Расчет водохранилища сезонно–годичного регулирования

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

.Построение батиграфических кривых водохранилища

.Определение минимального уровня воды УМО

.Расчет водохранилища сезонно-годичного регулирования стока

.Балансовый таблично-цифровой расчет

.Графический расчет

.Построение графиков работы водохранилища по I и II вариантам регулирования

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/ Ωi;

Площадь литорали - это площадь мелководья с глубиной 2м 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.

.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 2,5м. По кривой hср, находим 2,5 м и определяем уровень h=125м абс., при котором объем воды в водохранилище Vумо=48 млн.м³, используя кривую LΩ(Н), устанавливаем, что при уровне воды h=125м абс., LΩ=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 санитарно- техническим требованиям и необходимому качеству воды, больше 50лет.

Поэтому окончательно принимаем Нумо= 125м абс. и Vумо= 48 млн.м³

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 <Vнпу, то Vк =Vн;

Если Vн> Vнпу, то Vк =Vнпу;

Если Vн <Vумо, то Vк =Vумо, а разность Vумо- Vн=S;

Контроль вычислений ΣW-ΣU=ΣS;

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 Ω =ƒ() для площади Ω=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= Δd=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

ΣW-ΣU-ΣП-ΣS’=0,

где ΣП-сумма потерь графы 14; ΣS’- сумма сбросов графы 18;

умо= 48 млн. м³; Vплз= 127 млн. м³; Vплн= 175 млн. м³; V'плз=170,5 млн. м³.

Таблица 3

Расчет водохранилища сезонного регулирования (объемы стока, отдач, потерь и наполнений в млн. м³)

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 м³/с;п - объем половодья(паводка), определяемый по формуле

п =* Qmax * Т,

где Т - продолжительность паводка в секундах - т. е. 86400 с*tсут.

п= ½*1260*86400*24=1306,4млн. м³

Схема расчета.

1.       Задаемся величиной слоя форсировки

ф= 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

. 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

ф0,5 = 240 - 175 = 65 млн м³;ф1,0 = 260 -175= 85 млн м³;ф1,5 = 300- 175= 125 млн м³;ф2,0 = 320 -175 = 145 млн м³;ф2,5 = 360 - 175= 185 млн м³;

. По формуле для каждого hф вычисляем qсб

)qсб 0,5 = 1260* (1 - 65 /1306,4) = 1197 м³/с;

)qсб 1,0 = 1260*(1-85/1306,4)=1178,1 м³/с;

)qсб 1,5 = 1260*(1-0,0957)=1139,418м³/с;

)qсб 2,0 = 1260*(1-111)=1120,47 м³/с;

)qсб 2,5 = 1260*(1-0,142)=1081,08 м³/с.

. Строим кривую сбросных расходов

. 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

ф = 2,2 м при в = 200 м, qсб = 1100 м³/с.

Форсированный уровень

ФПУ = НПУ + hф = 130 + 2,2м = 132.2 м абс., что соответствует максимальному объему водохранилища 340 млн. м³.

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. м³.

Нумо= 125м. абс.

Затем определили полезный объем водохранилища

плз= 127 млн. м³. ,

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

плн=Vнпу=175 млн. м³.

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

'плз= 170,5 млн. м³.

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

= 340 млн. м³.

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.

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

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

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

.        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.