Водохранилище сезонного регулирования

катя211.dwg

Кривые объемов и площадей водохранилища
Поперечный разрез водохранилища
График работы водохранилища
Гидрограф среднемесячных расходов притока и потребления
Водохранилище сезонного регулирования

курсовой гидрология1.doc

Построение эмпирической кривой обеспеченности
(кривой распределения ежегодных вероятностей превышения) годового стока реки и подбор сглаживающей ее аналитической кривой ..стр. 3-5
Установление необходимости регулирования стока реки. Построение гидрографа среднемесячных расходов и потребления стр. 6-9
Определение параметров водохранилища сезонного (годового) регулирования . стр. 10-17 Заключение стр. 18
Литература . стр. 19
В связи с развитием промышленности ростом городов необходимостью интенсификации сельского хозяйства в последние годы уделяется большое внимание рациональному и экономному использованию водных ресурсов страны.
Гидрология – наука которая изучает свойства воды процессы протекающие в водных объектах к которым относятся с точки зрения водоснабжения реки водохранилища озера моря и подземные источники зависимость характеристик водных объектов от физико-географических факторов.
Естественный режим стока в большинстве случаев не совпадает с требованиями ряда отраслей народного хозяйства возникающими при использовании водотоков. Целесообразно направленное изменение режима водных объектов для достижения бесперебойного и надежного обеспечения водой населения промышленности и сельского хозяйства достигается регулированием речного стока. Искусственное регулирование стока осуществляется с помощью возведения плотин и создания водохранилищ с целью изменения режима естественного стока для удовлетворения нужд различных отраслей народного хозяйства. Сток регулируется путем накопления воды в водохранилище в период половодья и паводков и расходования воды в период превышения потребления над притоком. Важнейшая задача регулирования стока – определение объема водохранилища.
Основная задача данного курсового проекта – построение водохранилища сезонного регулирования. Принцип работы которого заключается в перераспределении стока из многоводных сезонов на маловодные внутри года. При этом водопотребление каждого года удовлетворяется стоком этого же года. Такое регулирование обусловлено внутригодовой неравномерностью стока.
Водохранилище наполняется в период наибольшего притока приуроченного к весенним и летне-осенним половодьям и паводкам в периоды межени водохранилище сбрасывается. Недостатки воды в маловодные сезоны компенсируются избытками воды в многоводные сезоны.
Сезонное регулирование является наиболее распространенным и применяется практически для удовлетворения запросов различных участников водохозяйственного комплекса.
Чтобы непосредственно перейти к расчету водохранилища сначала выполняем построение эмпирической кривой обеспеченности (кривой распределения ежегодных вероятностей превышения) годового стока реки и подбор сглаживающей ее аналитической кривой
Затем производим установление необходимости регулирования стока реки включающее расчет гидрографов притока и потребления.
Заключительный и самый важный этап - это определение параметров водохранилища годового регулирования который включает в себя следующие пункты:
-расчет морфометрических (батиграфических) кривых водохранилища;
-расчет полезного объема водохранилища годового регулирования таблично цифровым способом без учета потерь воды;
-расчет заиления и мертвого объема водохранилища;
-расчет потерь воды из водохранилища на испарение фильтрацию образование льда;
-расчет водохранилища с учетом потерь воды.
Построение эмпирической кривой обеспеченности (кривой распределения ежегодных вероятностей превышения) годового стока реки и подбор сглаживающей ее аналитической кривой.
Последовательность выполнения:
– образование хронологического ряда изучаемых величин;
– преобразование его в убывающий статистический ряд;
– проверка однородности включаемых величин;
– построение эмпирической кривой;
– определение параметров аналитической кривой;
– построение аналитической кривой;
– проверка сходимости аналитической кривой с эмпирической кривой;
– установка погрешности определения параметров.
Методика выполнения расчетов:
Из задания заношу в таблицу данные о средних значениях расходов воды за каждый из указанных календарный год. Выявляю пределы изменения годовых расходов воды за рассматриваемый период. Размещаю значения годовых расходов воды в убывающем порядке от наибольшего к наименьшему. Нахожу сумму значений расходов всех n членов убывающего ряда:
Определяю значение первого параметра данного ряда – его среднего арифметического:
Выражаю значения всех параметров убывающего ряда в модульных коэффициентах (в долях среднего значения):
Для контроля вычислений нахожу сумму значений Кi она равна числу членов ряда т.е. Кi = 30.
Выявляю нет ли в составе данного ряда нерепрезентативных (резко изменяющихся) членов вследствие естественных обстоятельств нехарактерных для периода наблюдений заданной продолжительности или вследствие каких то грубых ошибок. Для этого использую непараметрический критерий Диксона. Нахожу его значение для крайних членов выборки:
где К1 К3 – значения модульных коэффициентов первого и третьего ряда;
Кn Кn-2 – значение модульных коэффициентов последнего и третьего сзади членов ряда.
Т.к. одно из значений меньше 0366 то гипотеза об однородности членов принимается.
Расчет эмпирической кривой обеспеченности годового стока реки и исходных данных для определения статистики λ1 λ2 λ3.
Значения Ki всех членов ряда являются ординатами точек эмпирической кривой обеспеченности. Их абсциссы определяю по выражению:
n – общее число членов.
По полученным данным (piKi) наношу точки эмпирической кривой.
Визуально убеждаюсь что не осталось резко отклоняющихся точек свидетельствующих о неоднородности соответствующих членов. Из построенной кривой обеспеченности годового стока видно что резко отклоняющихся точек нет.
Для построения аналитической кривой обеспеченности два остальных ее параметра определяю методом наибольшего правдоподобия. Для этого вычисляю значения второй и третьей логарифмических статистик:
По номограммам определяют значения параметров Сv и Cs аналитической кривой обеспеченности трехпараметрического гамма-распределения. Сv = 026 и Cs = 4Сv
Пользуясь таблицами ординат кривых трех параметрического гамма-распределения и прибегая к интерполяции определяю координаты аналитической кривой с соотношением СsСv. Эту кривую совмещают на одном графике с эмпирической кривой и визуально оценивают степень согласования.
Координаты аналитической кривой обеспеченности годового стока.
Относительную среднеквадратичную погрешность определения параметров кривой обеспеченности устанавливаю по выражениям:
– для среднего значения:
– для коэффициента Сv:
Следует отметитьостаточна ли продолжительность наблюдений в n лет для
обеспечения в условиях данной изменчивости стока допустимой погрешности
Установление необходимости регулирования стока реки. Построение гидрографа среднемесячных расходов и потребления.
– определение минимального допускаемого расхода по условиям требований охраны природы;
– определение общих потребностей в воде;
– определение приточности воды в расчетный маловодный год;
– построение гидрографа среднемесячных расходов и потребления;
– подготовка других исходных данных.
Порядок выполнения расчетов:
Приведенные в задании данные отражают суммарные потребности в воде для различных целей (технического водоснабжения гидроэнергетики регулирования водного режима мелиорируемых земель). Кроме того проверяют достаточны ли утилитарные пропуски в нижний бьеф для обеспечения требований охраны природы.
В условиях РБ необходимо чтобы расходы воды в реках не допускались ниже минимально допустимых:
где Ммин.мес. – модуль минимального месячного стока л(с*км2) значения которого беру из задания для летне-осенней и зимней межени.
Площадь F = 3100 км2.
Межень летне-осенняя Ммин.мес. = 186 л(с*км2); CV = 043; CS = 12.
Межень зимняя Ммин.мес. = 225 л(с*км2); CV = 032; CS = 043.
Величину Qмин.доп определяю для летне-осенней и зимней межени.
Для определения модульного коэффициента К95 используют соответствующую таблицу координат аналитических кривых обеспеченности при заданных CV и CS для летне-осенней и зимней межени.
Летне-осенняя межень: Зимняя межень:
CS CV = 3. CS CV = 15.
К95 = 0636. К95 = 0604.
Продолжительность соответствующих месяцев составляет 268; 242 или 259 млн.с ( в зависимости от числа суток).
Определение потребностей в воде
Утилитарные потребности в воде Q м3с
Попуск в н.б. для целей охраны природы Qмин.доп. м3с
Расчетный попуск в н.б. Q м3с
Суммарные потребности в воде
Забор из верхнего бьефа
Попуск в нижний бьеф
Полагая что среди водопотребителей и водопользователей имеются принадлежащие к I категории надежности в качестве расчетной принимаем приточность маловодного года 95 %-й обеспеченности. Средний для такого года расход нахожу по построенной в первой части проекта аналитической кривой годового стока:
Объем стока за расчетный маловодный год определяю по выражению:
где 3154 – продолжительность года млн.с.
Сопоставление этой величины с суммарными потребностями в воде показывает возможность обеспечения их водными ресурсами. Т.к. суммарные потребности меньше стока расчетного маловодного года то регулирование стока обеспечивают созданием водохранилища сезонного регулирования.
Используя типовое внутригодовое распределение стока переношу относительные значения месячного стока wi (в %) а затем абсолютные значения вычисляю по выражению:
Контролем правильности вычисления является совпадение сумм месячных значений за год соответственно со 100% и Wгод.95.
Нахожу среднемесячный расход:
Среднемесячный расход стока
Месячный сток от годового стока заданной обеспеченности wi %
Объем стока за месяц Wм млн.м3
Количество секунд в месяце t млн.с
Среднемесячный расход Qср.мес м3с
На основании таблиц строю гидрограф среднемесячных расходов притока и потребления.
Определение параметров водохранилища сезонного (годового) регулирования.
– расчет и построение морфометрических кривых водохранилища;
– расчет полезной емкости водохранилища таблично-цифровым способом;
– определение мертвого и полного объемов водохранилища;
– расчет потерь воды из водохранилища;
– определение полезного объема с учетом потерь;
– построение графика работы водохранилища.
Расчет морфометрических (батиграфических) кривых водохранилища:
К основным морфометрическим характеристикам водохранилища относят батиграфические зависимости площади водной поверхности и объема воды V в водохранилище от уровня H или глубины h в нем. Кривую = (H) или = (h) называют кривой площадей водной поверхности водохранилища; кривую V = V(H) или V = V(h) – кривой объемов водохранилища а вместе – батиграфическими кривыми.
Среднюю площадь зеркала
вычисляю по формуле:
Высоту слоя между соседними горизонталями
Объем слоя нахожу по формуле:
Для 1-го природного слоя объем
определяю по формуле усеченного параболоида:
Объем водохранилища для первой горизонтали: V=V1 а для последующих V=Vi+Vi+1.
Координаты кривых объемов и площадей водохранилища
Отметки уровня водохр.Н м
Площадь зеркала 10*6 м2
Средняя площадь зеркала 106м2
Объем водохранилища V106 м3
По данным таблицы строю кривые объемов и площадей водохранилища.
Расчет полезного объема водохранилища таблично-цифровым способом без учета потерь:
Определение параметров водохранилища можно вести двумя способами: графическим и таблично-цифровым. Графический способ основан на использовании интеграционных кривых стока и потребления. На практике он применяется редко.
Балансовые расчеты водохранилищ таблично-цифровым способом широко распространены в практике водохозяйственного проектирования. Формы таблиц могут быть различны и отличаются главным образом последовательностью вычислений и способами учета потерь воды при регулировании стока.
Вначале выбираю месяц на исходе межени (апрель) в конце которого можно полностью (до нуля) сработать воду в пределах полезной емкости. Затем начиная с этого месяца последовательно прибавляем значения дефицитов и определяем объем воды который может покрыть все дефициты до конца межени. Этот объем воды представляющий наибольшую сумму дефицитов и является полезным объемом водохранилища Vплз (без учета потерь). Потом расчет состоит в проверке возможности заполнения установленной емкости. Он ведется с месяца следующего за месяцем полной сработки полезной емкости (май). Если сумма избытков превышает полезный объем то записываю установленное выше его значение а остальную часть избытков воды направляю в холостой сброс.
Расчет полезного объема водохранилища без учета потерь воды.
Потребности в воде(отдача)
Наполнение без учета потерь
Отдача воды в пределах полезного объема в конце месяцаUkiмлн.м3
Контролем правильности расчетов является баланс сумм годового притока годовой потребности (отдачи) и всех холостых сбросов т. е. Wp = U + Vсб .
Расчет заиления и мертвого объема водохранилища:
Процесс отложения наносов в водохранилище называется заилением. При расчетах заиления в качестве основной характеристики принимают срок службы водохранилища tсл - время в течение которого наносами заполняется мертвый объем но при этом обеспечивается необходимая подача воды потребителям из регулирующей емкости. При заданном сроке tсл может решаться задача по назначению соответствующего мертвого объема Vмо. Для водохранилищ сооружаемых для целей водоснабжения примем tсл = 50 лет.
Среднемноголетний объем наносов Vн реки впадающий в водохранилище в общем виде можно представить как сумму объемов взвешенных Vвзв и влекомых (донных) наносов Vвл :
Определяю средний расход взвешенных наносов Rн по формуле:
– среднемноголетний расход воды м3с;
ρ0 – среднемноголетняя мутность воды принимаемая равной 330 гм3.
Определяю среднемноголетний объем за год взвешенных наносов по зависимости:
ρвзв – плотность отложений из взвешенных наносов которую мы принимаем равной 1250 кгм3:
Определяю объем взвешенных наносов заполняющий ложе водохранилища за tсл = 50 лет по зависимости:
– транзитная часть взвешенных наносов выносимых в н.б. принимаемая равной 027 соответственно (1-) – та часть наносов которая отложится в водохранилище.
Определяю объем влекомых по дну наносов заполняющий ложе водохранилища за tсл лет по зависимости:
– отношение массы влекомых наносов к массе взвешенных наносов принимаемое 008.
ρвл – плотность влекомых наносов равная 1500 кгм3.
Определяю объем водохранилища занимаемый взвешенными и влекомыми наносами как сумму:
Принимаю из условия заиления водохранилища мертвый объем Vмо = Vн.
Проверяю необходимый мертвый объем водохранилища исходя из санитарно-технических требований и с учетом опыта эксплуатации водоемов в РБ чтобы мертвый объем был не менее 03Vплз. Т.к. рассчитанный из условий заиления Vмо03Vплз (03Vплз = 10357 млн.м3 а Vмо = 3107 млн.м3) принимаю окончательно за расчетный Vмо = 03Vплз.
Следовательно за мертвый объем принимаем значение 03Vплз = 10357 млн.м3.
Контролем правильности расчетов является баланс сумм годового притока годовой потребности (отдачи) и все холостых сбросов.
Зная значения полного и мертвого объемов по батиграфическим кривым определяю соответствующие полному объему Vнпу и мертвому объему Vмо уровни: НПУ – нормальный подпорный уровень и УМО – уровень мертвого объема и площади зеркала водохранилища соответствующие этим уровням: нпу и умо.
ННПУ = 1641 м НУМО = 1611 м НПУ = 414км2 УМО = 127 км2
Расчет потерь воды из водохранилища.
Потери на испарение:
Сначала вычисляю среднегодовой слой испарения заданной обеспеченности с поверхности зеркала водохранилища за безледоставный период:
Ep = KpE20KнKзKw=125*500*092*08*126=580мм
где Kp = 125 – модульный коэффициент соответствующий заданной обеспеченности (Р) испарения.
Е20 – слой среднемноголетнего испарения с бассейна-эталона площадью 20 км2 принимаем равным 500 мм в год.
Кн – поправочный коэффициент на глубину который рассчитывается по формуле:
Н = Ннпу – Н0 = 1666 – 1577 = 89 м.
Кн принимается равным 092
Кз – коэффициент защищенности равный для Беларуси 08
Kw – поправочный коэффициент на площадь водоема равный 126.
Расчетный слой дополнительного испарения за год с учетом слоя осадков нахожу по формуле:
где К(100-р) – модульный коэффициент слоя осадков обеспеченных на (100-р) % (р-обеспеченность испарения принимаемая равной 5%) для условий Беларуси можно принять К95 =0.7;
Х – среднемноголетний слой осадков для Беларуси Х = 650 мм в год;
αс - коэффициент стока со склонов речной долины для средних условий принимаемый равным: 0.5 - для весны; 0.2 - для лета; 0.4 - для осени.
Объем испарения для каждого месяца нахожу по формуле:
где Ерi – дополнительное испарение за месяц которое принимается как часть испарения за год Ер в соответствии с его внутригодовым распределением. ср.i – среднее значение площади зеркала водохранилища на начало и конец данного месяца (значение площади водохранилища на начало и конец каждого месяца нахожу по батиграфическим кривым).
Потери на фильтрацию:
Потери включают утечки через тело плотины под плотиной а главным образом через борта и ложе водохранилища. Весьма приближенно ожидаемые потери на фильтрацию выражаемые через некоторый слой воды теряемый с поверхности зеркала водохранилища (hф) и считаю их равномерно распределенными в течение года.
Следовательно годовой объем потерь:
где средние гидрогеологические условия hф = 05 м
месячные потери соответственно 12 раз меньше.
Потери воды из водохранилища.
Площадь зеркала воды в водохранилищекм2
Потери на льдообразование:
Потери могут быть возвратными и безвозвратными. Первый вид потерь имеет место при сработке водохранилища в зимнее время когда уровень падает и часть льда оседает на берегах. Однако при расчете сезонного регулирования их следует принимать во внимание поскольку уменьшается запас воды в водохранилище в самый напряженный период зимней межени.
Объем потерь на льдообразование за i-й месяц составляет:
- разность площадей зеркала водохранилища в начале и конце i-го месяца в период ледостава м2.
– толщина льда в конце конце i-го месяца м определяю по
- модуль суммы среднемесячных отрицательных температур воздуха с начала ледостава по i-й месяц включительно
Таблица среднемесячных температур воздуха в период льдообразования ºС.
Наименование бассейна реки
- относительная плотность льда 0916.
- коэффициент постепенности нарастания льда принимаемый равный 065.
Расчет водохранилища с учетом потерь и построение графика его работы.
Расчетный сток Wpмлн.м3
Объем потерь Vпотмлн.м3
Отдача с учетом потерь U+Vпотмлн.м3
Наполнение с учетом потерь
объем воды в конце месяца Vкмлн.м3
холостой сброс Vсбмлн.м3
Правильность вычислений проверяю по составленному уравнению баланса за год:
По данным таблично-цифрового расчета строю график работы водохранилища.
Основными задачами теории регулирования стока являются: гидравлические расчеты выполняемые при проектировании водохранилищ для определения основных гидравлических характеристик водного объекта а также их изменения при регулировании стока; водохранимичные расчеты по определению основных размеров водохранилища.
Кроме этого большое внимание уделяется анализу сопутствующих явлений вызываемых естественного режима реки при сооружении водохранилища. К ним относятся: потери воды на фильтрацию и испарение отложение насосов и заиление водохранилища уровненного и ледового режима. В результате проделанной работы были установлены следующие параметры водохранилища.
Установлена необходимость регулирования стока реки водохранилищем сезонного регулирования с однократным режимом работы.
Мертвый объем водохранилища:
Полезный объем водохранилища:
Полный объем водохранилища:
Форсированный подпорный уровень для курсового проекта принимаем 1 м от нормального подпорного уровня (НФПУ = 1659м).
Регулирование стока обеспечивается созданием водохранилища сезонного регулирования с однократным режимом работы.
График работы водохранилища приведен на ватмане.
На чертеже так же представлены: план водохранилища и схема плотин батиграфические кривые объемов и площадей водохранилища гидрограф среднемесячных расходов притока и потребления.
) Методические указания к выполнению курсового проекта “Водохранилище сезонного регулирования” по курсу “Гидрология и регулирование стоков” для студентов очной и заочной форм обучения специальности Т 19.06.00-ПГУ 2000г.
) Гидрология гидротехнические сооружения Под. Ред. Смирнова-М. Высшая школа 1988-472