Расчет среднегодового расхода воды заданной вероятности превышения

 

 

По характеристикам водохранилища (таблица 2.1) строятся графики кривой объема W=f(H) и кривой зеркала W=f(H) рисунок 2.  
2.3   Расчёт мертвого объёма водохранилища

Мертвый объём водохранилища представляет собой нижнюю часть емкости водохранилища, которая не участвует в процессах регулирования стока. Емкость мертвого объёма определяется объемом наносов и учетом нормальной эксплуатации водоподпорного сооружения.                                                                                                                           

,                                                                                                                         (2.5)

где - объем наносов, k=3 – коэффициент учёта влекомых наносов, принимается равным 2¸5 (больше для горных районов и меньше для равнинных); ρ=30 г/м3 – мутность воды (по заданию); Q0=45,66 м3/c – средний многолетний расход (по разделу 1.1); ρ=0,4 – пористость отложившихся наносов; g – удельный вес частиц насосов, принимается равным 2,3¸2,8 т/м3, g=2,68 т/м3; T1=100 лет – планируемый срок службы водохранилища (по заданию).

млн м3

При WH=8,06 млн м3 (по графику W=f(H) и W=ƒ(H) рисунок 3): WH=1,94 км2, HH=640,5 м.

Для того чтобы при мертвом объеме продолжалось водоснабжение нам следует рассчитать запас и прибавить его к уровню наносов:

                                                                                                            (2.6)

м

При HMO=642,7 м (по графику W=f(H) и W=ƒ(H) рисунок 3): Wмо=13,5 млн м3, Wмо=2,8 км2

По графику W=f(H) и W=ƒ(H) (рисунок 3): hср=4,8 м, что удовлетворяет санитарно-техническим условиям (>2,5 м).

 

 

 

2.4   Определение полного объема водохранилища

Водохранилище служит для регулирования стока при его хозяйственном использовании. Понятие регулирования стока устанавливается исходя из водобалансового соотношения: , где - изменение запаса воды в водохранилище за интервал времени; k – объём стока за этот же интервал; a - водопотребление; u – потери из водохранилища.

Полезная емкость водохранилища b получается при изменении за n период лет:

                                                                                                                         (2.7)

Следовательно, регулирование является процессом искусственного выравнивания водохранилищем колеблющегося стока до величины a, одновременно восполняя всевозможные потери из этой емкости u. Величины b, k, a, u представляются в модульных коэффициентах:

                                                                                                                                      (2.8)

                                                                                                                                           (2.9)

                                                                                                                                    (2.10)

Различают многолетние колебания стока и сезонные. Многолетние колебания происходят из-за циклов солнечной активности, а сезонные из-за смены сезонов года. Сезонные колебания характеризуются гидрографом стока Qсут=ƒ(t), а многолетние – ступенчатым графиком изменения среднегодовых расходов. При наложении графика потребления Qпотр=ƒ(t) на графики стока Qсут=ƒ(t) и Qгод = ƒ(t) образуются дефициты стока (когда Qпотр>Qсут и Qпотр>Qгод). Объёмы дефицитов считаются равными объёмам сезонной и многолетней составляющих полезной емкости водохранилища b.

При (Qпотр+Qпотерь)≤Qpгод потребность в многолетней составляющей полного объёма отпадает. Здесь Qpгод – средний расход воды за год со стоками расчетной вероятности превышения, Qпотерь – расход на испарения и фильтрацию.

При (Qпотр+Qпотерь)>Qpгод полезная емкость определяется:

,                                                                                                                            (2.11)

где bсез и bмн – сезонные и многолетние составляющие, которые устанавливаются в результате обработки многолетних рядов дефицитов.

В понятие полезной емкости водохранилища различают объемы «нетто» и «брутто».

Полезная емкость «нетто» не учитывается потери воды из водохранилища u, а брутто учитывает.

Полный объём водохранилища есть сумма мертвого объёма и полезного объёма брутто.

 

 

 

 

 

2.4.1   Расчёт сезонной составляющей полного объема

Относительную величину сезонной составляющей полезного объёма определяют по формуле:

,                                                                                                                     (2.12)

где Д0сез – среднее значение ряда дефицитов, Д0сез=2,65 (по заданию); kpсез – определяется по графику В.Г. Черненко в зависимости от СvДi и Pa, (рисунок 4.); СvДi =0,36 – коэффициент вариации ряда (по заданию); Pa=97% - обеспеченность полезной отдачи (по заданию).

Рисунок 4. График зависимости

  (В.Г.Черненко)

По графику получили =1.8

Абсолютную величину сезонной составляющей полезного объёма вычисляют по формуле:

,                                                                                                        (2.13)

где Q0 – норма стока (по разделу 1.1).

млн м3

 

2.4.2   Расчет многолетней составляющей полного объема

Абсолютную величину многолетней составляющей полезного объёма «нетто» находят по формуле:

,                                                                                                        (2.14)

где bмн – определяют по таблице Д.Я. Ратковича, Pa=97 % - обеспеченность полезной отдачи (по заданию); a=0,7 – водопотребление (по заданию); СvQi=0,86 – коэффициент вариации ряда среднегодовых расходов (по разделу 1.2); M – модуль многолетнего стока находится по формуле:

,                                                                                                                               (2.15)

где F=2740 км2 – площадь водосбора, с которой формируются сток в км2 (по заданию).

 

По таблице Д.Я. Ратковича получаем: bмн=2,55, при Pa=97%, СvQi=0,86 и a=0,7.

Тогда:

млн м3

   

2.4.3 Расчет полезной емкости ''нетто"

Общая полезная емкость ''нетто" складывается из суммы сезонной и многолетней составляющих:

                                                                                                                              (2.16)

            млн м3

 

 

 

 

 

2.4.4   Определение потерь воды из водохранилища

Потери воды из водохранилища определяются как сумма объемов потерь:

потерь на фильтрацию Wф; потерь на испарение Wисп; потерь на льдообразование WL по формуле (2.15):

                                                                                                         (2.17)

Потери на фильтрацию. Эти потери обусловлены утечкой воды через борта и дно водохранилища, под плотину и в обход её, через конструкцию плотины и не плотности затворов. Эти потери зависят от напора воды в водохранилище.

Для данного расчета принимаются средние условия – наличие песка, галечника слоями. Для этих условий потери на фильтрацию составляют 15% от полезного объёма «нетто» Wнетто=2574,93 млн м3

Потери на фильтрацию составляют 15%, получают

млн м3

Потери на испарение. Потери на испарение происходят с испаряющей поверхности зеркала водохранилища. Эти потери определяются по формуле:

                                                                                                                         (2.19)

где E=3,1мм/сут – среднее испарение воды в районе строительства (по заданию); W - площадь зеркала водохранилища при млн м3: W=229 км2, (определяется по графику W=ƒ(H) рисунок 2); T=201сут - продолжительность периода без льда (по заданию).

млн м3

Потери на льдообразование. Объем потерь на ледообразование допускается определять по формуле:

                                                                                                                     (2.20)

где W - площадь зеркала водохранилища при Wнетто= млн м3:  W=229 км2; Wм – площадь зеркала при Wмо=13,5 млн м3 (по разделу 3.3); Wм=2,8 км2 (значение определяется по графику W=ƒ(H) рисунок 2.1); hl – средняя площадь льда водоёмов района строительства в м, задана равной 1м

млн м3

Определение потерь воды из водохранилища:

млн м3

2.4.5   Расчёт полного объёма водохранилища

Полный объём водохранилища определяется по формуле:

                                                                                                                 (2.21)

где Wмо – мертвый объём; Wбрутто – полезный объём «брутто», определяемый как

                                                                                                          (2.22)

                                       

млн м3

Полный объём водохранилища вычисляют по формуле                                            

млн м3

 

 

2.4.6   Назначение отметок НПУ и УМО

Отметки НПУ и УМО определяют по рисунку 2, по кривой объемов W=ƒ(H) в соответствии с объёмами Wмо=15,8 млн м3 и Wполн=5283,55 млн м3

Получают отметку НПУ=699,5 м и отметку УМО=642,7 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет высоты грунтовой плотины

 

3.1. Расчет отметки гребня плотины

3.1.1. Расчет отметки гребня плотины при НПУ

Отметка гребня плотины рассчитывается при двух уровнях (НПУ и ФПУ) и выбирается большее значение.

Отметка дна=631 м , НПУ=699,5 м , L=1,5 км, m=1,75, d=68,5

W2%=25 м/с; W4%=20 м/с; W20%= 15 м/с; W30%= 10 м/с; W50%= 8 м/с

Нескальный грунт, I класс сооружения.

                                         

                                                                                (3.1)

-превышение отметки гребня на расчетный уровень.

                                                                                                                            (3.2)

a≥0,5м, -ветровой нагон, -высота наката волны обеспеченностью 1%.

                                                                                                                       

                                                                                                                                         (3.3)

                                                          

         Т.к. I класс сооружения используем W2%=25 м/с; kw=3*10-6     

                                                      м

                                                                                                                           (3.4)

                                                  =                                                                                                    (3.5)

   Kr и Kp определяют по таблице 6; Ksp по таблице 7*; Krun по рис. 10*(в зависимости от пологости волны ); h1%= , где средняя высота волны опр. по рис.1 прил. 1; =2,01(по графику 2); Kr=0,8 (железобетонные плиты); Kp=0,7;Ksp=1,4; t=6ч=21600сек.

 

  23,544                                                                                                                      (3.6)

  8475,84                                                                                                                 (3.7)

По значениям безразмерных величин и , и верхней огибающей кривой необходимо определять значения и по меньшим их величинам принять среднюю высоту и средний период волн

=0,0095               =1.5

=0,59 м                      =3,75 c

h1%= =1,22 м

                                                                                                                                     (3.8)                                                                                                                                                            

=22,39 м                            Krun =2,75

  = =2,63 м

=3,13 м

=702,63 м

 

 

3.1.2. Расчет отметки гребня плотины при ФПУ

ФПУ= НПУ+0,8 м=699,5+0,8=700,3 м

Отметка дна=631 м , ФПУ=700,3  м , L=1,5 км, m=1,75, d=69,3

W2%=25 м/с; W4%=20 м/с; W20%= 15 м/с; W30%= 10 м/с; W50%= 8 м/с

Нескальный грунт, I класс сооружения.

                                       

                                                                                 (3.1)

-превышение отметки гребня на расчетный уровень.

                                                                                                                            (3.2)