Решение задач сезонного регулирования (прямой и обратной) с помощью интегральной кривой

1. Определение полезного объема V_п по заданному зарегулированному расходу при сезонном (годичном) регулировании стока.

Для нахождения V_п на лучевом масштабе возьмем луч, соответствующий зарегулированному расходу воды. Из конца интегральной кривой проводим линию параллельную линии зарегулированного расхода Q_зар, а также проводим две касательные к верхней и нижней частям интегральной прямой, параллельные Q_зар. Ордината от нижней касательной до верхней представляет собой весенний сток V_вес.

Расстояние от верхней касательной до линии, параллельной Q_зар и проведенной из конца интегральной прямой представляет собой полезный объем водохранилища V_п (рис. 2).

Задаваясь различными значениями Q_зар >Q_ср.год или Q_зар < Q_ср.год определяем

Vп, Vвес и Vсбр. Результаты графического расчета сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Значения весеннего, полезного и сбросного объемов водохранилища.

Qзар, м3/с	Vвес, *109 м3	Vп, *109 м3	Vсбр, *109 м3
50	0,74	0,2	0,54
64	0,76	0,56	0,1
100	0,46	1,24	-0,78

Строим графики зависимости V_п и V_сбр от зарегулированных расходов Q_зар и определяем полезный объем водохранилища (рисунок 3).

2. При решении обратной задачи, когда находится значение зарегулированного расхода Qзар по заданному объему водохранилища Vп, также используем интегральную кривую стока.

Для этого от конца интегральной кривой стока вертикально вверх в масштабе графика откладываем величину полезного V_п, проводим через верхнюю точку отложенного отрезка касательную к интегральной кривой, определяем зарегулированный расход Q_зар при данном объеме водохранилища V_п. Величину Q_зар берем путем переноса прямой на лучевой масштаб расходов.

По рассчитанным данным строим линию регулирования с определенным Q_зар рисунок 4.

Построение интегральной кривой стока в косоугольных координатах

Конец интегральной кривой соединяем с началом и измеряют угол наклона между полученной прямой и осью абсцисс (t).

Поворачиваем эту линию на найденный угол, до совмещения с осью t.

Лучевой масштаб поворачиваем на ту же величину.

Интегральная кривая стока в косоугольных координатах на рисунке 5.

Правильность построения проверяем сравнивая значения V интегральной прямой в прямой и косоугольной системах координат.

Расчеты многолетнего регулирования стока

Многолетнее регулирование стока требует значительно больших объемов водохранилищ, чем годичное. Задачей такого регулирования является накопление воды в многоводные годы и ее расходование в маловодные.

Построение гидрографа за весь период. Построение интегральной кривой стока

Для построения гидрографа за весь период наблюдений заполняем таблицу 3. График гидрографа построен на рисунке 8.

Интегральная кривая стока за наблюдаемые годы строится по данным таблицы 3 рисунок 6.

Емкость водохранилища назначается наибольшей в ряду или чуть меньше, если допускаются перебои. Отдача из водохранилища не может превышать объем стока среднего года.

Для построения кривой стока в косоугольных координатах производится поворот всех точек графика, вычерченного в прямоугольных координатах на угол α. При этом линия, соответствующая среднему годовому расходу воды, совмещается с ось абсцисс (t). Таким образом интегральная кривая стока оказывается расположенной вдоль оси (t) рисунок 7. Получили график наполнения водохранилища.

Таблица 3. 1971 год

№	Δ t, месяц	Q, м3/с	W=Q*Δt*109 , м3	W *109 , м3	Wо*109 , м3	W-Wо*109 , м3
1	I	29,5	0,078	0,078	0,150	-0,072
2	II	36,3	0,095	0,173	0,300	-0,127
3	III	35,1	0,092	0,265	0,450	-0,185
4	IV	27,8	0,073	0,338	0,600	-0,262
5	V	242	0,636	0,975	0,750	0,225
6	VI	139	0,366	1,341	0,900	0,441
7	VII	52	0,137	1,477	1,050	0,427
8	VII	27,5	0,072	1,550	1,200	0,350
9	IX	29,7	0,078	1,628	1,350	0,278
10	X	38,6	0,102	1,729	1,500	0,229
11	XI	62,1	0,163	1,893	1,650	0,243
12	XII	48,1	0,127	2,019	1,800	0,219
1972
1	I	31,2	0,082	2,101	1,950	0,151
2	II	23,4	0,062	2,163	2,100	0,063
3	III	21,2	0,056	2,218	2,250	-0,032
4	IV	24,8	0,065	2,284	2,400	-0,116
5	V	108	0,284	2,568	2,550	0,018
6	VI	72,7	0,191	2,759	2,700	0,059
7	VII	31,1	0,082	2,841	2,850	-0,009
8	VII	20,2	0,053	2,894	3,000	-0,106
9	IX	17,5	0,046	2,940	3,150	-0,210
10	X	18,4	0,048	2,988	3,300	-0,312
11	XI	27,2	0,072	3,060	3,450	-0,390
12	XII	62	0,163	3,223	3,600	-0,377
1973
1	I	55,8	0,147	3,370	3,750	-0,380
2	II	29,6	0,078	3,447	3,900	-0,453
3	III	27,1	0,071	3,519	4,050	-0,531
4	IV	42	0,110	3,629	4,200	-0,571
5	V	96,8	0,255	3,884	4,350	-0,466
6	VI	56,6	0,149	4,033	4,500	-0,467
7	VII	25,8	0,068	4,100	4,650	-0,550
8	VII	14,1	0,037	4,138	4,800	-0,662
№	Δ t, месяц	Q, м3/с	W=Q*Δt*109 , м3	W *109 , м3	Wо*109 , м3	W-Wо*109 , м3
9	IX	11,9	0,031	4,169	4,950	-0,781
10	X	18,7	0,049	4,218	5,100	-0,882
11	XI	31,4	0,083	4,301	5,250	-0,949
12	XII	28,9	0,076	4,377	5,400	-1,023
1974
1	I	23,5	0,062	4,438	5,550	-1,112
2	II	21,2	0,056	4,494	5,700	-1,206
3	III	19,5	0,051	4,545	5,850	-1,305
4	IV	22,7	0,060	4,605	6,000	-1,395
5	V	142	0,373	4,979	6,150	-1,171
6	VI	93,1	0,245	5,223	6,300	-1,077
7	VII	47,6	0,125	5,349	6,450	-1,101
8	VII	44,4	0,117	5,465	6,600	-1,135
9	IX	44,4	0,117	5,582	6,750	-1,168
10	X	45	0,118	5,701	6,900	-1,199
11	XI	67,7	0,178	5,879	7,050	-1,171
12	XII	64,3	0,169	6,048	7,200	-1,152
1975
1	I	63	0,166	6,213	7,350	-1,137
2	II	56,8	0,149	6,363	7,500	-1,137
3	III	49	0,129	6,492	7,650	-1,158
4	IV	89,2	0,235	6,726	7,800	-1,074
5	V	205	0,539	7,265	7,950	-0,685
6	VI	68,9	0,181	7,447	8,100	-0,653
7	VII	36,8	0,097	7,543	8,250	-0,707

Анализ интегральной кривой стока

Анализируя интегральную кривую стока реки за 1971-1975гг можно установить:

1- многоводные годы 1971;

2- маловодные годы 1972, 1973 ,1974;

3- по 1975 году ряд наблюдений неполный, выводы сделать затруднительно.

Регулирование стока на равномерную отдачу (водоснабжение)

Строим вторую интегральную кривую стока ниже первой на расстоянии равном объему водохранилища V_п, и проводим секущую от нижней точки первой кривой (отметка пустого водохранилища) к верхней точке второй кривой. Секущая является зарегулированным расходом для нашего водохранилища, значение расхода находим по лучевому масштабу Q_зар =31 м³/с.

Все что на полученной линии регулирования работы водохранилища попало выше Q_зар будет сбросом стока водохранилищем.

Построение графика наполнения водохранилища

График наполнения водохранилища на рисунке 7.

В 1971 году водохранилище наполнялось, с 1972г. по IV 1974г. водохранилище опорожнялось, поддерживая зарегулированный расход Q_зар.

С IV 1974г началось наполнение водохранилища и продолжалось до сброса в V 1975г.

Влияние водохранилища на ЖКХ

Многие крупные города обеспечивают себя водой из водохранилищ. Недостаток воды часто сдерживает развитие промышленности и рост городов. Если водохранилище используется для питьевого водоснабжения, то к качеству воды в нем предъявляются жесткие требования.

Основные факторы, которые могут оказывать влияние на работу сооружений промышленного и коммунального водоснабжения, расположенных в бьефах гидроузлов, сводятся, главным образом, к изменениям руслового, ледового и гидравлического режимов.

Для водозаборных сооружений, кроме того, существенное влияние может оказывать гидрохимический режим водотока в тех случаях, когда минерализация и химический состав вод претерпевают изменения, которые приводят к необходимости дополнительной очистки воды с целью снижения концентрации содержащихся в ней компонент до уровня, не превышающего ПДК.

В верхних бьефах гидроузлов может оказаться необходимым перенос водозаборных сооружений, расположенных в зоне затопления. Конструктивное оформление водозаборов, размещенных в зоне колебания уровня водохранилища, должно обеспечивать бесперебойность их работы во всем диапазоне изменения уровней воды.

На водозаборных и водовыпускных сооружениях, расположенных в ухвостье водохранилища, где вследствие регрессивной аккумуляции наносов возможно повышение дна водотоков, может возникнуть необходимость реконструкции или проведения мероприятий, защищающих эти сооружения от заносимости.

Следует особое внимание обращать на сооружения систем водоснабжения на водохранилищах, являющихся нижними бьефами выше расположенных гидроузлов. При определенных сочетаниях работы водопропускных сооружений гидроузла, образующего водохранилище, и суточном регулировании мощности ГЭС выше расположенной ступени каскада в некоторых местах водной акватории могут возникать обратные течения, при которых возникает опасность поступления в водозабор вредных (неочищенных) сбросов водовыпусков промышленных предприятий. В таких случаях необходимо вводить ограничения на режимы регулирования мощности верхней ступени каскада.

В нижних бьефах гидроузлов негативное влияние на работу водозаборных сооружений могут оказывать следующие явления:

падение уровней воды вследствие трансформации русла нижнего бьефа;

повышенная заносимость русла вследствие переотложений наносов в процессе трансформации русла;

шуголедовые явления в начальный период зимнего сезона и в местах расположения полыней.

Эти же явления могут оказывать неблагоприятное воздействие и на водовыпускные сооружения.

В нижних бьефах ГЭС, осуществляющих суточное и недельное регулирование мощности, необходимо соблюдение базового попуска, обеспечивающего командные уровни на водозаборных сооружениях.

Изменения гидрогеологической ситуации в зоне влияния водохранилищ могут повлиять на условия забора подземных вод как в сторону их улучшения, так и в сторону ухудшения. Анализ этого влияния необходим для решения вопроса дальнейшего функционирования водозаборов из подземных источников.