Водохозяйственный расчет

1. Расчет начинается с определения топографических характеристик водохранилища- кривые площадей и объемов в зависимости от глубины водохранилища. Площади водохранилища на разных отметках по генплану планиметрирования , объемы - расчетом по форме нижеприведенной таблицы 5:

Расчет топографических характеристик водохранилища

Таблица 5

Отметка горизонта	Площадь, м2	, м2	h, м	Объем слоя, м3	Общий объем, м3
1	2	3	4	5	6

По таблице составляются кривые площадей и объемов, которые используются при водохозяйственном расчете.

2. Определение объема заиления определяется на весь срок службы водохранилища по формуле:

_Wила = M*Q*T ₌ 100* 15,45* 10⁶ *100 = 0,147*10⁶ м³ λ_*10⁶ 1,05*10⁶

где: М- среднегодовая мутность воды (табл. 2);

Q- среднегодовой сток реки;

Т- период службы водохранилища;

у — объёмный вес ила (1,05 т/м³).

Отметка горизонта ила по кривой объемов составляет. Н_ила= Зм

3. Определение отметки мертвого объема :

Н_м.о. = Н_и +h₁+h₀+h₂+h_k = 5,8м,

где:h₁ =0,5- запас над горизонтом ила до отверстия водозабора; h₀ - высота окна водозабора;

h₂=0,3 - запас над верхом водозаборного отверстия до низа льда; Ьл – hл-толщина льда для данного района.

Н_мо =3 + 0,5 +1 +0,3 +1,0 = 5,8.м,

что по кривой площади составляет 0,6 км².

4. Расчет водохранилища многолетнего регулирования производится с помощью методов математической статистики в табличной форме (табл.6)

Таблица 6

Коэффициент зарегулирования стока	Коэффициенты объема, составляющие емкость водохранилища			Полезная емкость вдхр	Годовая водоотдача (брутто) млн.м3	Отметка нормального подпорного горизонта НПГ,м
	Сезонный	Многолетний (табл.)	Полезный
1	2	3	4	5	6	7
0,60	0,2058	0,26	0,4658	7,197	9,21	14,0
0,65	0,223	0,4	0,623	9,625	10,04	15,5
0,70	0,24	0,76	0,76	11,742	10,815	16,0

Продолжение таблицы 6

Площадь зеркала воды про ПНГ, км2	Расчетная площадь зеркала, м2	Потери воды из вдхр на фильтрацию и испарение, м3	Полезная водоотдача (нетто) 1 этап		Потери на льдообразование, Qл, м3	Полезная водоотдача (нетто) Окончательное значение
			Годовая	м3/с			q, м3/с
8	9	10	11	12	13	14	15
3,7	2,58	1,5*103*103	7,88	0,25	2,015	5,86	0,186
4,2	2,16	1,66	8,36	0,265	2,34	6,02	0,191
5,0	3,36	1,949	8,87	0,281	2,86	6,01	0,190

4.1.Определение коэффициента зарегулирования стока:

<0,7

Так как при расчете водоотдачи водохранилища необходимо учитывать потери из него, то минимальное значение а не может быть ниже вычисленной величины, а максимальное - 0,7

<0,7

4.2. Полезная емкость водохранилища (графа 5 табл.4):

где:- коэффициент составляющий емкость, складывающийся

Определение сезонного коэффициента объема, составляющего емкость водохранилища:

где: Т_меж -период межени в долях:

t - число месяцев межени в год (10 мес.)

М' - объём стока реки за период межи в долях:

где: Q_меж - объём стока реки за период межи

Q_меж=Q_янв + Q_янв+ Q_фев + Q_май+ Q_июнь+ Q_июль+ Q_авг+ Q_сент + Q_окт+ Q_нояб+ Q_дек

Тогда значение β_сез равно: β_сез = а(Т_меж - М') = 0,6* (0,583 - 0,24) = 0,2058 Значение коэффициента β_мног определяется по таблице:

Таблица 7

а	0,3	0, 4	0,45	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7
βмног	0,05	0, 1	0,14	0,18	0,2 2	0,26	0,4	0,52

4.3. Годовая водоотдача (брутто) в год при принятом α определяется по формуле:

Q_брутто= α*Q_P% =0,6*15,45*10⁶=9,27*10⁶ м³/год

При вычислении Q_брутто (графа 6 табл.5) находим значение

W_НПГ = W_MO + W_6pymmo и по графику H=f(W,F) отметки НПГ и площади для всех принятых значений α.

4.4. Для определения потерь расхода на фильтрацию и испарение (графа 10 табл.5) находим расчетную площадь зеркала воды водохранилища:

F_pacч=0,6-(F_HПГ+F_МО)m²

где: F_M0 - площадь зеркала воды в водохранилище на отметке мертвого объема, F_M0 =0,6*10⁶ м²

Годовые потери воды из водохранилища на фильтрацию и испарение:

,

где: = - суммарный слой потерь воды на фильтрацию и испарение;

Н_ф - потери воды на фильтрацию зависят от геологических условий

грунтов, слагающих тело плотины (для глин - 0,5-1,0% от объема водохранилища в месяц, суглинки 1-1,5%, супесь 2-3%). В нашем примере принимаем 1%, что составляет за год 12 %, а слой вод на фильтрацию равен:

Н_ф = 0,12 * (Н_нпг - Н_мо) = 0,12 * (14,0 - 5,8) = 0,98м

Суммарное, уже учтенное модулем стока, испарение с суши в том районе составляет по карте изолиний 80 см в год, испарение с вновь возникающей водной поверхности 40 см в год.

По карте изолиний определяется испарение с водной поверхности, принимаемое для данного населенного пункта.

Дополнительные потери на испарение в построенном водохранилище составляет: Н_исп=Е – Z, см

где: Z=80 см- испарение с суши, принимаем по карте изолиний среднегодового количества осадков;

Е=40 см- испарение в водной поверхности, (приложение 3)

Н_исп=Е – Z= 40-80 = -40с.м

Следовательно, величина дополнительных потерь на испарение будет отрицательная, т.е. количество осадков превышает количество испарения, а величина

Общая сумма потерь на фильтрацию:

4.5. Полезная водоотдача из водохранилища (годовая) с учетом потерь на фильтрацию и испарение равна:

Q'_пол= 9,27*10⁶ -1,5*10^б = 7,77*106 м³/год = 0,25м³/с

Определение потерь на льдообразование:

Q_л =K*hл*(F₁-F₂)m³

где: К = 0,65 - коэффициент неравномерности замерзания;

h_л= 0,8 м - толщина льда для данного района;

F₂ =Fмо- площадь водохранилища перед паводком

F₁ =F_НПГ - площадь зеркала в момент ледостава (ноябрь- по климатическим условиям)

4.6. За пять месяцев зимнего режима расхода из водохранилища составит:

а приток (по табл. внутригодового распределения стока с ноября по март):

Объем водохранилища к моменту ледостава составит:

Площадь зеркала воды в момент ледостава принимается по кривой F=f(W)

Для более упрощенных расчетов допускается принимать значение Fi по площади зеркала воды при НПГ.

В рассматриваемом примере значение F2 принято по НПГ.

4.7. Вычитаем потери на льдообразование и получаем годовую и секундную водоотдачу нетто (окончательное значение).

Из полученных объемов водохранилища выбираем то, которое дает нам заданное вод ©потребление. Для создания выбранного объема водохранилища проектируется гидротехническое сооружение.

Результат расчета:

1. Отметки НПГ-15,5 м

2. Отметки ГМО-5,8 м

3. Площадь зеркала воды при НПГ-4,2*10⁶.и³

4. Площадь зеркала воды при ГМО-0,6*10⁶м²

5. Полезный объем водохранилища -9,625*10⁶м ³

Проектирование земляной плотины

1. Ширина гребня плотины назначается с учетом ее типа, принятой схемы производства работ и эксплуатационных требований. Принимаем для V категории и автомобильных дорог-8 м.

2. Превышение отметки гребня плотины над расчетным HI II' определяется:

Н_греб= Н_нпг+h+Δh+a

где:

h - высота волны для невысоких плотин подсчитывается по приближённым формулам академика Заморина:

h=0,7+0,l*Z (Z≤5km)

h= 0,6+0,1*Z (7≥5км) Z- длина разгона волны по направлению господствующего ветра, км. В нашем примере Z=2 км.

H=0,7+ 0,1*2 = 0,9 м.

Δh- высота нагона ветровой волны

где:

W- скорость ветра расчётной обеспеченности, принимается по климатическим условиям W= 25-30 м/с

Д- протяжённость охваченной ветром акватории, м.

Н- расчётная глубина, принимается по НПГ, м.

α - угол между господствующим направлением ветра и наибольшей длиной водохранилища

а- запас по высоте плотины, а =0,5 м. Величина отметки гребня:

Н_греб= 15,5 +0,9+0,01+0,5=16,91 м

Определение ширины платины (над уровнем воды):

В_верх=Н_дорога+Н_{тротуар}+2*Н_{обочина}, м,

где:

Н_дорога - ширина проезжей части дороги(=7м),

Н_{тротуар} - ширина тротуара (=2м),

Н_{обочина} - ширина обочины (=1м)

Заложение откосов плотины принимаем по табл.8

Ориентировочное значение заложения откосов земляных насыпных плотин

Таблица 8

Высота плотины, м	Заложение откосов
	верхового	низового
Менее 5	2,0-2,5	1,5-1,75
5-10	2,25-2,75	1,75-2,20
10-15	2,5-3,0	2,0-2,5

Расчет опорожнения водохранилища

Необходимо разбить водохранилище на 10 равных частей:

Время опорожнения водохранилища принимаем =10 суток, т.е. 864000сек.

Время опорожнения одного слоя принимаем 86400сек.

1 слой:

t₁- время опорожнения одного слоя,

W₁ - объем первого слоя,

- площадь зеркала воды первого слоя.

2 слой:

, и так далее каждый слой.

Расчет канала

Плотина земляная, то паводковый расход не допустимо сбрасывать через плотину, следовательно проектируем канал.

Вход в канал находиться в 200 м от подошвы плотины по реке, выход в 200 м ниже подошвы плотины. Радиус закругления канала принимается таким, чтобы обеспечилось расстояние в 100 м от подошвы в направлении вдоль створа плотины.

Принимаем трапециевидное сечение канала.

Принимаем:

Толщина воды в канале -0.5

Коэффициент Шези для бетона -57,54

Площадь живого сечения -1м²

Находим живое сечение и самотечный периметр :

w = h * (b + т * h), м

где:

b- ширина по дну, м (определяют из формул геометрии)

w- живое сечение, м²

h- глубина, м

ш- коэффициент откоса, в большинстве случаев принимают = 1,5

Определение самотечного периметра:

Определение гидравлического радиуса:

Список используемой литературы

1. Гидрологи и гидротехнические сооружения. Под ред.Смирнова Г.Н. М.. Высш. Школа

2. Кириенко И.И., Химерик Ю.А. Гидротехнические сооружения. Расчет и проектирование. Киев. Высш. Школа 1986.

3. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. Под ред. Недриги В.П.: Строиздат 1983.

Приложение 1

Модуль стока

Приложение 3

Расчетная обеспеченность маловодного засушливого года

Приложение 3

Среднее многолетние испарение с водной поверхности