5 Определение расхода наносов

Расход и сток наносов обычно устанавливается одновременно с определением расхода и стока воды в реке. Эти операции имеют много общего и в методике измерений, и в принципах обработки гидрометрических данных. При частичном способе регистрации взвешенных наносов получают единичный расход взвешенных наносов где p – мутность(кг/м3) ,

v – осредненная скорость в точке потока, м/с.

Таким образом, единичный расход характеризует

массу наносов, проходящую через участок живого сечения площадью 1 м2 за 1 сек:

Далее для каждой вертикали получают эпюру

единичных расходов взвешенных наносов. Площадь эпюры равна удельному расходу взвешенных наносов, т.е. массе наносов, проходящих за 1 сек через сечение, ширина которого равна 1 м, а высота – глубине реки

на вертикали H:

Удельный расход, просуммированный по всей ширине реки В, дает нам массовый расход

взвешенных наносов Объемный расход взвешенных наносов получается делением массового расхода на плотность ρ потока воды, содержащего наносы

6 Методы расчета регулирования стока

-Таблично-цифровые балансовые расчеты.Расчеты регулирования стока по фактическим календарным годам и месяцам заключается в последовательном составлении баланса воды для каждого из элементарных отрезков времени, на которые разделяется рассматриваемый период.

-Графические способы расчета водохранилищ При расчете хранилищ по календарным рядам наблюдений применяют также графические способы. Они отличаются наглядностью, позволяют лучше понять сущность и процесс регулирования стока. В настоящее время их используют в основном для предварительных расчетов и вспомогательных, а также для анализов особо сложных случаев регулирования стока. В графических способах расчетов водохранилищ применяют интегральные (суммарные) кривые — изображение в хронологической последовательности возрастания стока, отдачи или их разности в суммарном виде. -Сезонное и многолетнее регулирования стока.Сезонное (годичное). Наиболее распространено сезонное регулирование стока. Оно обусловлено неравномерностью внутригодового распределения стока, ежегодно повторяющимися периодами чередования повышенных (в половодье, паводки) и пониженных (в межень) расходов, несовпадением режимов стока и водопотребления. При сезонном регулировании речной сток перераспределяется в течении года. Водохранилище ежегодно наполняется за счет стока многоводных сезонов и срабатывается во время межени покрывая дефициты отдачи.

7 виды регулирования стока Виды регулирования стока определяются задачами, характером и составом водопотребителей и водопользователей. Необходимость регулирования для повышения стока, так называемого регулирования низкого стока, выявляется из сравнения потребных расходов воды и минимальных среднесуточных расходов речного стока за многолетний период. Регулирование низкого стока выполняется путем временного задержания и накопления в водохранилище избытков стока над потреблением (в многоводные периоды), которые затем используются (срабатываются) во время маловодья, когда приток меньше потребления. По длительности различают следующие виды регулирования низкого стока: суточное, недельное, сезонное (или годовое) и многолетнее.- Суточное регулирование стока состоит в перераспределении сравнительно равномерного в течение суток притока в соответствии с изменяющимися потребностями различных потребителей. В часы малого водопотребления вода аккумулируется в емкостях, а затем расходуется из них в часы повышенного потребления.-Недельное регулирование осуществляется для обеспечения неравномерного потребления воды, вызываемого наличием двух выходных дней в неделю на большинстве предприятий.В связи с понижением водопотребления в нерабочие дни наличие аккумулирующей емкости (водохранилища) позволяет повысить отпуск воды в рабочие дни недели.-Сезонное (или годовое) регулирование заключается в перераспределении стока W из многоводных сезонов на маловодные внутри года. При этом водопотребление каждого года удовлетворяется стоком этого же года. Такое регулирование обусловлено внутригодовой неравномерностью стока.-Многолетнее регулирование стока имеет целью выравнивание стока в течение длительного многолетнего периода (рис. 8.4). С помощью водохранилища производят перераспределение части стока из многоводных лет на маловодные. В отличие от сезонного регулирования, в котором цикл работы (напол нение и сработка) осуществляется за один год, при многолетнем регулировании этот цикл длится несколько лет. Недостаток стока за маловодные /г-летия покрывается за счет накопления воды в многоводные годы, предшествующие маловодью. Многолетнее регулирование является наиболее совершенным в сравнении с другими рассмотренными видами регулирования и в наилучшей степени отвечает задачам комплексного использования водных ресурсов.

8 задачи регулирования стока. 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; водохо зяйственные расчеты по определению основных размеров водохранилища, обеспечивающих получение наиболее выгодного водохозяй ственного эффекта в соответствии с требованиями на воду и к режиму регулирования со стороны водопотребителей и водопользователей; испол ьзование водных ресурсов, т. е. разработка правил регулирования стока в соответствии с правилами эксплуатации водохранилища. Кроме этих основных задач в теории регулирования стока и его использования большое внимание уделяется анализу сопутст­вующих явлений, вызываемых нарушением естественного режима реки при сооружении водохранилищ. К ним относятся потери воды на фильтрацию и испарение, отлож ение наносов и заиление водохранилищ, изме нение уровенного и ледового режимов, при этом особое внимание уделяется изменению качества воды в водохра­нилище с течением времени.

9 Основные характеристики стока Поверхностный сток делят на: -склоновый, происходящий по склонам местности, -русловой, происходящий по руслам рек и временных водотоков. Характеристики для количественной оценки речного стока: Расход воды Q (м³/с) — количество воды, протекающее через поперечное сечение потока (живое сечение потока) в секунду.

Объем стока W м³ или км³ — количество воды, протекающее в русле реки через данный замыкающий створ за промежуток времени Т суток: где Q — средний расход в м³/с за время Т суток; 86400 — число секунд в сутках.Модуль стока М л/(с*км²) — количество воды, стекающей с единицы площади в единицу времени: где F — водосборная площадь, в км². Слой стока Y — слой воды в миллиметрах, равномерно распределенной по площади F и стекающей с водосбора за некоторый промежуток времени Т суток:

Слой стока за год в миллиметрах Коэффициент стока h — отношение величины слоя стока с данной площади за некоторый промежуток времени к величине слоя атмосферных осадков, выпадающих на эту площадь за тот же промежуток времени, т. е h = Y/X, 0 ≤ h ≤ 1.Годовым стоком называют количество воды, стекшее с данного бассейна за год. Норма стока – это средние значения годового стока за многолетний период, включающий несколько полных (не менее двух) циклов колебаний водности реки при неизменных географических условиях и одинаковом уровне хозяйственной деятельности в бассейне реки.

Максимальным стоком (высоким стоком) называют объем или слой стока за время прохо ждения основной волны половодья или за период наибольшего дождевого паводка.Минимальным стоком (низким стоком) называют наименьший сток рек, наблюдающийся в межень (летнюю или зимнюю).

10. Влияние климатических факторов на сток. К климатическим факторам относятся осадки, испарение, t, влажность и дефицит влажности воздуха, ветер.Анализируя уравнения водного баланса речного бассейна,видим, что основными климат-ими факторами стока явл-ся осадки и испарения.вывод:реки являются продуктом климата. Чем↑ кол-во осадков и ↓ испарение, тем ↑ будет величина стока и, наоборот, с ↓ кол-ва осадков и ↑ испарения,сток ↓.Испарение с поверхности речного бассейна слагается из испарения с почвы, включая транспирацию растений,с поверхности водоемов,нах-ся на его территории,и с поверхности снежного покрова.Если испарение с водной поверхности и с поверхности снега опр-ся метеор-ми факторами, то суммарное испарение с поверхности суши зависит от содержания воды в почве, их водно-физических свойств и характера растительного покрова. Климат факторы имеют зональное распределение по территории, поэтому их называют еще зональными.

11. Методы исследования и расчёта стока:- сравнительно-географический метод;- статистические методы обработки, анализа и моделирования временных рядов речного стока;- методы определения динамических инвариантов (характеристик) динамических систем и индии кации динамического хаоса;- методы анализа нелинейности;- методы нелинейной аппрокс имации и прогнозирования (метод ближайших соседей).Основу методологии исследования составляют:1. Концепция динамической системы (ДС): бассейн реки рассм-тся как сложная нелинейная детерминированная с/с, состояние кот изменяется во времени в результате действия детерминированного оператора эволюции.2. Концепция фазового пространства (ФП). Поведе ние динамической системы изображается в виде фазовой диаграммы, координатами которой являю тся динамические переменные хр (J = 1,2, п). 3. Концепция динамического хаоса: возможны нерегулярные установившиеся колебания системы, когда она чувствительна к весьма слабым измене ниям начального состояния.4. Метод задержки во времени. На выходе ДС — бассейна реки наблюю дается ее конкретная реализация в виде одномер ного временного ряда расходов воды в замыкаю щем створе. Расчет регулирования стока.1) Таблично-цифровые балансовые расчеты. Расчеты регулирования стока по фактическим календарным годам и месяцам заключается в последовательном составлении баланса воды для каждого из элементарных отрезков времени, на кот разделяется рассматриваемый период.2)Граф ческие способы расчета водохранилищ.При расчете хранилищ по календарным рядам наблюдений применяют также графические способы. Они отличаются наглядностью, позволяют лучше понять сущность и процесс регулирования стока. В настоящее время их используют в основном для предварительных расчетов и вспомогательных, а также для анализов особо сложных случаев регулирования стока.В графических способах расчетов водохранилищ применяют интегральные (суммарные) кривые — изображение в хронологической последовате льности возрастания стока, отдачи или их разности в суммарном виде.3)Сезонное и многолетнее регулирования стока.Сезонное (годичное). Наиболее распространено сезонное регулирование стока. Оно обусловлено неравномерностью внутригодового распределения стока, ежегодно повторяющимися периодами чередования повышенных (в половодье, паводки) и понижен ных (в межень) расходов, несовпадением режимов стока и водопотребления. При сезонном регулиров ании речной сток перераспределяется в течении года. Водохранилище ежегодно наполняется за счет стока многоводных сезонов и срабатывается во время межени покрывая дефициты отдачи.

12. Теоретические кривые распред-я стока. Гистограмма распределения,Кривая повторяемости .Гистограмма распред рассмат-ой переменной величины показывает,что число членов (частота) в интервалах увел-ся с обеих сторон по мере приближения к среднему интервалу, т. е. увел-ся повторяемость.Наим число членов ряда попадает в 1 и последний интервалы,что соответствует закону больших чисел,по кот чем ↑ отклонение какого-либо значения в данном ряду от среднего, тем ↓ вероятность появления такой величины.При бесконечном ↑ числа интервалов с бесконечным ↓ каждого интервала ступенчатая гистограмма расп ред превр-ся в плавную кривую распределения вероятностей, кот наз кривой повторяемости. Послед-м суммированием относит-х частот в пределах выделенных интервалов начиная от наиб значения получают суммарную (интегральную) кривую распределения вероятностей, кот наз кривой обеспеченности. Для статистического ряда исходных данных вероятность превышения или обеспеченность характеристики Р_m (%), занимающей m-е место в ряду, равна С ↑числа лет наблюдений получают теоретическую вероятность превышения исследуемой величины Р (%): Нормами по определению расчетных гидрологических хар-к реком-ся вести расчет эмпирической ежегодной вероятности превышения по формуле: Определение повторяемости характеристики по ее расчетной обеспеченности производится по формулам:

13. Макс расчет расходом наз расход, на пропуск кот рассчитывают водопропускные и водосбро сные отверстия гидротех-ких сооруж-й, мостовые отверстия и т. д.Все постоянные сооруж-я разбиты по капитальности на 4 класса; I, II, III и IV; для них приним-ся соответ-но обеспечен-сти 0,01, 0,1, 0,5 и 1,0%. Макс расходы разделяют по их происхож дению на:1)максимумы, формир-ся от снеготаянии ,2)максимумы, формир-ся от дождей,3)макс имумы, смешанные, кот рассчит-ют раздельно. Для практ-ких целей оценка продолж-сти имею щегося ряда наблюдений мб произведена по приближенной зависимости где N_min —миним длина ряда,годы; Р_% —вероятность превышения вычисляемого расхода воды;K_Cv = 2...3 в зависимости от коэфф вариации.При проектиро вании сооружений I класса водопропускные отверстия рассчит-ют на пропуск расхода, полученного прибавлением к макс расчетному расходу обеспеченностью Р = 0,01 %,определ-му по кривой обеспеченности гарантийной поправки: ,кот назначают для учета возможности совпадения периода наблюдений за макс стоком реки с относит-но низкими половодьями и паводками: где а — коэфф, хар-ий гидрологическую изученность реки (а=1,0 для изученных рек, а=1,5 для слабоизученных); Е_р% — случайная средняя квадратическая ошибка расчетного расхода воды Р% = 0,01; n_b — число лет наблюдений с учетом приведения к многолетнему периоду.

14. Особенности рег-я мин стока. В строительн ом проектировании водохозяйственных сооруж ений миним расчетный расход опред-ют в зависи мости от принадлежности объекта к той или иной отрасли народного хозяйства главным образом в диапазоне обеспеченностей 75...97%. Осн расчетн ыми хар-ками миним стока явл-ся: миним среднесу точный расход, миним средний месячный расход за календарный месяц или за 30 суток с наименьш ими расходами воды.Миним зимний сток явл-ся и наим годовым.Влияние зимней t на измен-ть миним стокапроявл-ся через измен-сть длител ьности зимнего сезона.,опр-щей продолжит-ть истощения запасов подземных вод.Миним сток летней межени формир-ся подземными водами,летне-осенний-совместного влияния подземных вод и выпадающих осадков.

15. Регулирование стока(искус-ное)осущ-ся с помощью возведения плотин и создания водохранилищ с целью изменения режима естественного стока для удовлетворения нужд различных отраслей народного хозяйства.Сток регул-ся путем накопления воды в водохранилище в период половодья и паводков и расходования воды в период превышения потребления над притоком. Водные запасы,накопленные в перио ды,когда естественный приток превышает потреб ление, расходуются,когда приток воды не покр вает потребление.  Период аккумуляции речного стока называется наполнением водохранилища, а период отдачи наполненной воды — сработкой водохранилища.  Норм подпорным уровнем (НПУ) наз-ся макс уровень воды, при кот ГЭС и все сооружения гидроузла могут работать сколь угодно длительно. Объем водохр-ща при отметке НПУ наз-ся полным объемом. Миним уровень водохранилища, до кот возможна его сработка при нормальной эксплу атации, наз-ся уровнем мертвого объема (УМО). Ниже этого уровня возможна лишь аварийная сработка водохранилища. Объем воды между НПУ и УМО называется полезным, тк этот объем используется при регулировании стока в норм условиях эксплуатации. Объем воды, нах-ся ниже УМО, наз-ся мертвым, тк он не исп-ся в норм условиях эксплуатации. При прохождении расхода оч редкой повторяемости (катастрофический паводок),существенно превышающего пропус кную способность ГЭС и водосбросных сооружен ий, уровень воды в водохранилище повышается выше НПУ. Макс возможный уровень воды в водохранилище по условиям надежности соор ужений наз-ся форсированным подпорным уров нем (ФПУ). Объем водохранилища между отме тками ФПУ и НПУ называется резервным. Он используется только для трансформации (срезки) половодий редкой повторяемости. Резервный объем должен быть сработан до НПУ сразу же по прошествии половодья. 

Различают основные и специальные виды регулирования стока. К основным видам регулирования стока относят: суточное, недельное, годичное и многолетнее. Суточное предназначено для обеспечения неравномерного расхода воды через агрегаты ГЭС в соответствии с требованиями суточных колебаний нагрузки энергосистемы при сравнительно постоянном в течение суток притоке воды. Недельное обеспечивает неравное потреб ление воды агрегатами ГЭС в течение недели в соответствии с требованием недельных колебаний нагрузки энергосистемы. В выходные дни нагрузка в энергосистеме падает.Годичное позволяет перераспределять сток воды в течение года в соответствии с потребностями энергосистемы и водопотребителей. Цикл регулирования равен 1 году. Водохранилище годичного регулирования позволяет осуществлять суточное и недельное регулирование. Многолетнее регулирование предназначено для увеличения расхода ГЭС и выработки электроэнергии в маловодные годы за счет стока многоводных лет. специальные виды регулирования: Компенсирующее регулирование производится верховым водохранилищем каскада ГЭС, чтоб ы компенсировать неравномерность притока с промежуточного водосбора между створами водохранилища и ГЭС.Контррегу лирование, или перерегулирование, расходов воды, поступающей от выше расположенной ГЭС.  16. Рачсчёт год стока. Годовым стоком наз-ют кол-во воды,стекшее с данного бассейна за год.Средние годовые расходы обрабатываемого ряда наблюдений распол-ся не в календарной последов-ти, а в порядке убывания,формируя статистический ряд данных (без привязки к дате).Такой ряд значений хар-ки за ограниченный период наблюдений рассмат-ся как выборка (часть) из более длинного ряда (генеральной совокупности), располож-го в таком же порядке. Разность между наиб (x_max) и наим (x_min) значениями в ряду по убыванию представляет амплитуду или варьирование величин в ряду.Гистограмма распределения,Кривая повторяемости .Гистограмма распред рассмат-ой переменной величины показывает,что число членов (частота) в интервалах увел-ся с обеих сторон по мере приближения к среднему интервалу, т. е. увел-ся повторяемость.Наим число членов ряда попадает в 1 и последний интервалы,что соответствует закону больших чисел,по кот чем ↑ отклонение какого-либо значения в данном ряду от среднего,тем ↓ вероятность появления такой величины.При бесконечном ↑ числа интервалов с бесконечным ↓ каждого интервала ступенчатая гистограмма распред превр-ся в плавную кривую распределения вероятностей, кот наз кривой повторяемости. Послед-м суммированием относит-х частот в пределах выделенных интервалов начиная от наиб значения получают суммарную (интегральную) кривую распределения вероятностей, кот наз кривой обеспеченности. Для статистического ряда исходных данных вероятность превышения или обеспеченность характеристики Р_m (%), занимающей m-е место в ряду, равна С ↑числа лет наблюдений получают теоретическую вероятность превышения исследуемой величины Р (%): Нормами по определению расчетных гидрологических хар-к реком-ся вести расчет эмпирической ежегодной вероятности превышения по формуле: Определение повторяемости характеристики по ее расчетной обеспеченности производится по формулам:

18. Выбор створа плотниы и компановки гидроузла. Осн усл выбора створа - топография, геология и гидрогеология, размещение водосб росного тракта, положение карьеров и хозяйстве нная значимость узла сооружений. Руководствуясь только топографией, створ плотины 1 наиболее целесообразно располагать в самом узком месте водотока,тк это дает минимальный объем земляных работ. Желательно, чтобы водоохран илище при выбранном створе имело миним пло щадь зеркала воды,что сокращает потери воды на испарение. Геологические усл створа плотины требуют, чтобы грунты в основании плотины были прочны и способны принять на себя доп нагру зку     от сооружении. Для  водохранилищных узлов сооружений существенную роль играет водопроницаемость грунтов как в створе плотины, так и в чаше водохранилища. на геологическое строение чаши водохранилища нужно обращать особое внимание и при выборе створа плотины учитывать фильтрационные потери воды, кот при неблагоприятном напластовании грунтов мб весьма большими.

Различные варианты напластований в чаше водохранилища: а - синклинальное;   б - антиклинальное;   в - наклонное;   г - линзовое. 1сечение падение пластов идет к оси тальвега (рис.а). 2 сечение: падение пластов идет от оси тальвега (рис,б. 3 сечение с наклонным напластованием водопроницаемых грунтов, перемежающихся водоупорными слоями (рис.в). 4 сечение на всем протяжении водохранилища залегают водонепроницаемые грунты,   распространяющиеся   на   очень   большую глубину, и только в пределах самого русла водотока имеются аллювиальные отложения небольшой мощности. (рис.г).На выбор створа плотины большее влияние оказывают расположение водосбросного тракта  и размещение сооружений на нем. При прочих равных условиях - геологических, гидрологических и хозяйственных - выбор створа плотины Необходимо еще учитывать наиболее удачное расположение водосбросного тракта, тк его стоимость часто превосходит стоимость самой плотины. Влияние хозяйственных условий на выбор створа плотины,  сказывается на использовании запасов воды в водохранилище, удаленности узла сооружений от потребителя.

Гидроузлом называют группу гидротехнических сооруже­ний, объединенных условиями совместной работы и местополо­жением. Под компоновкой понимают схему размещения со­оружений в гидроузле, их взаимосвязь. По своему назначению гидроузлы мб воднотранспорт­ными, энергетическими, водозаборными, ирригационными, регу­лирующими, комплексными. К последним относятся гидроузлы, посредством кот одновременно решается комплекс водохо­зяйственных задач— энергетики, транспорта, орошения. В с-в гидроузла входят осн и вспом со­оружения; их типы опр-ся назначением гидроузла.К осн сооружениям отн-ся плотины,водозаборные, водоспускные и водопроводящие сооружения, здания ГЭС и (НС), судоходные шлюзы и судоподъемники, лесо- и рыбопропускные сооружения.К вспом сооружениям отн-ся ремонтно-механические мастерские, дороги, линии связи и различные. Все многообразие компоновок гидротехнических сооружений в гидроузлах можно свести к трем типам: тип 1 — речные низконапорные гидроузлы,состоя­щие из плотины, машинного здания, шлюзов с подводящим и от­водящим каналами и водозаборных сооружений в пределах напорного фронта; тип 2 —гидроузлы с приплотинной ГЭС состав со­оружений кот такой же, как и для 1 типа,но машинное здание вынесено за пределы напорного фронта, в нижний бьеф, и напор в турбинах создается турбинным трубо­проводом.тип 3 — деривационные узлы,состоящие из пло­тины, водозабора, деривационного канала или трубопровода, на­порного бассейна, турбинного трубопровода и машинного зда­ния; Деривация бывает как безнапорной (канал), так и напор­ной (трубопровод, тоннель).

19. Плотины общ сведения. Плоти́на — гидроте хническое сооружение, перегораживающее водоток или водоём для подъёма уровня воды. Также служит для сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохрани лища. Обычно плотины входят в комплекс гидротехнических сооружений (гидроузел), сооружаемый в конкретном месте для использова ния водных ресурсов в различных целях: мелиор ации, гидроэнергетики, обводнения пастбищ и прочего. По назначению плотины бывают водохранилищные, водоопускающие и водоподъ ёмные. Подпор уровня воды у водоподъёмных плотин невысок, целью устройства таких плотин является улучшение условий водозабора из реки, использования водной энергии и пр. Водохранил ищные плотины отличаются заметно большей высотой, как следствие, большим объёмом создаваемого водохранилища. Отличительной особенностью больших водохранилищных плотин является способность регулировать сток, малые плотины, с помощью которых создают, например, пруды, сток не регулируют. По типу материала

По типу основного материала различают плотины:

1.грунтовые 2.бетонные 3.металлические 4.тканевые 5.деревянные6.железобетонные

По способу возведения:1.насыпные 2.намывные 3.направленного взрыва. По способу восприятия основных нагрузок: 1.гравитационные 2.арочные 3.контрфорсные 4.арочно-гравитационные 5.контр-регулирующие. По условиям пропуска расхода воды: 1.глухие (не допускают перелива воды через гребень)2.водосбросные 3.фильтру ющие (пропуск воды осуществляется через тело плотины) 4.переливные (катастрофического действия)

20. Намывная Плотина - земляная плотина, при возведении которой разработкагрунта, его транспортирование и укладка в тело плотины осуществляютсяспособом гидромеханизации. Этот способ возведения плотин позволяет в кратчайшие сроки при минимальном количестве рабочих и механизмов выполнять земляные работы в огромных масштабах. При этом стоимость работ обычно бывает значительно ниже, чем при сухом способе возведения плотин. Земляные плотины, составляющие основную часть наших крупных гидроузлов (Мингечаурский, Цимлянский, Куйбышевский, Волгоградский и др.), выполнены намывным способом. По конструкции поперечного профиля земляные намывные плотины делятся на два основных типа: плотины с водоупорным ядром (располагаемым обычно в центральной части поперечного профиля плотины); однородные плотины без ядра.В некоторых случаях устраивают плотины экранного типа. Типы намывных плотин: из однородных грунтов без внутреннего ядра;

из неоднородных грунтов, в которых водонепроницаемое ядро создается из наиболее мелких частиц; полунамывные плотины. реимущества намывных плотен по сравнению с насыпными заключаются в следующем:1) большая устойчивость вследствие свойственного им размещения и уплотнения намываемого грунта; 2) меньшая потребность в рабочей силе; 3) высокие темпы укладки грунта (до 300 тыс. м3 в сутки); 4) возможность намыву грунта в дождливое время и в морозный период; 5) возможность возведения без откачки воды из котлована путем намыва в воду;

6) простота механизмов, нет потребности в тяжелых землеройных снарядах и транспорте дяя перевозки грунта; 7) меньшая стоимость, особенно при больших объёмах работ и самотечной подаче пульпы.К недостаткам намывных плотин относятся:1) большая потребность в энергии при подаче пульпы по напорным трубопроводам; 2) значительная потребность в металле (трубы, насосы и т. д.);

3) не всегда может оказаться на месте строите льства достаточно благоприятный грунт и необходимое количество воды для применения гидромеханизации.

21. Каменно-земляные плотины возводят из грунтов различной крупности. Противофил ьтрационные устройства (экраны и ядра) выполняют из грунтового материала.Каменные плотины возводят из крупнообломочного материала с противофильтрационными устройст вами из дерева, бетона, асфальтобетона, металла или полимерных пленок. Каменная плотина-плотина, основные конструктивные элементы которой выполнены из каменных материалов без применения вяжущих. В практике современного гидротехнического строительства различают К. п. каменно-набросные (насыпные), полунабросные, из каменной сухой кладки (рис.). К. п. строят, как правило, глухими с пропуском воды через Водосбросы в берегах, реже — в теле плотины. Основные материалы для тела К. п.: камень рваный (из карьеров), галька, гравий, щебенистые грунты. Камень для наброски и сухой кладки должен обладать достаточной прочностью и стойкостью против выветривания, действия мороза и разрушения фильтрационным потоком. Лучшие материалы для наброски — изверженные породы (гранит, сиенит, диорит, базальт и др.), из осадочных пород — плотные известняки и доломиты, кварциты.

Типы каменных плотин: а, б — каменно-набросные; в — из каменной сухой кладки; г — полунабросная (с напорной частью из сухой кладки и низовой — из каменной наброски); д — набросная (с бетонной напорной стенкой).

Каменно-земляная плотина-плотина, в которой большая часть её тела выполнена из каменных материалов, а противофильтрационное устройство из малопроницаемого грунта. В зависимости от применяемых материалов и способов обеспечения водонепроницаемости различают 5 основных типов К.-з. п. (рис.)

Типы каменно-земляных плотин с водонепроницаемой частью, выполненной: а — в виде земляного экрана; б — отсыпью из малопроницаемого грунта на призме каменной наброски: в — на слое более проницаемого материала; г — в виде центрального ядра из глины, суглинка или глинобетона; д — с обсыпкой более проницаемыми материалами.

22. Бетон, ж/б плотины. По конструкции бетонные и железобетонные плотины различают:

гравитационные, облегченные гравитационные: с расширенными швами у основания, с продольной полостью у основания, с экраном на напорной грани,с анкеровкой у основания. контрфорсные,

арочные плотины.

массивная

23. Крепление откосов, сопряжение плотниы. Крутизна откосов плотин выражается коэффициентом заложения откоса m=ctgα (α – угол наклона откоса к горизонту), т.е. отношение горизон-тального заложения откоса к его высоте. У плотин, выполненных из связных грунтов (глины, суглинки), откосы проектируют более крутыми по сравнению с плотинами из песчаных грунтов.Верховые откосы плотин обычно принимаются более пологими, чем низовые, так как они работают в более сложных условиях.На откосах плотины высотою более 15 м могут устраиваться горизонтальные площадки – бермы. На низовом откосе бермы устраивают через 7-10 м по его высоте, считая от гребня плотины. Бермы устраивают с целью заглубления депрессионной кривой под поверхность откоса на глубину большую глубины промерзания грунта, а также для обеспечения проезда вдоль откоса и уменьшения потока талых и ливневых вод, стекающих по откосу и разрушающих его. Берме придают уклон в сторону откоса.На верховых откосах бермы рекомендуется устраивать только у нижней границы крепления для увеличения устойчивости конструкции упора.Гребень плотины, если по нему не предусмотрен проезд, принимают шириной не менее 4 м. Если же по плотине предусмотрен проезд авто-мобильного транспорта, гребень выполняют как дорогу в насыпи и ширину его принимают а зависимости от категории дороги. Крепление земляных откосов устраивают для защиты их от воздействия волн, льда, течения воды, атмосферных осадков и других факторов. В качестве крепления наибольшее распространение в практике получили каменные, бетонные и железобетонные, реже асфальтовые и биологические типы покрытия. Верховой откос. Каменные покрытия бывают двух типов: наброска и мостовая. Каменную наброску выполняют, как правило, из несортированного камня (рис.2.3а) слоем толщиной (2,5-3,0)D, где D – средний диаметр камня.Приближенно D можно определить по формуле: Наброску распола гают по подготовке толщиной примерно равной толщине наброски. Подготовка выполняется из щебенистого материала. Мостовая для крепления верховых откосов может быть одиночная и двойная. Под плитами должна быть уложена подготовка из крупнозернистого песка (если грунт тела плотины песок, супесь), либо из щебня (если грунт тела плотины связный), которая выполняет роль обратного фильтра. Низовой откос. Для защиты низового откоса земляных плотин от воздействия атмо-сферных факторов применяют различные способы их крепления. Наиболее простой и дешевый способ крепления – посев трав или залужение. При глинистых и песчаных грунтах тела плотины на поверхность откоса отсы-пается слой растительного грунта толщиной 0,1-0,15м, который засевается травой.

24. Распространение воды на Земле. Прерывистая водная оболочка Земного шара носит название гидросферы.Прерывистость гидросферы объясняется дискретным расположением озер, рек, ледников и других водных объектов в пределах суши.Гидросфера включает в себя воды Мирового океана и воды суши в жидком и твердом состоянии. Большую часть нашей планеты — 79 % — занимает вода, и даже если углубиться в толщу земной коры, то в трещинах и порах можно обнаружить воду. Кроме того, все известные на Земле минералы и живые организмы имеют в своем составе воду. Все воды планеты, т.е. включая подземные воды верхней части литосферы и почвенную влагу, занимают объем 1388 млн. км3. Из них 96,4 % воды сосредоточено в Мировом океане. Значительная доля воды приходится на ледники. Очень трудно оценить объем подземных вод, но ученые считают, что в зоне активного водообмена литосферы сосредоточено 23,4 млн. км3 воды.Под действием силы тяжести и под влиянием поступающей на земную поверхность солнечной энергии природные воды находятся в непрерывном движении и, активно взаимодействуя друг с другом через круговороты в природе, создают единую систему. Благодаря глобальному круговороту природные воды непрерывно обновляются, но сроки обновления у каждого водного объекта разные. Самые активные в обновлении водной массы - атмосферная влага и речные воды.

25. Круговорот воды в природе. Между водными объектами гидросферы – океанами, морями, реками, озерами, болотными и подземными водами земной коры – осуществляется непрерывный водообмен, благодаря которому утрачивается дискретный характер гидросферы.

А₁ – осадки, выпадающие над сушей; А₂ – осадки, выпадающие над океаном; Б₁ – испарение с суши;

Б₂ – транспирация растительностью; Б₃ – испарение с озер и рек; Б₄ – испарение с океана;

В₁ – инфильтрация воды в почву; В₂ – потребление воды растительностью; В₃ – подземный сток воды в реки и озера; В₄ – подземный сток воды в океан;

Г – поверхностный сток в озера и реки. Основные звенья в круговороте воды: атмосферное, океаническое,материковое, включающее: литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое,хозяйственное.

26. Водный баланс. Соотношение за какой-либо промежуток времени прихода, расхода и аккумуляции воды в целом для всей поверхности Земли или для ее крупных регионов называют водным балансом. Математическое выражение, описывающее водный баланс, называется уравнением водного баланса. Уравнение водного баланса: для поверхности Мирового океана (малый круговорот)

для периферийных областей суши, имеющих сток в океан (большой круговорот)

для областей внутреннего стока

для Земного шара в целом где X – годовая сумма осадков, Z – испарение, Y – сток речных вод за год;

индексы при буквенных выражениях обозначают:

0 – океан, l – периферийную часть суши, l,i – области внутреннего стока, g – Земля в целом.

Метод водного баланса основан на следующем очевидном равенстве: для любого объема пространства, ограниченного некоторой произвольной поверхностью, количество воды, вошедшее внутрь этого объема, за вычетом количества воды, вышедшего наружу, должно равняться увеличению (или соответственно уменьшению) количества ее внутри данного объема. Водный баланс речного водосбора отражает важные с точки зрения гидрологии звенья процесса круговорота воды в природе.

При анализе воднобалансовых соотношений многие гидрологические явления рассматриваются в их совокупности и взаимодействии.Приходную часть баланса влаги в ассматриваемом объеме будут составлять:осадки х, выпавшие за рассматриваемый период времени на поверхность выделенного объема;количество влаги z₁, конде нсирующейся в почве и на ее поверхности; количество воды w₁, поступившей путем подземного притока;количество воды у₁, поступившей на данную площадь через повер хностные водотоки (русловой и склоновый сток).

Расходование влаги из рассматриваемого объема может осуществляться следующими путями:испарение z₂ с поверхности воды, снега, почвы, растительного покрова и транспирация; отток воды w₂ путем подземного стока;стекание воды у₂ поверхностными водотоками (русловой и склоновый сток).Чтобы получить равенство приходной и расходной частей уравнения баланс нужно: в левую (приходную) часть уравнения добавить член и₁, характеризующий убыль запасов влаги за рассматриваемый период, в правую (расходную) часть - член и₂, характеризующий прибыль запасов влаги.Самое общее выражение баланса влаги для речного бассейна можно записать в виде:

Применяя это уравнение к бассейну, достаточно большому, можно пренебречь членом w, убывающим с возрастанием площади. Применительно к этому случаю уравнение напишется в виде:

27, Водные ресурсы России, Удмуртии.Россия омывается водами 12 морей, принадл ежащих трем океанам, а также внутриматер иковому Каспийск ому морю. На территории России насчитывается свыше 2,5 млн. больших и малых рек, более 2 млн. озер, сотни тысяч болот и других объектов водного фонда.Из поверхностных вод в социально-экономи ческом развитии страны приоритет принадлежит речному стоку. Объем местных водных ресурсов речного стока на территории России составляет 4043 км3/год. Сток из сопредельных территорий равен 227 км3/год. Характерно, что на территории Российской Федерации формируется около 10% мирового речного стока. Реки являются основой водного фонда России. По ее территории прот екает свыше 120 тыс. рек длиной более 10 км и общей протяженностью свыше 2,3 млн. км; количество малых рек гораздо больше. Для обеспече ния гарантированной водоотдачи, превышающей сток маловодного года, требуется межгодовое перераспределение водных ресурсов с помощью водохранилищ. В настоящее время в стране функционируют несколько десятков тысяч такого рода объектов. Общая вместимость этих водоемов составляет примерно 800 км3. К крупным и особо крупным объектам относятся 325 водохранилищ. В Удмуртии распространены и подземные воды, скрытые в недрах земной коры, и поверхностные — реки, пруды, местами озера-старицы и болота.Питание, наличие запасов, условия залегания и качество грунтовых вод зависят от геологического строения, минералогического состава пород, рельефа местности и особенно — от осадков: в дождливые годы уровень вод поднимается, в сухие — понижается. Понижению уровня способствуют рост и развитие оврагов,Удмуртия богата минеральными источниками и лечебными грязями. Зона залегания минеральных вод — на глубине 100—300 м на юге и 500—600 м на севере. Мутность речных вод на территории Удмуртии колеблется в больших пределах: от 100 до 250 ё/мъ. Соответственно колеблется сток речных взвешенных и влекомых наносов от 5 до 20 т на 1 км2 в год. На Верхнекамской возвышенности, в северо-восточной части Удмуртии, в д. Карпушата (около с. Кулиги), берет начало крупная река России — Кама. Ее длина 2032 км, а в пределах республики — 225 км. Площадь бассейна 521700 км2.Все остальные реки республики относятся к бассейну Камы. Крупнейший правый приток ее — река Вятка. На территории Удмуртии около 1900 прудов и водохранилищ (общая площадь 16500 га). Величина их различна: от нескольких сот квадр атных метров до нескольких квадратных килом етров. Площадь Боткинского водохрани лища на территории республики около 5000 га, Ижевского пруда-—2180 га, Боткинского пруда— 1880 га, Камбарского — 410 га, Пудемского— 340 га.

28. Река, её притоки, речная система. Река – это водный поток сравнительно больших размеров, как правило, постоянный, текущий в разработ анном им русле и питающийся за счет поверхн остного и подземного стока.Река, впадающая в океан, море или озеро, называется главной рекой.

Реки, впадающие в главную реку, носят название притоков. Речной системой называют совокупн ость всех рек какой-либо территории, сливающи хся вместе и выносящих воды через главную реку в океан, море или озеро.Место начала реки, с которого она определяется в виде постоянного потока, называют истоком. Место впадения реки в океан, море, озеро или другую реку называют устьем. Различают две основные формы сопряжения речных потоков с морем: дельта и эстуарий. Дельтой называют форму устья реки, которая чаще всего образуется на мелководных участках моря или озера при впадении в них рек, транспортирующих большое количество наносов.

При незначительном содержании в реке наносов устье имеет форму эстуария — воронкообразно расширенного устья реки в виде морского залива.

Протяженность - суммарная длина всех рек, составляющих данную систему. Длина реки - расстояние от истока реки до ее устья (км).

Степень извилистости характеризуется коэффициентом извилистости:K=L/l; L - длина реки, измеренной на карте, l - длина прямой, соединяющей исток и устье. Речная сеть имеет различную разветвленность, которая зависит :

от рельефа местности ; климата ; характера грунтов ; растительного покрова.

Коэффициент густоты речной сети определяется отношением суммы длин всех рек бассейна данной реки (включая и пересыхающие) к площади бассейна F: k= суммL/F.

29, Речной бассейн. Бассейном называют часть земной территории, с которой вода по поверхности и подземным путем стекает в отдельную реку.

Бассейн реки определяют до устьевого створа или любого створа по длине реки. Границами бассейна служат : -поверхностный водораздел ; -подземный водораздел. коэффициент развития водоразд ельной линии – это отношение длины водораздельной линии L_w к длине окружности круга, имеющего площадь, равную площади бассейна F:

площадь бассейна определяется как площадь горизонтальной проекции территории, ограниченной поверхностным водоразделом; длиной бассейна L_b называют расстояние по прямой от замыкающего створа или устья главной реки до самой удаленной точки бассейна;средняя ширина бассейна (м) равна площади бассейна, деленной на его длину:средний уклон между горизонталями i_i равен отношению разности отметок горизонталей ΔH_i к среднему горизонтальному проложению между ними b_i: Средний уклон всей поверхности бассейна i_b,m вычисляют как средневзвешенное из значений уклонов частных площадей между горизонталями: где F – площадь бассейна, равная сумме частных площадей. Физико-географические характеристики бассейна: географическое положение, рельеф водосбора,климат ические условия, геологическое строение, почвенный и растительный покров, промерзание почвогрунтов, залесенность, озерность, заболоченность, наличие ледников.

30, Речная долина и русло Реки текут в узких, вытянутых в длину, обычно извилистых пониже нных формах рельефа, характеризующихся общим наклоном дна, образованного деятельностью текущей воды. Эти углубления земной коры называют долинами.Основными элементами поперечного профиля зрелой речной долины являются :русло в период межени (низких расходов),правобережная и левобережная поймы,

• склоны долины, террасы и др.

1 – превышение берега; 2 – бровка левого берега долины; 3 – урез воды; 4 – левый берег; 5 – глубина долины; 6 – уровень половодья; 7 – ширина поймы правого берега; 8 – правый берег; 9 – бровка правого берега; 10 – высота склона; 11 – крутизна склона; 12 – подошва склона; 13 – высота берега; 14 – крутизна берега; 15 – урез воды; 16 – ширина реки в межень; 17 – ширина реки в половодье; 18 – ширина долины; 19 – ширина поймы левого берега; 20 – при русловая часть поймы; 21 – центральная часть поймы; 22 – притеррасная часть поймы. Русло – наиболее пониженная часть долины, выработанная речным потоком, по которой осуществляются переме щение большей части донных наносов, транспор тируемых рекой, и сток воды в междупаводочные периоды. Часть дна долины, которая затапливается в периоды высокой водности, носит название поймы.Линию пересечения поверхности воды в русле с берегом называют урезом воды.Линия, идущая по наибольшим глубинам в речном русле, носит название фарватера.Сечение потока плоскостью, перпендикулярной динамической оси потока, называют водным сечением потока. Уровень воды – высота поверхности воды, отсчитыва емая относительно некоторой постоянной плоскости сравнения. Урез – это линия пересечения свободной поверхности воды с берегом.Основными морфологическими характеристиками живого сечения:Шириной живого сечения В_r называют расстояние между урезами правого и левого берегов:

Площадь живого сечения ω_r:

Средняя глубина живого сечения

Максимальная глубина русла по поперечному профилю реки d_rmax. Смоченный периметр χ представляет собой длину подводного контура поперечного сечения, т. е. длину линии дна между урезами. Гидравлический радиус

31. Питание рек Это поступление, приток в реку вод различного происхождения. 3 осн вида питания рек: 1.Дождевое питание происходит за счет обложных дождей и ливней, выпадающих в пределах речных водосборов 2. Снеговое питание обусловлено таянием твердых осадков, аккумулир ующихся на земной поверхности в виде снежного покрова 3. Подземное питание формируется за счет просачивания в верхние слои земли части талых и дождевых вод. Обычно бывает смешан ым с преобладанием одного из видов питания. В период весеннего половодья явно преобладает снеговое питание рек, в период межени – подземное.

32. Движение воды в реках. При неравномерном движении уклон, скорости, живое сечение изменяются по длине потока, оставаясь неизменными во времени в данном сечении потока. При неустановившемся движении потока все гидравлические элементы его (уклон, скорость, площадь живого сечения потока) на рассматрива емом участке потока изменяются во времени и по длине.

Эпюра скоростей течения воды по вертикали Течение воды обусловливается уклоном поверхности воды, а не частными уклонами дна русла. Уклон же поверхности воды зависит от общего уклона русла, встречающихся препятствий, создающих подпор, от объема текущей воды и т. д. Ламинарное движе ние наблюдается при небольш. скорости. Все частицы движутся параллельно одна другой. При большой скорости возникает Турбулентное движ ение, Когда отдельные струйки движутся в отдельные стороны. Это вихревое движение. Движение воды в реках и каналах обычно турбулентное.

33. Попереч течение в реках. Попереч сечение водотока, заполнен водой, называется Живым сечением Со. Суммарная длина подводного контура жив. сеч. называется Смоченным перим етром %. Частное от деления площади живого сечения на смоченный периметр называется Гидравлическим радиусом R. Движение воды характ-ся ее Скоростью И Расходом, Под которым понимают объем воды, протек. через живое сечение в единицу времени.

Циркуляционные течения на прямолинейном участке русла: 1 – план поверхностных и донных струй; 2 – циркуляционные течения в вертикал ьной плоскости; 3 – винтообразные течения.

Циркуляционные течения на изогнутом участке русла

34. Реки Удмуртии. Территория Удмуртии относится к бассейну Кама и имеет густую, хорошо развитую речную сеть. Общая протяжённость всех рек республики составляет приблизительно 30 тыс. км. Обе крупнейшие реки Удмуртской Республики — Кама и Вятка — имеют истоки на севере республики, но через несколько километров покидают её территорию. Пройдя сотни километров обе реки возвращаются в Удмуртию — на юго-востоке и юго-западе соответственно. Большинство рек Удмуртской Республики имеет длину до 10 км. — их колич ество превышает 7000. Крупнейшие реки: Кама, Вятка, Чепца, Кильмезь, Иж

35. Защита г.Ижевска от наводнений. Включает в себя комплекс мероприятий по пропуску весен них паводковых вод через водосбросное сору жение Ижевского водохранилища: подготовку проекта постановления о создании Паводковой комиссии; подготовку и утверждение сметы расходов на пропуск паводка; разработку оптимал ьных режимов пропуска вод весеннего паводка через водосброс Ижевского водохранилища;и др. На основе результатов гидрологических изысканий и наблюдений осуществлялась координации всех видов работ направленных на безаварийный пропуск вод весеннего паводка через водосброс Ижевского пруда, что позволит:предотвратить затопление части жилой застройки и промыш ленных предприятий Первомайского района; улучшить экологическую и санитарно-эпидеми ологическую обстановку данного района.

36. Проблемы иж пруда. Изначально Ижевский пруд создавался для технологических целей, но превратился в источник питьевого водоснабжения растущего города. Пруд - живой организм, почти полностью исчерпавший ресурсы самоочищения. “Антропогенная нагрузка на пруд увеличилась в разы”. Бурное цветение одноклеточных сине-зеленых водорослей связано с попаданием в водоем большой массы органики. За 7 лет цвете ние сине-зеленых выросло в 10 раз. Водоканалу приходится бороться не только с видимыми и слышимыми проявлениями (водорослями и запахом), но и с тем, что сопутствует процессу зарастания пруда – ухудшением микробиологии и химии. Во многих местах береговая линия захламлена мусором, бытовым и строительным. Тонны песка и загрязняющих веществ вместе с мусором попадают в него с талыми и дождевыми водами. Сбор и очистка ливневых стоков в городе отсутствует. Кроме того, нельзя не отметить о ветровом уносе песка в пруд, песок, которые разбрасывается зимой в виде песчано-соляной смеси на проезжих частях города, весной никто не убирает.А рельеф города таков, что большая часть массы песка попадает в и без того достаточно грязный пруд.

37. Водосброс служит для пропуска паводковых и суточных расходов воды. Цель проектирования водосбросных сооружений – определение основных размеров и разработка конструкции каналов, шлюза-регулятора, быстротока и привязка этих сооружений к топографическому плану участка реки. Т.е состав водосброса: подводящий канал, шлюз-регулятор, соедин ительный канал, соединительное сооружение – быстроток, отводящий канал. 2 – ось водосбросного сооружения;10 – подводящий канал; 11 – шлюз-регулятор; 12 – соединительный канал; 13 – быстроток; 14 – отводящий канал.

При выборе оси водосбросного тракта необходимо учитывать инженерно-геологические, топограф ические особенности рельефа и тип соединит ельных сооружений. Если в качестве соединительного сооружения предусматривается быстроток, то трасса водосбросного тракта выбирается на берегу с наименьшим уклоном склона речной долины. Как правило, весь водосбросный тракт имеет криволинейный абрис на плане и очерчивается дугами круга. Минимальный радиус закругления оси канала R_min >5b, где b – ширина канала по дну. Перед регулятором и за ним подводящий и соединительный каналы должны иметь прямолинейные участки длиной 1,5b. Для проведения водосбросного тракта на плане участка реки наносят три точки А, Б и В. А – точка пересечения оси водосброса с урезом воды верхнего бьефа, принимается на рас-нии не менее 60 м от откоса плотины, отсчитывая от уреза воды. Б – т. пересеч. оси водосброса с осью плотины, 10-15 м от начала гребня плотины. В – т. пересеч. оси водосброса с руслом реки, не менее 80 м от подошвы плотины по тальвегу.

38. Русловый процесс-совокупность процессов, возникающих при взаимодействии руслового потока и размываемого русла, определяющих рельеф последнего и режим его сезонных изменений. Русловый процесс имеют место в реках и каналах. Взаимодействие потока и русла заключается в том, что русло управляет потоком, формируя в нём распределение скоростей (скоростное поле), а поток создаёт себе русло, отвечающее его скоростному полю. При этом поток размывает русло в местах, где скорости достаточно велики, транспортирует наносы во взвешенном и влекомом состоянии и откладывают их там, где скорости малы. Содержанием русловых процессов является транспорт наносов. Русловый процесс имеет большое значение в связи с проектированием и эксплуатацией речных гидротехнических сооружений и мостов и при выполнении дноуглубительных работ в целях улучшения условий судоходства.

39. Измерение глубин. Глубиной реки, моря и т. д. называют расстояние по вертикали от поверхности воды до дна. Цели промерных работ: гидрографические исследования объектов, гидрометрические работы, для нужд судоходства, проектирование и эксплуатация различных гидротехнических сооружений, в связи с выправительными и берегозащитными работами на реках, озерах, водохранилищах и морях. При измерении глубин применяют:механический способ, акустический способ. При механическом способе используют: наметку, лот ручной,лот механический.Измерение глубин в отдельных точках или по профилю дна. Наметка- деревянный шест.длина 6-7м, диаметр 5-6см с делениями. Нижный конец в Ме башмаке. Если дно илистое, к башмаку приваривают поддоны. Лот механ ический- обтек формы, трос диаметр 2-3мм, передвиг трос с пом ручных лебедок.