Комплексный проект «Водохранилищный гидроузел с грунтовой плотиной»

Таблица 3 дает значения ординат  теоретической кривой обеспеченнос ти для значений Cs. Эти кривые строят на рис.1, где сопоставляют полученные эмпирические кривые с аналитическими значениями наблюденных расходов.  

                                                      Таблица 3

Обеспеченность, Р%	0,1	1	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	97	99
Значения Ф	3.52	2.54	1.72	1.31	0.82	0.48	0.2	-0.05	-0.3	-0.56	-0.85	-1.24	-1.75	-2.10
Модульные коэффициенты Kp=Ф*Cv+1	2.65	2.49	1.8	1.62	1.38	1.22	1.09	0.98	0.86	0.74	0.6	0.42	0.32	0.01
Ординаты  Qp=Q0*Kp	70.4	58.2	47.8	42.8	36.6	32.4	28.9	26.0	22.8	19.6	15.9	11.1	8.5	0.34
Значения Ф(Сs=2Cv)	4.38	2.96	1.86	1.34	0.77	0.40	0.11	-0.15	-0.38	-0.61	-0.85	-1.15	-1.47	-1.56
Модульные коэффициенты Kp=Ф*Cv+1	3.06	2.39	1.87	1.63	1.36	1.19	1.05	0.93	0.82	0.71	0.6	0.46	0.31	0.27
Ординаты Qp	81.3	63.5	49.7	43.3	36.1	31.6	27.9	24.7	21.8	18.8	15.9	12.2	8.23	7.2

 

∑(Ki-1)²=5.34

∑(Ki-1)³=1.20

Q₀=26.56 м³/с

Вычислим коэффициент  вариации: Cv=  ==0,47

Вычилим коэффициент ассимметрии: Cs===0.46

Cs=2Cv=0.94

Пользуясь приложением 1, находим значения Ф. Определяем модульный коэффициент Кр=Ф*Cv+1- заносим в таблицу 3. Определяем ординату кривой Qp=Q₀+Kp

Найдем относительную  среднюю квадратичную ошибку средней  многолетней величины ряда: ∑Q=*100%=*100%=9.4%

Найдем среднюю квадратичную ошибку коэффициента изменчивости по формуле: ∑Cv=*100%=*100%=15%

 

 

 

 

2. Водохозяйственные расчеты

2.1 Установление необходимости  и вида регулирования стока  реки.

Таблица 4

Внутригодовое распределение	Месяцы												Год
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Расхода в % от годового	4.8	7.2	10.7	14.7	17.5	12.0	7.9	6.3	4.6	4.3	6.2	3.8	100
Расхода, Q,м3/с	7.7	11.6	17.2	23.6	28.1	19.3	12.7	10.1	7.4	6.9	9.9	6.1	160.0 Qср*12
Сток,V, м3	20.6	28	46	61	75.2	50	34	27	19.2	18.5	25.7	16.3	421.5
Внутригодовое потребление,U, м3/с	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30

 

Qр=13.4 м³/с (1975)

V=Qр*31*24*60*60=             *10⁶ м³

V₁=7.7*31*24*60*60= 20.6 *10⁶ м³

V₂=11.6*28*24*60*60= 28 *10⁶ м³

V₃=17.2*31*24*60*60= 46 *10⁶ м³

V₄=23.6*30*24*60*60= 61 *10⁶ м³

V₅=28.1*31*24*60*60= 75.2 *10⁶ м³

V₆=19.3*30*24*60*60= 50 *10⁶ м³

V₇=12.7*31*24*60*60= 34 *10⁶ м³

V₈=10.1*31*24*60*60= 27 *10⁶ м³

V₉=7.4*30*24*60*60= 19.2 *10⁶ м³

V₁₀=6.9*31*24*60*60= 18.5 *10⁶ м³

V₁₁=9.9*30*24*60*60= 25.7 *10⁶ м³

V₁₂=6.11*31*24*60*60= 20.6 *10⁶ м³

 

 

 

 

Неравномерность внутригодового распределения стока рек, ежегодно повторяющиеся периоды чередования  понижения и повышения расходов межени и половодья, несовпадение графиков отдачи и стока во времени обуславливают  необходимость регулирования стока  реки. Чтобы полнее использовать естественные водные ресурсы, приспособить их режим  к производственному режиму потребной  отдачи, речной сток регулируют водохранилищами.

Необходимость регулирования  стока реки устанавливается путем  сопоставления расчетного годового стока реки расчетной обеспеченности и годового объема хозяйственного водопотребления:

1. Если в отдельные месяцы V<U, следовательно, необходимо регулирование стока. В нашем случае, исходя из табл.4 видно, что в отдельные месяцы, например в январе, значение V<U (20,6м³<30м³/с). Следовательно, регулирование стока необходимо.
2. Если Vгода<Uгода, то достаточно сезонного регулирования стока. В нашем случае Vгода<Uгода (421,5м³<360м³/с). Достаточно сезонного регулирования стока.
3. Если Vгода>Uгода, то требуется проведение многолетнего регулирования стока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Характеристики водохранилища

Водохранилище- искусственный водоем, образованный водоподпорным сооружением на водотоке для хранения воды и регулирования стока. Водоподпорным сооружением (плотиной) водоток и его долина разделяются на два участка. На участке выше плотины до места сопряжения кривой подпора с расчетным уровнем водотока, повышаются уровни воды, снижаются скорости и образуется водохранилище. На участке ниже плотины в результате регулирования стока режим водотока нарушается и отличается от естественного. Размеры водохранилища определяются нормативными уровнями и объемами.

При регулировании стока, как правило, различают три предельных нормативных уровня: нормальный подпорный  уровень (НПУ)- максимальный проектный  уровень верхнего бьефа, который  может поддерживаться в нормальных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений; форсированный подпорный  уровень ФПУ; уровень мертвого объема (УМО)- проектный уровень максимальной технически допустимой сработки водохранилища, предусмотренной расчетом регулирования стока в условиях нормальной эксплуатации. Между форсированным и нормальным подпорным уровнем размещается емкость (объем форсирования) Vф, между нормальным подпорным уровнем и уровнем мертвого объема –полезная емкость (объем)-Vплз и между уровнем мертвого объема и подземным контуром чаши и водохранилища- мертвый объем Vм.о

Каждому водоему, проектируемому или находящемуся в эксплуатации, в зависимости от топографических  условий притока соответствует  определенная связь между уровнями воды V, площадями водной поверхности Ωи уровнями воды Н. Эту связь можно выразить зависимостями Ω=f₁(H) и V=f₂(H), которые называют кривыми площадей и объемов. Характеристику водохранилища строят в прямоугольных координатах: на оси ординат откладывают уровни, на оси абсцисс- площади и объемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Сезонно-годичное регулирование стока

При сезонно-годичном регулировании  речной сток перераспределяется водохранилищем в течение года. Ежегодно водохранилище  наполняется стоком предыдущего  календарного половодья, срабатывается  во время межени, наполняя ее сток до величины отдачи. Начальное и конечное наполнение за календарный год равно  мертвому объему. Цикл регулирования  стока ограничен водохозяйственным  годом, начинающимся с даты половодья, при которой расход отдачи и притока равны. В зависимости от требований потребителей выбирается расчетный год, водностью отвечающий заданной обеспеченности. Расчеты водохранилища с использованием данных гидрометрических наблюдений проводятся таблично-цифровым или графоаналитическими способами.

1. Таблично - цифровой способ расчета

Таблично- цифровой способ расчета позволяет при наличии исходных данных получать результаты регулирования, решая уравнение баланса воды по интервалам времени. Расчет производят по месячным интервалам времени в два этапа: предварительный- без учета потерь на фильтрацию и испарение и окончательный- с учетом последних. Расчет начинают с интервала, в котором сток превышает отдачу. Затем для каждого интервала времени вычисляют начальные и конечные наполнения. Конечные наполнения отдачи интервала являются начальными для последнего. За начальное наполнение принимают мертвый объем. На дату начала и окончания расчета конечное наполнение одно и то же.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

Расчет водохранилища  водного регулирования 

(объем стока, отдач,  потерь и наполнений в млн.м³)

Месяцы	Расчетный сток Vр, м3	Плановая Отдача, Uп, м3/с	Сток минус отдача Vр-Uп		Конечное наполнение Vк	Сброс S
			+∆в	-∆d
1	2	3	4	5	6	7
март	46	30	16	-	6.17	-
апрель	61	30	31	-	22.17	-
май	75.2	30	45.2	-	53.17	-
июнь	50	30	20	-	60.87	37.5
июль	34	30	4	-	60.87	20
август	27	30	-	3	60.87	4
сентябрь	19.2	30	-	10.8	57.87	-
октябрь	18.5	30	-	11.5	47.07	-
ноябрь	25.7	30	-	4.3	35.57	-
декабрь	16.3	30	-	13.7	31.27	-
январь	20.6	30	-	9.4	17.57	-
февраль	28	30	-	2	8.17	-
Итого:	421.5	360	130.2	Vплз=54.7	6.17	61.5

 

Определение величины МО производим по формуле:

Vмо=                  (млн.м³)

ρ- средняя многолетняя  мутность воды-90  г/м³=0.00009 т/м³

Q₀- 26.56 м³/с

t-расчетный срок эксплуатации водохранилища-90 лет

γ_н- объемный вес наносов, равный 1.1 т/м³

Подставив значения в формулу, найдем Vмо:

Vмо=   = (млн.м³)

Vплз=54.7 млн.м³

Vполн=Vплз+Vмо=60.87 млн.м³

 

 

 

4. Потери воды из водохранилища на испарение и фильтрацию.

Потери на фильтрацию происходят:

а)через тело грунтовой плотины и неплотности затворов водосбросных отверстий;

б) через основание плотины  и ее примыкания к берегам;

в) через грунты ложа и  берегов водохранилища.

Первые два вида потерь на фильтрацию определяются при проектировании сооружений гидроузла и для их уменьшения могут быть проведены  противофильтрационные мероприятия. При расчете потерь на фильтрацию через грунты ложа и берегов водохранилища  используют результаты гидрологических  исследований  в зоне создания водохранилища. При приближенных расчетах можно  принять потери на фильтрацию в виде слоя воды с наличной площади зеркала  водохранилища. Величину слоя фильтрации h_ф в год принимают при условиях: хороших- до 0.5 м; средних- 0.5-1.0 м, плохих- 1.0-2.0 м в год.

Объем потерь на фильтрацию Vф (м³/год) вычисляют по зависимости :

Vф= h_ф*Ω*10⁵=0.9*21.5*10⁵=1.93 млн.м³, где Ω- площадь зеркала водохранилища (км²), при некотором среднем наполнении водохранилища Vр:

Vр=(0.5-0.6)Vполн=0.5*60.87=30.4 млн.м³

Для определения Ω на рис. по расчетному объему Vр рассчитывают глубину наполнения водохранилища Н. При создании водохранилища в результате увеличения площади водной поверхности появляются дополнительные потери на испарение, которые выражены в виде слоя воды ∆Z, равного разнице величины испарения с поверхности воды и суши за один и тот же промежуток времени и составляет:

∆Z=Zв-Zс=70-40=30 мм, где Zв- слой испарения с водной поверхности, мм;

                                                 Zс- слой испарения с поверхности суши, мм;

Поверхность, с которой  происходит испарение, является площадью зеркала водохранилища, изменяется во времени в зависимости от его  наполнения.

Объем потерь на испарение  Vи (в м³) можно приближенно определить из выражения Vи=∆Z*Ω*10⁴=30*21.5*10⁴=6.45 млн.м³

С учетом потерь на фильтрацию и испарение величина полного  объема водохранилища будет равна:

Vполн= Vплз+Vф+Vи+Vмо=54.7+1.93+6.45+6.17=69.2 млн.м³

Т.к величина отдачи из водохранилища  складывается из годового объема хозяйственного водопотребления Vх.п, объема потерь на фильтрацию и испарение, то годовой объем стока Vг находят по формуле: