8.10. Особенности расчета сезонного регулирования стока

Сезонное регулирование стока является наиболее распростра­ненным видом регулирования низкого стока. Оно обусловлено не­совпадением во времени внутригодового режима стока и водопо-требления. Внутригодовое распределение стока характеризуется ежегодно повторяющимися периодами чередования повышенных в половодье и паводки и пониженных в межени расходов. Поэтому при наличии резервного объема (водохранилища) возможно пере­распределение стока в течение года соответственно задачам еже­годного удовлетворения водопотребления. Водохранилище наполня­ется за счет стока многоводных сезонов и срабатывается во время межени, покрывая дефицит водопотребления

При сезонном регулировании потребитель обеспечивается водой с определенной степенью надежности, которая назначается в нор­мативном порядке в зависимости от вида потребителя воды и воз­можности допущения перебоев в ее подаче Гарантированную обеспеченность отдачи за год и обеспеченность годового стока рас­четного года принимают одинаковыми. При этом годовое водопо-требление брутто Уы (вместе с потерями из водохранилища) не должно превышать обеспеченный объем годового стока W_р%. Со­поставление расчетного стока и плановой отдачи по расчетным ин­тервалам времени внутри года позволяет выявить периоды, в тече­ние которых отдача с учетом потерь превышает расчетный сток. Если таким периодом является вся межень, этот вид регулирования называют годовым.

В качестве расчетного интервала А^_г при сезонном регулиро­вании принимают пятидневку или декаду во время половодья в за­висимости от интенсивности изменения притока (в целях достиже­ния необходимой точности) и месяц для остальной части года.

В случае равенства плановой отдачи брутто и обеспеченного объема годового стока годовое регулирование называют полным. Если плановая отдача брутто приближается к обеспеченному объ­ему годового стока, регулирование называют неполным годовым или глубоким сезонным регулированием стока. При таком соотно-

262

шении отдачи и стока водохранилище заполняется практически во все годы в пределах заданной обеспеченности, в году расчетной обеспеченности производятся сбросы воды и обеспеченность запол­нения водохранилища практически больше гарантированной обес­печенности потребления Если полная отдача брутто значительно меньше обеспеченности объема годового стока, говорят о неглубо­ком сезонном регулировании стока.

Модель внутригодового распределения стока в течение расчет­ного водохозяйственного года устанавливают в зависимости от на­личия ряда наблюдений следующим образом: а) при наличии ка­лендарного ряда наблюдений продолжительностью более 20 лет применяют метод реального года; б) при длительности ряда наблю­дений до 20 лет, но не менее 10 лет расчетный гидрограф получают методом компоновки, в) при коротком ряде наблюдений (менее 10 лет) используют метод гидрологической аналогии или районные схемы и региональные зависимости.

Полезный объем водохранилища сезонного регулирования, а также режим его работы (наполнения, сбросы, промежуточные ем­кости) определяют таблично-цифровым или графическим способом. Полное использование стока реки на местное водопотребление не допускается. При сезонном регулировании помимо удовлетворения запросов водопотребителей должны быть предусмотрены также за­траты воды на поддержание санитарных расходов воды в реке ни­же подпорного сооружения.

! 8.11. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА

МНОГОЛЕТНЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА

Многолетнее регулирование стока применяют в том случае, ес­ли регулирования стока в границах года недостаточно для удо­влетворения потребности в воде с заданной обеспеченностью, т. е. W_po_/o <U_br. При этом виде регулирования стока водохранилище на­полняется в многоводные годы, обеспечивая потребность в воде в маловодные годы стоком этих лет. В маловодные годы накопленные запасы используют для покрытия дефицитов стока. Водохранилище многолетнего регулирования используют также для сезонного регу­лирования. Очевидно, что при многолетнем регулировании нужны и значительно большие объемы водохранилища, чем для других ви­дов регулирования. Полезный объем водохранилища многолетнего регулирования складывается из двух составляющих:

(8.37)

где V_v и У₅ — многолетняя и сезонная составляющие объема, м³ Период сработки многолетней составляющей может продолжаться от одного до нескольких лет, тогда как сезонная составляющая объ­ема срабатывается ежегодно. При многолетнем регулировании сто­ка за расчетный интервал времени Д^_г принимают год, при этом внутригодовые колебания стока и отдачи обычно не учитывают.

263

Для удобства расчета показатели регулирования стока принято выражать в относительных величинах:

сток — модульным коэффициентом стока

(8.38)

отдачу — коэффициентом зарегулирования стока

(8.39)

где Ubr — годовое водохозяйственное потребление и годовой объем потерь из водохранилища на испарение и фильтрацию (в зимний период и на льдообразование) за период полной сработки водохра­нилища:

(8.40)

объем водохранилища — коэффициентом объема

(8.41)

при многолетнем регулировании коэффициент ооъема водохра­нилища определяют раздельно для многолетней и сезонной состав­ляющих объема, соответственно

Расчеты многолетнего регулирования по фактическому стоково­му расходу можно выполнить при наличии периода гидрометриче­ских наблюдений достаточно большой длительности (л>60 лет) или путем использования искусственных смоделированных рядов большой длительности (порядка 1000 лет). Для определения полез­ного объема применяют графический или таблично-цифровой спо­соб, при этом многолетнюю и сезонную составляющие объема вы­числяют отдельно.

При многолетнем регулировании стока в отличие от сезонного полезная плановая отдача чаще всего не является строго заданной. В процессе расчета при различных объемах потребления для каж­дого из них вычисляют необходимый объем водохранилища. Опти­мальный вариант и соответствующий ему объем водохранилища и годовой объем отдачи устанавливают путем проведения технико-экономических расчетов.

Важно помнить, что потребление при многолетнем регулирова­нии не может превышать среднемноголетнего объема стока, т. е. Ubr^W₀, в противном случае следует переходить к другому виду перераспределения стока — переброске стока из других бассейнов.

Графический расчет для определения объема водохранилища при многолетнем регулировании стока выполняют в такой после­довательности.

Многолетнюю составляющую полезного объема водохранилища определяют путем построения сокращенной интегральной кривой стока (рис. 8.17). Для каждого года находят разность стока теку­щего года и нормы в виде /Со=1 и, последовательно суммируя их,

264

Рис. 8.17. Определение многолетней составляющей р„ по сокращенной интегральной кривой

получают ординаты сокращенной интегральной кривой стока W_Sh =

i = n

= \j (Кг—1), при этом конечная ордината интегральной кривой в

i=i

соответствии с ранее изложенными ее свойствами равна нулю. Так как отдача из водохранилища при многолетнем регулировании не может превышать объем стока среднего года (норму), зарегулиро­ванный расход отдачи меньше расхода притока среднего года. По­этому лучевой масштаб отдачи, выраженный также в относитель­ных единицах, abr=UbrlW₀ строят для интервала от аь_г = 0 до

аы= 1.

Задаваясь различными значениями аы, находят соответствую­щие им объемы р_у как наибольшее вертикальное расстояние между верхними и последующими нижними касательными, параллельными соответствующим лучам, характери­зующим различную отдачу аы, и ст:ро-ят график р„=р,,(абг) (рис. 8.18).

Многолетнюю составляющую объ­ема и величину отдачи аы (рис. 8.19) определяют по формуле

откуда

(8.42)

Рис 8 18 Графики зависимости Рк и ри + ps от аы

где W_sh\ и W_Sh2 — ординаты сокращен­ной суммарной кривой в точках верх­него и нижнего касания; п — число лет между этими точками; аы — при­нятый коэффициент регулирования стока.

265

Сезонная составляющая полезного объема fi_s=V_s/W₀ представ­ляет собой величину, которая должна быть добавлена к р_у для то­го, чтобы учесть фактическую внутригодовую неравномерность сто­ка в первый после окончания маловодного периода год, когда мно­голетний запас будет уже полностью исчерпан. При этом сток этого года не может быть меньше средней годовой отдачи, так как в про­тивном случае он увеличил бы многолетний маловодный период и, следовательно, многолетнюю составляющую р_у. Считают, что в

Рис. 8.19. Схема к опре­делению В„ и аы по со­кращенной интегральной кривой

Рис. 8.20. Схема к расчету сезонной составляющей по­лезного объема водохрани­лища

расчетном году, по которому определяют p_s, сток равен отдаче: К_у— = аы. При стоке этого года больше отдачи возможно значительное снижение сезонной составляющей объема f5_s водохранилища. Рас­пределение стока расчетного года по сезонам принимают, исходя из среднемноголетнего распределения, как наиболее характерного для данной реки. Год делят на два сезона: половодье и межень. Отдачу в расчетном году принимают постоянной. На рис. 8.20 построены полные интегральные кривые стока и отдачи в безразмерных коор­динатах: по оси ординат отложена сумма модульных коэффициен-

1 = п

тов стока V Кг, а по оси асбцисс — время межени tt. _w и половодья

;=i 4, w в долях года, причем tt, _w+th, w = }.

Согласно ранее принятому, Ку = а_ъ*, тогда

Выразив

и подставив это выражение в формулу (8.42), получим

(8.43)

(8.44)

(8.45)

где /С^ и Ki, w — годовой и месячный сток заданной обеспеченности; mi=Wi_{t W}/W₀ — доля среднего меженного стока в среднегодовом стоке.

266

Влияние разницы в изменчивости годового и меженного стока в водохозяйственных расчетах при обычно применяемых параметрах регулирования стока невелико, поэтому можно считать, что /С^= = Ki, ю = аъг. Тогда формулу (8.45) можно записать в виде

(8.46)

В практических расчетах величину тщ, _ю и //, _w часто принимают осредненной по трем-четырем маловодным годам или по году со стоком /С=абг- Из осторожности целесообразно принимать величи­ну mi, _w как среднее за многолетие.

При неравномерной отдаче, например сосредоточенной в период вегетации, сезонную составляющую объема рекомендуется опреде­лять по видоизмененной зависимости

(8.47)

где ш, _w— коэффициент регулирования стока за межень: a;, _w= = U[_tw/Wo', аьг — коэффициент регулирования стока за год.

Суммируя найденные для различных значений отдачи р_у и p_s, строят график зависимости р_у + р.,=/(аь_г) (см. рис. 8.18). Каж­дому значению отдачи соответствуют определенные потери воды из водохранилища, определив которые можно установить полезную от­дачу без учета потерь в функции от аы.

Таблично-цифровой балансовый расчет водохранилища много­летнего регулирования выполняют аналогично вышеизложенному для сезонного регулирования. Составление баланса производят по водохозяйственным годам, разделенным на многоводный и мало­водный периоды при различных уровнях отдачи из водохранилища. Окончательно параметры водохранилища устанавливают на основе технико-экономического сравнения расчетных вариантов.

Проведение расчетов многолетнего регулирования стока по ка­лендарному ряду не всегда дает правильные результаты, потому что критический период сработки водохранилища может состоять из весьма длительной последовательности маловодных лет. Ограни­ченная выборка ряда наблюдений содержит относительно малое число группировок многоводных и маловодных лет и тем более не может охватить все возможные комбинации последовательности величин стока. Для объективного суждения о повторяемости раз­личных сочетаний многоводных и маловодных лет необходимо иметь достаточно длинный гидрологический ряд или исследовать опреде­ленными методами повторяемость различных теоретически возмож­ных сочетаний годовых объемов стока. Современная расчетная практика отечественного проектирования в целях исключения влия­ния случайных особенностей периода гидрометрических наблюде­ний требует обязательного дополнения и уточнения расчетов по календарным рядам расчетами по вероятностному методу, основан­ному на использовании статистических обобщений характеристик стока.

267