10.3. Водный баланс водохранилищ

В основе водного баланса водохранилища лежит общий закон сохранения материи.

Водный баланс – главная гидрометеорологическая характеристика водохранилища, основа всех видов исследований по термическому, уровненному, ледовому, химическому и другим видам режимов.

Символично уравнение водного баланса записывается так:

,

где - сумма аккумулятивных компонентов баланса;

Н – невязка баланса.

Приходные компоненты водного баланса слагаются:

П=П₀+П_Б+Пп+О+Л¹,

где П₀- приток воды по основным рекам;

П_б – боковой приток с примыкающей площади бассейна;

П_п – приток подземных вод;

О – осадки, выпадающие на зеркало водохранилища;

Л¹ – объем воды во льду и покрывающем его снеге, при зимней сработке уровне, осевшем на берегах водохранилища и всплывшем весной при подъеме уровня.

Расходные компоненты водного баланса Р= С+З+И+Ф,

где С – сток (сброс) через замыкающий гидроузел, включая фильтрацию, утечку через гидросооружения (плотину, под плотину, и в обход плотины);

З – забор воды из водохранилища на орошение, водоснабжение, другие нужды;

И – потери воды на испарение с поверхности водохранилища;

Ф – фильтрация воды через борта водохранилища (с последующим уходом ее за пределы данного бассейна ), фильтрация под тело плотины (русловая фильтрация).

Аккумуляционные компоненты водного баланса

А=А_в+А_р+А_л,сн+А_п ,

где А_в - аккумуляция воды в чаше водохранилища;

А_р - аккумуляция в руслах и поймах впадающих рек в пределах зоны подпора ниже замыкающих створов;

А_п – подземная аккумуляция в грунтах прибрежной зоны водохранилища;

А_л,сн – аккумуляция во льду и покрывающем его снеге;

В практике оперируют компонентами баланса в трех размерностях, а именно:

а) приток и сток - в виде средних расходов (Q_при Q_ст) за интервал Т суток;

б) осадки и испарение (Х и Е) - в виде слоя воды;

в) аккумуляция - в объемных единицах.

Уравнение водного баланса в выражении слоя воды (мм) будет выглядеть так:

;

в выражении объема воды (млн.м³):

W_пр+ ;

в выражении среднего расхода (м³/с):

;

где W_пр,W_ст,W_нач,W_кон - в млн.м³;

и – в м³/с;

Т – в сутках ( );

X и Е – в мм (осадки и испарение);

- в км² (площадь).

При изучении водного баланса водохранилища следует стремиться к определению каждого компонента баланса в отдельности независимым путем по натуральным наблюдениям.

Но в жизни, на практике, некоторые компоненты приходится определять косвенным путем (X и Е, подземный приток, фильтрация), к тому же и натуральные наблюдения содержат ошибку, поэтому имеет место не сходимость баланса на некую величину, называемую невязкой.

Относительная величина невязки Н в процентах собственно равна % или .100% и принимается равной современной точности гидрометрических работ в

Далее для выполнения расчетов элементов водного баланса нам необходимо знать основные морфометрические характеристики водохранилищ, такие, как объем и площадь.

Исходной служит кривая площадей, а кривая объемов получается пересчетом.

Площадь водного зеркала определяется планиметрированием крупномасштабных топографических карт по горизонталям. При этом кривая объемов W (Z) , будет представлять собой связь уровня с объемом, заключенным между границей слоя, горизонталями и данным уровнем, т.е. она является интегральной кривой.

Построение кривой объемов сводится к последовательному суммированию частных объемов между двумя смежными изобатами или горизонталями – от самого низкого уровня до самого высокого. Первый объем от дна высчитывается по формуле усеченного параболойда:

W_0-1 = н_{0-1 ,}

а всех последующих – по формуле усеченной пирамиды:

W_1-2=

К ривая объемов W_h представляет собой линию с малой кривизной. Кривая же площадей иногда имеет неправильную форму переломов подошвы (ложа) водоемов Кривые площадей и объемов в водохранилище претерпевают со временем изменения из-за осаждения взвешенных и влекомых наносов, переработки берегов, оползней просадки грунта и пр. Поэтому кривые площадей и объемов водохранилища должны время от времени корректироваться и уточняться.

Несколько слов о характерных уровнях водохранилища. НПУ уровень, который может поддерживать длительное время при нормальных условиях работы гидросооружения. УМО, уровень, до которого возможна сработка водохранилища при нормальных условиях эксплуатация. Форсированный уровень - уровень, несколько превышающий НПУ в течение короткого периода времени (процесс половодий и паводков редкой повторяемости). Между УМО и НПУ находится рабочий или полезный объем водохранилища.

Рис.2.Схема характерных уровней и заиления водохранилища.