Расчет водохранилища сезонно–годичного регулирования

Федеральное агентство по образованию Читинский государственный университет Кафедра ВХ и ИЭ Курсовая работа по дисциплине РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЧНОГО СТОКА Расчет водохранилища сезонно-годичного регулирования Выполнил: студент группы ОВ-07

Пушкарев В.А.

Чита 2010

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ПОРЯДОК РАСЧЕТА ВОДОХРАНИЛИЩА СЕЗОННО-ГОДИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

1.Построение батиграфических кривых водохранилища

2.Определение минимального уровня воды УМО

3.Расчет водохранилища сезонно-годичного регулирования стока

4.Балансовый таблично-цифровой расчет

5.Графический расчет

6.Построение графиков работы водохранилища по I и II вариантам регулирования

7 Определение регулирующего влияния водохранилища на максимальный сток ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Сток большинства рек за короткий период половодья или паводка составляет 50…90% суммарного годового объема. Некоторые реки в засушливый период полностью пересыхают, а зимой промерзают. Наряду с сезонной неравномерностью стока выделяют и годовую. Естественный режим речного стока в большинстве случаев не соответствует режиму водопользования. В целях бесперебойного и надежного обеспечения водой населения, промышленности и сельского хозяйства необходимо воздействие на естественный режим стока, т. е. его регулирование. Регулированием речного стока называют искусственное перераспределение стока во времени в соответствии с требованиями водопотребления.

Основными разделами и задачами теории регулирования стока являются гидрологические расчеты, выполняемые при проектировании водохранилищ для определения основных гидрологических характеристик водного объекта, а также их изменения при регулировании стока; водохозяйственные расчеты по определению основных размеров водохранилища, обеспечивающих получение наиболее выгодного водохозяйственного эффекта в соответствии с запросами на воду и к режиму перераспределения со стороны водопотребителей и водопользователей; использование водных ресурсов, т. е. разработка правил регулирования стока в соответствии с правилами эксплуатации водохранилища.

Кроме этих основных задач большое внимание уделяется анализу сопутствующих явлений: потери воды на фильтрацию и испарение, отложение наносов и заиление водохранилищ, изменение уровневого и ледового режимов, при этом особое внимание уделяется изменению качества воды в водохранилище с течением времени.

По продолжительности различают суточное, недельное, краткосрочное, сезонное (годичное) и многолетнее регулирование стока.

1. Построение батиграфических кривых водохранилища Определение этих характеристик проводят путем обработки топографических планов района затопления, причем для каждого проектируемого гидроузла составляют характеристики для разных вариантов створов и на основе технико-экономических расчетов выбирают оптимальный вариант.

Таблица 1

Для установления зависимости V=V (H) определяются объемы по слоям:

Для построения кривой средних глубин водохранилища hср, определяют средние глубины при различных уровнях наполнений:

hср. =Vi/ Щi;

Площадь литорали — это площадь мелководья с глубиной 2 м и менее Критерий литорали — отношение площади литорали к площади зеркала водохранилища, при этой же отметке.

Минимально допустимый уровень воды в водохранилище соответствует уровню мертвого объема УМО. Мертвый объем водохранилища расположен ниже уровня наибольшего возможного опорожнения водохранилища и необходим для его нормальной эксплуатации.

2.Определение минимального уровня воды УМО Мертвый объем определяют из ряда условий: а) санитарно-технических;

б) заиления; в) условия обеспечения командования над оросительными каналами; г) напора на ГЭС; д) судоходства; е) рыбоводства.

Вычисляем мертвый объем водохранилища Vумо и соответствующий ему уровень воды Hумо из условий выполнения санитарно-технических требований, обеспечения необходимого качества воды и допустимого срока заиления. По санитарно-техническим условиям средняя глубина воды в водохранилище при минимальном его наполнении должна быть не менее 2,5 м. По кривой hср, находим 2,5 м и определяем уровень h=125м абс., при котором объем воды в водохранилище Vумо=48 млн. мі, используя кривую L?(Н), устанавливаем, что при уровне воды h=125м абс., L?=0,428, что больше чем 0,35. Следовательно, необходимо выполнить обвалование берегов водохранилища и снизить критерий литорали до 0,35.

Допустимый срок заиления для малых водохранилищ 87,27лет. В нашем случае время заиления объема водохранилища, удовлетворяющее санитарнотехническим требованиям и необходимому качеству воды, больше 50лет.

Поэтому окончательно принимаем Нумо= 125 м абс. и Vумо= 48 млн. мі

3 Расчет водохранилища сезонно-годичного регулирования стока Сущность сезонного регулирования стока состоит в накоплении воды в водохранилище в многоводные периоды года с целью покрытия недостатков в притоке над потреблением в маловодные периоды.

Отличительной особенностью сезонного регулирования является использование стока только в пределах одного водохозяйственного года, причем размер потребления ниже расчетного стока заданной вероятности превышения. Различают прямую и обратную задачи при расчетах регулирования стока. В обратной задаче определяют фактическую отдачу при заданном условиями проектирования полезном объеме водохранилища.

В прямой задаче находят полезную емкость водохранилища при известном притоке, плановой отдаче, величинах потерь воды и начальном наполнении. Период, в течении которого происходит заполнение емкости, называется периодом накопления; периоду частичного или полного опорожнения соответствует обработка. Избытки стока над потреблением сбрасываются без использования на полезные цели в нижний бьеф и называются холостыми сбросами.

Полезный объем водохранилища определяют путем сопоставления расчетного стока и полезной отдачи. Из прил. 2 и 3 выписываем данные стока (W) и отдачи (U) по вариантам.

Чередование периодов накопления и последующей сработки называется тактом работы водохранилища.

Таблица 2

Начало расчетного водохозяйственного года приходится на момент, когда сток начинает превышать потребление (в нашем случае — с октября месяца).

Так как недостаток стока? d есть единственный в течении года, то его величина дает нам необходимый полезный объем нашего водохранилища, т. е.

Vплз=?d =127 млн

Полный объем водохранилища

Vплн=Vнпу=Vплз+Vумо = 127+48 =175 млн

По батиграфическим кривым находим уровень Ннпу=130м

4. Балансовый таблично-цифровой расчет Расчет производим в 2этапа: предварительный — без учета потерь воды на испарение и фильтрацию и окончательный — с учетом последних. В графу 1 табл.3 выписываем месяцы по водохозяйственному году, в графу 2 — расчетный сток заданной вероятности превышения в месячных объемах W выписываем из табл.2, в графу 3 — плановую отдачу U, в графе 4 определяем избытки (W-U со знаком плюс), в графе 5 — недостатки (дефициты) (W-U со знаком минус). В графе 6 проводим расчет конечных наполнений по 1варианту регулирования, т. е. водохранилище наполняется до V_НПУ за счет первых избытков и только после этого излишки воды сбрасываются через водосбросное сооружение. Расчет по этому варианту выполняют в хронологической последовательности (по ходу времени), вычисляя объемы наполнений и сбросов на конец каждого месяца. По 2 варианту правил регулирования вначале при уровне Н_УМО сбрасываются излишки воды, а затем водохранилище заполняется до НПУ. Расчет по этому варианту ведут против хода времени от момента, когда в водохранилище содержится только мертвый объем, последовательно вычисляя объемы наполнений и сбросов на начало каждого месяца.

Расчет будем производить по 1варианту, т.к. этот вариант наиболее надежный и его применение выгодней по условиям поддержания напора. Однако, при работе водохранилище быстрее заиляется, увеличиваются потери воды из водохранилища и усложняется производство гидравлических промывок и ремонтных работ. Выписываем в графу 6 в 1-й строчке мертвый объем V_УМО.

Суммарный годовой объем сброса равен разности годовых объемов стока и полезной отдаче.

Пример расчета приведен в табл.2.

По 2варианту вначале проводят холостые сбросы, а затем водохранилище наполняют до V_НПУ. Этот вариант предусматривает мощные водовыпуски, способные пропустить большие расходы на подъеме половодья. Однако потери воды существенно уменьшаются.

Расчет по 2 варианту правил регулирования проводят против хода времени, начиная с последнего месяца водохозяйственного года, ниже которого в графу 9 записывают V_К=V_УМО.

Расчет по второму зависимости:

Vн =Vк.-(W-U);

Дефициты стока прибавляем, избытки вычитаем, сбросы осуществляем при мёртвом объёме. При этом выполняются следующие условия:

Если Vн

Если Vн> Vнпу, то Vк =Vнпу;

Если Vн

Контроль вычислений УW-УU=УS;

Второй этап расчёта включает определение потерь. В работе этот расчёт ограничивается первым приближением и проводится по I варианту правил регулирования.

По данным прил. 5 строят график зависимости? =ѓ() для площади ?=100. И по средним значениям площади зеркала определяют объем потерь П (рис.5). В графе 12 вычисляем средние объем.

где , — соответственно объемы водохранилища в начале и конце месяца.

Среднюю площадь зеркала находим по объемной характеристике V=V (H) в зависимости от среднего объема. Определяем объемы избытков и дефицитов за каждый месяц с учетом потерь (из избытков потери вычитаем, а к дефицитам прибавляем).

Находим полезный объем водохранилища с учетом потерь по уже изложенным нами правилам

V’плз= Дd=170,5 млн

По батиграфическим кривым определяем

Дальнейший расчет аналогичен рассмотренному ранее (графы 15,16,17,18). При детальных расчетах производится несколько приближений до полной стабилизации потерь воды. Правильность вычислений проверяют по балансу воды за год УW-УU-УП-УS'=0,

где УП-сумма потерь графы 14; УS'- сумма сбросов графы 18;

Vумо= 48 млн. мі; Vплз= 127 млн. мі; Vплн= 175 млн. мі; V’плз=170,5 млн. мі.

Таблица 3

Расчет водохранилища сезонного регулирования (объемы стока, отдач, потерь и наполнений в млн. мі)

V_УМО=48 млн. м³; VПЛЗ=127 млн. м³; V_ПЛН=175млн.м³ V_ПЛЗ'=170,5млн.м³

6.Построение графиков работы водохранилища по І и ІІ вариантам регулирования От нулевой линии (линии мертвого объема) вверх откладываем избытки, вниз — недостатки в виде ступенчатого графика.

Далее, начиная от нуля, по концам интервалов (месяцев) наносим график конечных наполнений (графа 7 по І варианту и графа 10 по ІІ варианту). Избытки, идущие на сброс, заштриховываем. В те месяцы, когда часть избытка расходуется на наполнение, а часть — на сброс, определяем долю сброса и ее соответственно заштриховываем, а график наполнений уточняем.

Построение графика работы водохранилища по I варианту графического расчета (разностная интегральная (суммарная) кривая) строится так: из каждой точки перегиба проводят вниз вертикальные (вспомогательные) линии; от начала координат (от нуля) откладывают ординату, равную, и от этой точки чертят горизонтальную линию до пересечения с первой вертикальной линией.

Точка пересечения горизонтальной линии с разностной суммарной кривой дает начало первого сброса, а пересечение с вертикалью — конец его. В период сброса водохранилище стоит наполненным до .

С первой точки перегиба проводят горизонтальную линию до второй вертикали. Пересечение этой линии с разностной суммарной кривой дает начало второго сброса.

От первой, а также от второй точки перегиба (в зависимости от такта работы водохранилища) откладывают вниз и находят период заполнения водохранилища.

Начало сработки водохранилища соответствует концу сброса. Объемы сбросов равны их конечным ординатам.

Построение графика работы водохранилища по II варианту регулирования (полная интегральная (суммарная) кривая) начинается с момента, когда =0, т. е. от крайней правой точки кривой проводим влево нижнюю касательную, параллельную кривой и до пересечения с кривой. Эта точка будет соответствовать концу сброса и началу наполнения.

7. Определение регулирующего влияния водохранилища на максимальный сток В работе расчет производим по упрощенному методу Д. И. Кочергина. Гидрограф половодья принимаем треугольной формы, конструкцию сборных сооружений — водослив без затворов, отметка гребня водослива совмещена с НПУ, к началу половодья водохранилище наполнено до НПУ; потери на фильтрацию, испарение и полезную отдачу не учитываем. Сбросной расход qсб определяем по формуле

Vф

qсб =Qmax*(1 — Wп),

где Qmax — расчетный максимальный расход равный 1260 мі/с;

Wп — объем половодья (паводка), определяемый по формуле

Wп =* Qmax * Т, где Т — продолжительность паводка в секундах — т. е. 86 400 с*tсут.

Wп= Ѕ*1260*86 400*24=1306,4млн. мі

Схема расчета.

1. Задаемся величиной слоя форсировки

hф= 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 м.

2. Для каждого слоя по батиграфической кривой находим

;

3. Определяем

4. Vнпу=130 м

Н0,5 = Ннпу + 0,5 = 130,5 м Н1,0 = Ннпу + 1,0 = 131 м Н1,5 = Ннпу + 1,5 = 131,5 м Н2,0 = Ннпу + 2,0 =132 м Н2,5 = Ннпу + 2,5 = 132,5 м

4. По батиграфической кривой находим Vфпу используя данные Нфпу.

1) Vфпу=240;

2) Vфпу=260;

3) Vфпу=300;

4) Vфпу=320;

5) Vфпу=360.

5. Подставляем данные в формулу и находим Vф= Vфпу-Vплн

Vф0,5 = 240 — 175 = 65 млн мі;

Vф1,0 = 260 -175= 85 млн мі;

Vф1,5 = 300- 175= 125 млн мі;

Vф2,0 = 320 -175 = 145 млн мі;

Vф2,5 = 360 — 175= 185 млн мі;

6. По формуле для каждого hф вычисляем qсб

1)qсб 0,5 = 1260* (1 — 65 /1306,4) = 1197 мі/с;

2)qсб 1,0 = 1260*(1−85/1306,4)=1178,1 мі/с;

3)qсб 1,5 = 1260*(1−0,0957)=1139,418мі/с;

4)qсб 2,0 = 1260*(1−111)=1120,47 мі/с;

5)qсб 2,5 = 1260*(1−0,142)=1081,08 мі/с.

7. Строим кривую сбросных расходов

8. Определяем расходы, пропускаемые водосливом с широким порогом, задаваясь различной шириной водослива в = 200; 300; 400 м., по формуле где m = 0.42

Вычисления сводим в таблицу Таблица 5. Расчет расходов через водослив

В нашем случае

hф = 2,2 м при в = 200 м, qсб = 1100 мі/с.

Форсированный уровень

ФПУ = НПУ + hф = 130 + 2,2 м = 132.2 м абс., что соответствует максимальному объему водохранилища 340 млн. мі.

Строим график гидрографического половодья.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был проведен расчет водохранилища сезонно — годичного регулирования, для чего, в первую очередь, построили батиграфические кривые водохранилища, по которым определили

Vумо= 48 млн. мі.

Нумо= 125 м. абс.

Затем определили полезный объем водохранилища

Vплз= 127 млн. мі. ,

т. е. объем воды, который накапливается в многоводный период года и покрывает недостатки в притоке над потреблением в маловодный период. Полный объем водохранилища

Vплн=Vнпу=175 млн. мі.

соответствует уровню Ннпу=130м.

Определили режим работы водохранилища (конечные наполнения и холостые сбросы) при заданных условиях регулирования. Расчет производили по месячным интервалам времени для водохозяйственного года. Полезный объем с учетом потерь

V’плз= 170,5 млн. мі.

Построили разностную и полную интегральные кривые, и графики работы водохранилища по I и II вариантам регулирования.

Наряду с повышением стока в маловодные периоды, перед регулированием ставится задача — снижение максимальных расходов сбрасываемых в форсированный уровень

ФПУ= 132,2 м. абс.,

что соответствует максимальному объему водохранилища

Vmax= 340 млн. мі.

регулирование сток батиграфический водохранилище

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

регулирование сток водохранилище

1. Железняков Г. В., Неговская Т. А., Овчаров Е. Е. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока — М.: Колос, 1984. — 432 с.

2. Захаровская Н. Н. Гидрология, гидрометрия и регулирования стока/Метод. указ. — М.: Московский гидромелиоративный институт, 1978. — 77с.

3. Курсовая работа по регулированию речного стока (ч. 3): Метод. указ. — Чита: ЧитГТУ, 1998. — 31 с.

4. Овчаров Е. Е., Захоровская Н. Н. Гидрология и гидрометрия — Л.: Гидрометеоиздат, 1986. — 132 с.

5. Практикум по гидрологии, гидрометрии и регулированию стока /Под ред. Е. Овчарова — М.: Агропромиздат, 1988. — 224 с.

6. Смирнов Г. Н., Курлович Е. В., Витрешко И. А. и др. Гидрология и гидротехнические сооружения: Учеб. для вузов по спец. «Водоснабжение и канализация» — М.: Высш. шк., 1988. — 472 с.