Комплексный проект «Водохранилищный гидроузел с грунтовой плотиной»

                                                             СОДЕРЖАНИЕ 

	Исходные данные
1	Гидрологические расчеты
1.1	Характеристики стока
1.2	Вычисление и построение кривых обеспеченности
II	Водохозяйственные расчеты
2.1	Установление необходимости  и вида регулирования стока
2.2	Характеристики водохранилища
2.3	Сезонно-годичное регулирование  стока
2.3.1	Таблично-цифровой способ расчета
2.4	Потери воды из водохранилища  на фильтрацию и испарение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Комплексный проект «Водохранилищный гидроузел с грунтовой  плотиной»

Цель работы: гидрологические  и водохозяйственные расчеты  и проектирование гидротехнических сооружений.

1. Гидрологические расчеты:

-Определить величину  среднего многолетнего расхода.  Коэффициент изменчивости и асимметрии;

-Построить эмпирическую  и теоретическую кривую обеспеченности;

-Установить величину  среднегодового расхода расчетной  обеспеченности;

-Выполнить расчет внутригодового  стока реки;

II. Водохозяйственные расчеты:

-Построить топографическую  и объемную характеристику чаши  водохранилища

-Определить величину  мертвого объема водохранилища  и установить отметку УМО

-Рассчитать полезный  объем водохранилища

-Определить величину  полного объема водохранилища  и установить отметку НПУ; глубину  воды и площадь зеркала водохранилища

III. Вариант строительства водоподъемной плотины:

-Определить высоту грунтовой  плотины

-Произвести конструирование  поперечного профиля грунтовой  плотины

-Выполнить фильтрационные  расчеты грунтовой плотины

Исходные данные:

1. Полезное потребление воды, U,м³/с
2. Средняя многолетняя мутность,ρ-90 г/м³
3. Расчетный срок эксплуатации водохранилища-90 лет;
4. Средний годовой слой фильтрации, h_ф.-0,9 м
5. Средний годовой слой испарения

- с поверхности суши,Zc=40 мм;

-с поверхности воды,Zв=70 мм;

6. Отметка дна- 40 м

7. Тип плотины- с экраном;

8. Тип покрытия верхового  откоса- каменная наброска;

9. Грунт  тела плотины- мелкие пески; экрана- суглинок;

10. Скорость ветра,W-9 м/с

11. Длина разгона волны,L- 9,4 м

12. Угол между осью водоема  и направлением ветра,α=72̊

13. Расчетная обеспеченность  водопотребления,Р-80%

14. Категория дороги-I

15. Толщина водопроницаемого  слоя, Т-9 м

16. Коэффициент фильтрации  грунтового основания плотины,Кс-2,9 м/сут

17. Расход водовыпуска Q-3,5 м³/с

Таблица 1

Годы	Средние годовые расходы, м3/с
1951	27.2
1952	18.1
1953	12.2
1954	51.1
1955	25.2
1956	39.1
1957	29.5
1958	11.8
1959	32.2
1960	20.7
1961	24.4
1962	26.3
1963	7.7
1964	23.7
1965	33.8
1966	38.2
1967	45.5
1968	12.1
1969	21.1
1970	9.7
1971	22.2
1972	37.9
1973	53.3
1974	27.7
1975	13.4

 

 

 

 

 

 

I. Гидрологические расчеты

1.1 Характеристика речного стока

-Расход воды,Q, м³/с

-Объем стока, V,м³

-Модульный коэффициент  Qi/Q₀=K

                                               Q₀=∑Qi/n

-Обеспеченность гидрологической характеристики P=*100%

m- порядковый номер числа ряда

n- общее число членов ряда

-Коэффициент вариации  Cv=  =

-Среднее квадратичное отклонение ряда δ=

-Коэффициент асимметрии Cs=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

ПП	Годы	Q,м3/с	Годы	Q,м3/с	Р=*100%	Ki	Ki-1	(Ki-1)2	(Ki-1)3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	1951	27.2	1973	53.3	2.8	2.01	1.01	1.02	1.03
2	1952	18.1	1954	51.1	6.7	1.92	0.92	0.85	0.78
3	1953	12.2	1967	45.5	10.6	1.71	0.71	0.50	0.36
4	1954	51.1	1956	39.1	14.6	1.47	0.47	0.22	0.10
5	1955	25.2	1966	38.2	18.5	1.44	0.44	0.19	0.09
6	1956	39.1	1972	37.9	22.4	1.43	0.43	0.18	0.08
7	1957	29.5	1965	33.8	26.4	1.27	0.27	0.07	0.02
8	1958	11.8	1959	32.2	30.3	1.21	0.21	0.04	0.009
9	1959	32.2	1957	29.5	34.3	1.11	0.11	0.01	0.001
10	1960	20.7	1974	27.7	38.2	1.04	0.04	0.0016	0.000064
11	1961	24.4	1951	27.2	42.1	1.02	0.02	0.0004	0.000008
12	1962	26.3	1962	26.3	46.1	0.99	-0.01	0.0001	-0.000001
13	1963	7.7	1955	25.2	50.0	0.95	-0.05	0.0025	-0.000125
14	1964	23.7	1961	24.4	53.9	0.92	-0.08	0.0064	-0.000512
15	1965	33.8	1964	23.7	57.9	0.89	-0.11	0.0121	-0.001331
16	1966	38.2	1971	22.2	61.8	0.84	-0.16	0.0026	-0.004096
17	1967	45.5	1969	21.1	65.7	0.79	-0.21	0.0441	-0.0093
18	1968	12.1	1960	20.7	69.7	0.78	-0.22	0.0484	-0.0106
19	1969	21.1	1952	18.1	73.6	0.68	-0.32	0.1024	-0.0328
20	1970	9.7	1975	13.4	77.5	0.51	-0.49	0.2401	-0.1176
21	1971	22.2	1953	12.2	81.5	0.46	-0.54	0.2916	-0.157
22	1972	37.9	1968	12.1	85.4	0.46	-0.54	0.2916	-0.157
23	1973	53.3	1958	11.8	89.4	0.44	-0.56	0.3136	-0.176
24	1974	27.7	1970	9.7	93.3	0.37	-0.63	0.3969	-0.25
25	1975	13.4	1963	7.7	97.2	0.29	-0.71	0.5041	-0.358
Итого		∑=664.1		Q0=26.56	∑=1249.9	25	0	∑=5.34	∑=1.20

 

Расход воды, Q (м³/с)- количество воды, протекающее через поперечное сечение реки в одну секунду. Может быть средним годовым и средним многолетним.

Объем стока,V,(м³)- количество воды, протекающее через данное сечение реки за некоторый промежуток времени.

Модульный коэффициент, К-отношение  величины расхода воды за какой-то период к среднему многолетнему расходу  воды.

Обеспеченность гидрологической  характеристики- вероятность превышения ее над всеми ее возможными величинами (Р%).

Коэффициент вариации Cv- отношение среднего квадратичного отклонения к среднему многолетнему расходу.

Коэффициент асимметрии Cs- отношение среднего квадратичного значения отклонения  в кубе на среднее квадратичное отклонение в кубе.

      1.2   Вычисление и построение кривых обеспеченности

Эмпирическая  кривая обеспеченности.

Кривая обеспеченности- это интегральное выражение кривой распределения, показывающее обеспеченность или вероятность превышения в процентах той или иной величины в данном многолетнем ряду.

Определение параметров водохранилища  начинают с расчета и построения кривой обеспеченности, используя табличные  данные.

Кривая обеспеченности характеризуется  следующими параметрами: средним многолетним  расходом Q₀, коэффициент вариации Сv и коэффициентом асимметрии Cs. Расчет этих параметров и эмпирической кривой проводят по табл.2.

Для этого из табл.1 графы 2 и 3 (т.2) выписывают в хронологическом  порядке годы и соответствующие  им расходы Qi.

В графе 5 т.2 средние годовые  расходы перегруппировываются в  убывающем порядке, т.е в первой строке записывают расходы, соответствующие максимальному значению наблюдаемого расхода, а в последней- минимальному значению. Против каждого среднего годового расхода графы 5 в графе 4 выписывают соответствующие им годы наблюдения. Преобразование наблюдаемого ряда в убывающий ряд по значениям средних годовых расходов необходимо для дальнейшего расчета и построение эмпирической кривой обеспеченности.

В графе 6 вычисляют вероятности  превышения Р%, эмпирических значений годовых величин стока. В графе 7 вычисляют модульные коэффициенты. На основании расчетов строят эмпирическую кривую обеспеченности Qi=f(P%).Координаты положения эмпирических точек определяют по графе 5 и 6 табл.2.

Теоретическая кривая обеспеченности.

Т. К эмпирические точки не характеризуют распределение всех значений, которые может принять случайная величина, особенно в зоне максимальных и минимальных расходов, то необходимо рассчитать теоретическую кривую обеспеченности. Эта кривая позволяет экстраполировать кривую обеспеченности в зонах максимальных и минимальных расходов, а также наиболее правильно определить значения эмпирических точек.

Теоретическая кривая обеспеченности рассчитывается на основании имеющихся  данных наблюдений путем определения  точек основных параметров и описывающих  как средний годовой расход Q₀, коэффициент изменчивости Cv и асимметрии Cs. По данным графы 5 табл.2 определяют первый параметр кривой обеспеченности - средний многолетний расход Q(м³/с), вычисляемый как среднее арифметическое ряда. Для определения числителя формулы производится суммирование всех значений расходов, приведенных в графе 5.

В графе 7 табл.2 вычисляют модульные коэффициенты К. Первой проверкой правильности вычисления Q₀ является получение равенства Ki=n или Ki=25. Для этого суммируют значения величин графы 7.

Следующим параметром, определяющим  кривую обеспеченности, является коэффициент  изменчивости Cv, вычисляемый по формуле. Для вычисления Cv в табл.2 используют графы 8 и 9 . В графе 8 определяют отклонения модульных коэффициентов от 1, а в графе 9-квадраты этих отклонений.

 Сумма всех значений графы 8 является второй проверкой правильности расчетов. Т.к отклонение Ki-1 имеют как положительные, так и отрицательные значения, то Ki-1=0.

Следующий параметр, определяющий кривую обеспеченности- это коэффициент асимметрии Cs, характеризующий асимметричность ряда исследуемых величин, относительно их среднего значения или центра распределения. Для определения этой величины предлагается формула, используемая при большем числе членов ряда.

Оценка производительности рядов годового стока для непосредственного  расчета по этим рядам параметров кривых обеспеченности производится следующими методами:

А)величина относительной квадратичной ошибки средней многолетней величины ряда вычисляется по формуле: ∑Q=*100%. Длина ряда считается достаточной для определения Q₀ и Cv, если ∑Q≤5-10%, а ∑Cv≤10-15%; величина среднего годового стока при этом условии называется нормой стока.

Б) величина относительной  средней квадратичной ошибки коэффициента изменчивости при определении Cv методом моментов вычисляется по формуле: ∑Cv=*100%

Вычисление средней теоретической  кривой обеспеченности производится по методу моментов для получения раннее значений Q₀, Cv,Cs. Для этого используют таблицы отклонений ординат кривой обеспеченности от середин его значения при Cv=1,0 , в зависимости от коэффициента Cs и обеспеченности Р.

Ордината теоретической  кривой обеспеченности равна: Kp=Ф*Cv+1. По данному выражению, задаваясь различными обеспеченностями Р, находят ординаты Kpи строят теоретическую кривую обеспеченности. Расчет теоретической кривой проводят по табл.3.

В табл. 3 значения обеспеченности Р для построения кривой обеспеченности принимают такими же, как в табл.2. Значения Cs в первой части таблицы вычисляют по формуле. Далее для этого значения Cs из приложения для каждого принятого значения Р выписывают в сроке 1 отклонения ординаты кривой обеспеченности от середины Ф. По формуле Кр=Ф*Cv+1 определяют соответствующие значения модульных коэффициентов Кр. (строка 2). Для полученных значений Кр вычисляют соответствующие им значения годовых расходов по формуле: Qp=Kp*Q₀. Такие же расчеты проводят во второй части таблицы 3 для другого значения коэффициента Cs=2Cv.