	40,9	220
1960	11,3	9,18	8,85	37,2	252	123	34,4	24,1	21,1	24,6	25,4	14,5	48,9	307
1961	12	11,2	12	107	160	76,9	26,4	12,2	13,9	17,8	12,4	11,5	39,4	257
1962	11,6	11,5	11,6	32,2	95	37	14,6	19,4	12,1	16,1	11,4	10,1	23,7	126
1963	9,87	9,3	9,02	14,5	119	53,2	13,2	12,2	12,4	12,3	15	11,3	24,3	165
1964	9,9	8,57	8,54	11,4	144	48,5	19,8	13,6	16,1	16,4	12,8	9,82	26,6	214
1965	8,94	7,87	9,98	14,1	142	28,9	10,6	10,5	12,8	14,1	10,1	8,94	23,2	224
1966	8,34	7,8	7,45	9,89	198	80,1	18	8,97	10	8,81	8,32	8,06	31,1	267
1967	7,45	7,42	7,52	16,8	16,9	14,3	10,1	8,99	9,32	9,39	7,79	6,54	10,2	35,9
1968	6,91	6,45	6,4	12,4	32,6	15,5	11,5	9,31	8,84	9,22	8,22	7,31	11,2	63,4
1969	6,75	6,62	6,63	18,2	124	68,2	19	20,2	16,4	17,5	24,4	11,1	28,2	196
1970	9,09	8,67	8,37	47,2	94,5	65,5	40,1	23,6	20,9	19,3	28,6	11,7	31,5	132
1971	9,72	9,24	8,22	39,1	185	170	27,7	13,5	13,7	13,3	13,9	9,21	42,7	235
1972	8,1	8,41	9,06	45,7	107	88,2	140	32,3	24,6	29,2	25,3	17,1	44,6	213
1973	13,3	10,6	10,1	83,5	269	60,4	26,6	18,5	13,7	13,9	18,8	11	45,8	339
1974	10,1	9,09	8,85	69,7	130	87,8	19,7	14,5	12,8	13,2	9,71	10,1	33	202
1975	9,83	9,34	9,39	13,7	219	157	22,3	15	13,6	11,7	10,8	9,58	41,8	321

Самый многоводный год - 1960 год. Средний расход составил 48,9 мі/с. В многоводный год река Парбиг собрала с водосбора:

W₁₉₆₀ = 48,9*31,54 = 1542,31 млн мі

Самый маловодный год - 1967 год. Средний расход составил 10,2 мі/с. В маловодный год река Парбиг собрала с водосбора:

W₁₉₆₇ = 10,2*31,54 = 321,71 млн мі

Норма стока реки в данном створе равна 29,34 мі/с.

Средний многолетний объем стока равен

млн. мі.

Близкий по водности к среднему был год 1966, когда средний годовой расход оказался равным Q₁₉₆₆= 31,1 мі/сек, а объем стока за год составил

W=31,1*31,54=980,9 млн. мі.

2. Определение среднегодовых расходов 50, 80 и 95 процентной обеспеченности

Таблица 2 -Расчет кривой обеспеченности среднегодовых расходов

№ п/п	Q ср.год.	К	К-1	(К-1)І	P= (m/(n+1))*100%
1	48,9	1,67	0,67	0,44	4,17
2	45,8	1,56	0,56	0,31	8,33
3	44,6	1,52	0,52	0,27	12,50
4	42,7	1,46	0,46	0,21	16,67
5	41,8	1,42	0,42	0,18	20,83
6	40,9	1,39	0,39	0,16	25,00
7	39,4	1,34	0,34	0,12	29,17
8	33	1,12	0,12	0,02	33,33
9	31,5	1,07	0,07	0,01	37,50
10	31,4	1,07	0,07	0,00	41,67
11	31,1	1,06	0,06	0,00	45,83
12	28,2	0,96	-0,04	0,00	50,00
13	26,6	0,91	-0,09	0,01	54,17
14	24,6	0,84	-0,16	0,03	58,33
15	24,3	0,83	-0,17	0,03	62,50
16	23,7	0,81	-0,19	0,04	66,67
17	23,2	0,79	-0,21	0,04	70,83
18	22,3	0,76	-0,24	0,06	75,00
19	16,7	0,57	-0,43	0,19	79,17
20	16,6	0,57	-0,43	0,19	83,33
21	16,2	0,55	-0,45	0,20	87,50
22	11,2	0,38	-0,62	0,38	91,67
23	10,2	0,35	-0,65	0,43	95,83
Сумма	674,9	23		3,31
n=	23
Q0=	29,3435

Cs= Сv

1	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	99
2,246	1,522	1,526	1,311	1,195	1,078	0,9603	0,8349	0,7046	0,5652	0,3893	0,2651	0,0904

Cs= 2Сv

1	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	99
2,126	1,72	1,68	1,303	1,157	1,05	0,9282	0,8106	0,621	0,6396	0,4348	0,3427	0,1852

Cs= 3Сv

1	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	99
2,224	1,73	1,66	1,413	1,327	1,03	0,808	0,8007	0,7004	0,6511	0,4793	0,3961	0,3035

3. Внутригодовое распределение стока р. Парбиг пос. Веселый 80-95 % обеспеченностью

Таблица 3-Внутригодовое распределение стока 80-95% обеспеченности

Месяц	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Год
Q 80%	8,14	8,01	8,05	28,6	82,61	20,23	12,2	10,46	10,8	10,69	11,72	9,41	18,48
Q 1955	7,36	7,25	7,69	25,9	74,7	18,3	11	9,46	9,75	9,67	10,6	8,49	16,7
Q 95%	7,27	7,24	7,34	16,4	16,51	13,97	9,86	8,78	9,11	9,17	7,61	6,38	9,97
Q 1967	7,45	7,42	7,52	16,8	16,9	14,3	10,1	8,99	9,32	9,39	7,79	6,54	10,2
T	2,68	2,42	2,68	2,59	2,68	2,59	2,68	2,68	2,59	2,68	2,59	2,68	31,54
W80	21,82	19,4	21,57	74,18	221,4	52,39	32,58	27,09	27,92	28,7	30,4	25,2	582,66
W95	19,48	17,52	19,67	42,5	44,24	36,18	26,42	23,53	23,59	24,58	19,7	17,1	314,45

=858,94мі =1,41 мі/с

=582,66мі =0,48 мі/с

=314,63мі =0,125 мі/с

Таблица 4 -Внутригодовое распределение стока 50% обеспеченности

Месяц	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	год
Q50%	10,05	8,7	8,67	11,57	146,16	49,23	20,10	13,8	16,34	16,65	12,99	9,97	27,0
Q1964	9,9	8,57	8,54	11,4	144,0	48,5	19,8	13,6	16,1	16,4	12,8	9,82	26,6
T	2,68	2,42	2,68	2,59	2,68	2,59	2,68	2,68	2,59	2,68	2,59	2,68	31,54
W50%	26,93	21,05	23,23	29,97	391,71	127,5	53,86	36,99	42,32	44,61	33,65	26,71	858,54

4. Гидрограф половодья

Таблица 5 -График максимального стока

Дата	Апрель	Май	Июнь
1		234	111
2		244	100
3		256	91,4
4		269	84,8
5		287	80,3
6		307	77,7
7		319	76,8
8		327	75,8
9		333	75,2
10		336	74,2
11	13,8	338	72,6
12	14,8	339	69,5
13	16,4	338	65,6
14	18	333	61,2
15	20,7	327	57,7
16	26,8	321	54,8
17	41,4	313	52
18	72,7	304	49,2
19	111	295	47,6
20	120	285	48,1
21	140	275	50
22	160	262	50
23	174	248	46
24	186	235	40,8
25	196	221	36,3
26	205	207	34
27	210	193	32,7
28	216	178	32,7
29	221	161	31,8
30	227	143	30,8
31		125



5. Построение нового гидрографа половодья

К=

К==1,43

Дата	Апрель	Май	Июнь
1		334,62	158,73
2		348,92	143
3		366,08	130,702
4		384,67	121,264
5		410,41	114,829
6		439,01	111,111
7		456,17	109,824
8		467,61	108,394
9		476,19	107,536
10		480,48	106,106
11	19,734	483,34	103,818
12	21,164	484,77	99,385
13	23,452	483,34	93,808
14	25,74	476,19	87,516
15	29,601	467,61	82,511
16	38,324	459,03	78,364
17	59,202	447,59	74,36
18	103,961	434,72	70,356
19	158,73	421,85	68,068
20	171,6	407,55	68,783
21	200,2	393,25	71,5
22	228,8	374,66	71,5
23	248,82	354,64	65,78
24	265,98	336,05	58,344
25	280,28	316,03	51,909
26	293,15	296,01	48,62
27	300,3	275,99	46,761
28	308,88	254,54	46,761
29	316,03	230,23	45,474
30	324,61	204,49	44,044
31		178,75

6. Определение доли весеннего половодья от годового объема притока (по 50% и 80% обеспеченности)

водохранилище плотина гидрограф половодье

Для подсчета доли К₁ весеннего половодья в объеме годового стока, нужно разделить сумму средних месячных расходов за весенние месяцы на сумму средних месячных расходов за все 12 месяцев, а она равна 12*Q₀. Доля межени

К₂=1-К₁

В средний год за май проходит около 49% годового стока, а за меженный период 51%. Это можно схематически изобразить в виде двух прямоугольников.

В средний год за весну проходит около 51% годового стока, а за меженный период 49%. Это можно схематически изобразить в виде двух прямоугольников.

7. Определение месячной нормы потерь на испарение и назначение в зависимости от геологических условий месячную норму потерь на фильтрацию

Потери на испарение. Потери воды на испарение с поверхности водохранилища могут иногда достигать больше половины полезного объема водохранилища, нельзя не учитывать потери воды на фильтрацию, т.к. напор воды равный разности отметок верхнего и нижнего бьефа создают постоянно действующую силу, под влиянием которой происходит фильтрация, непосредственно через тело плотины, под плотиной через ложе водохранилища, и через гидротехнические устройства в теле плотины. Фильтрационный потери уменьшаются при уменьшении уровня верхнего бьефа, т.е. при уменьшении напора, но часто достигает около 20…31% от среднего объема воды водохранилища.

Z=KX-Y

Y=KX-Z

Zs=Zщ-Z

Суммарное испарение - это испарение с суши, т.е. с берегов будущего водохранилища, которое (Z₁) всегда меньше испарения с водной поверхности (Z_щ) и разница этих испарений определяет слой дополнительного испарения, которое следует учитывать, если площадь акваторий составляет 10-20% к доли от площади водосбора до проектного створа.

Потери воды на испарение с поверхности водохранилища компенсируются атмосферными осадками на водное зеркало водохранилища.

Интенсивность испарения зависит от климатических факторов, т.е. температуры воздуха, от скорости ветра, от глубины водоема, от цвета воды, от защищенности водоема древесной растительностью.

Расчетный слой испарения сведем в таблицу.

Месяц	4	5	6	7	8	9	10	11	12	год
KX	30	48	59	81	72	51	46	47	52	529
KX80%	22,2	35,52	43,66	59,94	53,28	37,74	34,04	34,78	38,48	391,46
%	3	16	22	21	19	12	6	1	0	100
ZW	18,3	97,6	134,2	128,1	115,9	73,2	36,6	6,1	0	610
ZW20	19,398	103,456	142,25	135,79	122,85	77,59	38,8	6,47	0	646,6
hисп.	0	67,936	98,59	75,85	69,57	39,85	4,76	0	0	255,14

Слой испарения за расчетный маловодный год:

Нисп= Z_20%-KX_80% мм,

где Z_20% - испарение с водной поверхности в жаркий маловодный год,

KX_80% - атмосферные осадки с поправками в маловодный засушливый год.

Z_20%=KZ_20%·ZВ мм.

KZ₂₀ - испарение с водной поверхности в расчетный жаркий год (Р=20%) KZ₈₀=1,06

KX_80%=KX_80%·KX мм

KX80% - атмосферные осадки в маловодный год KX_80%=0,74

Потери на фильтрацию принимают в зависимости от гидрогеологических условий.

Хорошие гидрогеологические условия то объем фильтрации принимается 1…0,5% от среднего объема водохранилища (представлены глинами, твердыми породами).

Средние гидрогеологические условия, объем принимается 1…1,5% от среднего объема водохранилища.

Плохие гидрогеологические условия, объем принимается 1,5…3% от среднего объема водохранилища.

Приняты средние гидрогеологические условия.

Потери на фильтрацию зависят от:

1. Гидрогеологических условий

2. Напора

3. Срока эксплуатации

4. Глубины залегания грунтовых вод

Борьба с потерями на фильтрацию:

1. Покрытие ложа водохранилища водонепроницаемыми материалами

2. Нагнетание цементного раствора

3. Кольматаж (нагнетание твердых частиц)

4. Устройство различных противофильтровых устройств в теле плотины (шпунты, диафрагма).

8. Расчет твердого стока

Водохранилище, создаваемое на реке, характеризуется малыми скоростями движения в нем воды и представляет собой отстойник, в котором накапливаются наносы (ил, песок, камни). Постепенно за несколько десятилетий чаша, образованная плотиной и бортами долины и предназначенная для хранения воды, заполняется твердым материалом. Задача проектировщика рассчитать объем заиления водохранилища за один средний год и определить срок службы водохранилища.

W₀=Q₀*T, млн мі

W₀=29,3435*31,54*106=925,49*106 млн мі

Если известен объем годового стока воды в реке в средний по водности год W₀ (млн. куб.м в год) и мутность (г/мі), то масса наносов, накопленных в водохранилище за один год получится:

g = W₀, т/год,

g=925,49*10⁸ т/год

Объем, который займут наносы при их плотности (т/мі), будет равен:

V' = g/, мі/год

V' =925,49*10⁸ /1,4=661,06*10⁸ мі/год

9. Составление изогипса чаши водохранилища

На плане чаши водохранилища проведены горизонтали через 2,5 м. На плане показан окончательно выбранный створ плотины. Для того чтобы составить батиграфические кривые, то есть графические зависимости площади зеркала и объема воды W, лежащего под этим зеркалом, от отметки воды в водохранилище, с помощью клетчатки посчитана площадь.

Таблица - Расчет координат батиграфической характеристики

Отметки горизонтали	F зеркала, кмІ	F средняя, кмІ	V, млн і	Общий V, млні
40	0			0
		3,94	9,85
42,5	7,875			9,85
		29,13	72,8125
45	50,375			82,66
		59,25	148,125
47,5	68,125			230,785
		89,25	223,125
50	110,375			453,91
		130,25	325,625
52,5	150,125			779,535
		163,75	409,375
55	177,375			1188,91
		192,38	480,9375
57,5	207,375			1669,85
		240,25	600,625
60	273,125			2270,46

По результатам таблицы строим батиграфические характеристики.

10. Достоинства и недостатки создания водохранилищ. Основные элементы, типы, виды водохранилищ

Достоинства:

1. Перераспределение стока во времени позволяющее повысить надежность водоснабжения различных отраслей народного хозяйства.

2. Водохранилища обеспечивают аккумуляцию воды в верхнем бьефе во время катастрофического паводка, при этом происходит снижение пика половодья. Уменьшаются или исключаются негативные последствия, связанные с затоплением территории в верхнем и нижнем бьефе.

3. Улучшаются условия судоходства, условия рекреации, условия рыбоводства, улучшается качество воды, и улучшаются условия водозабора.

Недостатки:

1. Образование зон подтопления и затопления.

Зона постоянного затопления - территория, находящаяся ниже отметки НПУ. Эта зона навсегда выходит из хозяйственного использования.

Зона временного затопления - территория, находящаяся между отметками НПУ и ФПУ.

Зона подтопления - зона, образующаяся после заполнения водохранилища до отметки НПУ. Ширина зоны зависит от механического состава грунта, от уровня воды в водохранилище, от уровня грунтовых вод и от продолжительности стояния.

2. Изменение гидрологического режима. При сбросе воды в нижний бьеф происходит его интенсивное разрушение

3. В результате создания водохранилища изменяется его термический режим.

4. Косвенные последствия: изменение климата окружающей территории.

Основные элементы и типы водохранилищ

Типы водохранилищ:

1. Крытые резервуары (могут быть металлические, бетонные, железобетонные). Используются в основном в населенных пунктах.

2. Открытые бассейны - создаются искусственно либо в понижениях рельефа.

3. Водохранилища, образованные путем обвалования берегов.

4. Водохранилища на реке созданные путем строительства плотины.

Виды водохранилищ в зависимости от рельефа местности:

1. Равнинный - имеют большую площадь зеркала и небольшую глубину от 5 до 25 метров.

2. Предгорный - имеет меньшую площадь зеркала, глубина от 30 до 100 метров.

3. Горные - строятся в узких каньонах, имеют маленькую площадь зеркала, глубина менее 100 м. Быстрое заиление в связи с большой скоростью течения реки.

4. Озерные - созданы путем сооружения плотин, обычно на выходе из проточного озера. (Большие площади затопления).

5. Наливные - образуют в понижениях местности путем закачивания воды.

11. Назначение мертвого объема водохранилища

Определение мертвого объема водохранилища зависит от назначения водохранилища.

Мертвым объемом воды в водохранилище называют запас воды при самом низшем допустимым в эксплуатации уровне УМО. Уровень этот назначают на судоходной реке так, чтобы судоходство могло еще осуществляться. Следует назначить УМО на отметке, превышающей отметку дна реки в створе плотины, на 4-5 м, чтобы средняя глубина при УМО оказалась не ниже 2,5 м.

Уровень мертвого объема определяется как:

vУМО=vДн+5,

где vДн - отметка дна водохранилища, м,

5 - средняя глубина воды в водохранилище при УМО, м.

vУМО=40+5=45 м.

Объем и площадь мертвого объема определяется по батиграфической кривой.

12. Расчет полезного объема с учетом и без учета потерь

При наличии длительного ряда за стоком в качестве расчетного притока используют расход определенной % обеспеченности.

Определяем месячную норму потребления воды:

w=0,7*W_80%=0,7*582,86=408,002

где годовой расход 80% обеспеченности.

Расчет полезного объема водохранилища сезонного регулирования.

Расчет основан на сравнении за каждый расчетный интервал объем притока W (млн. мі) с объемом потребления w (млн. мі). Исходными данными являются ежемесячные объемы притока в расчетный маловодный год, ежемесячные объемы потребления, нормы потерь на испарение, значение мертвого объема. Потери на фильтрацию приняты в размере 1% в месяц от среднего месячного наполнения.

Месяц	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Год
%	8	8	8	8	9	9	9	9	8	8	8	8	100
	32,64	32,64	32,64	32,64	36,72	36,72	36,72	36,72	32,64	32,64	32,64	32,64	408

13. Возможность и необходимость регулирования

Необходимость регулировать сток реки водохранилищем проявляется при перебоях в процессе водопотребления. Это обычно случается во время летне-осенней межени, особенно в маловодные годы. Необходимость создания запаса воды выявляется особенно остро, если река однажды полностью пересохнет или перемерзнет на несколько суток (недель, месяцев).

В данном случае регулирование стока необходимо и возможно, и задача состоит в том, чтобы определить полезный объем водохранилища при минимальных затратах средств на создание плотины и других сооружений.

Расчет полезного объема водохранилища сезонного регулирования стока проводилось с учетом и без учета потерь воды из водохранилища.

Размещено на Allbest.ru