Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Науки о Земле. Учебное пособие
.pdf
где q
ной обеспеченности при δ =
- модуль максимального мгновенного расхода воды 1 %-
200
δ
=
δ
= 1, приведенный к площади
2
3
водосбора, равной 200 км2;
λ
- переходной коэффициент от максимальных расходов
P%
воды 1 %-ной обеспеченности к максимальным расходам воды
другой обеспеченности (зависит от района);
δ
- коэффициент, учитывающий изменение параметра q
3
200
с
изменением средней высоты водосбора в горных районах (определяют по данным гидрологически изученных рек).
При расчете максимальных мгновенных расходов воды ма-
лых рек используют формулу предельной интенсивности стока
QР% = q'
ϕ
H'1%(Р%)F,
1%
где q'1% - максимальный модуль стока 1 %-ной обеспеченности,
выраженный в долях произведения, определяемый в зависимости
от гидроморфометрических характеристик русла ФР, продолжительности склонового добегания τ
. и района;
скл
Р% - переходный коэффициент от максимальных расходов
воды 1 %-ной обеспеченности к максимальным расходам воды
другой обеспеченности.
Сборный коэффициент стока определяют по формуле
n
5
i
,
ϕ
=
( )
ϕ
c
o B B
2 3
+
F
1 50
где c2 принимается для лесной зоны 1,2; для всех остальных природных зон - 1,3;
ϕ
и n5 определяют по cправочным данным;
0
n6 - для лесной зоны 0,07, для остальных 0,11;
i
- средний уклон водосбора, %О.
взв
Продолжительность склонового добегания τ
принимается
скл
для лесной зоны с заболоченностью менее 20 % равной 60 мин,
от 20 до 40 % - 100 мин, более 40 % - 150 мин; в лесостепной зоне
- 60 мин, в степной - 30 мин.
161
5.3. Минимальный сток
Наиболее низкий, или минимальный сток, наблюдается, ко-
гда река переходит на грунтовое питание, обычно в период зимней или летне-осенней межени. Некоторые реки зимой промерзают на севере страны, летом на юге пересыхают.
В распределении минимального стока по территории про-
является климатическая зональность: уменьшение в направлении
с севера на юг по мере усиления засушливости климата. Существенное влияние на его формирование оказывают гидрогеологические условия - мощность водоносных пластов, прорезываемых
долиной реки по мере увеличения которой минимальный сток
возрастает; характер почв - лесные, песчаные почвы увеличивают
минимальный сток; наличие в бассейне озер, низинных болот.
Размер площади водосбора также имеет большое значение - его
увеличение способствует увеличению минимального стока.
Расчет минимального стока. Расчетная обеспеченность
минимальных расходов принимается при проектировании орошения - 85 %, гидроэлектростанций - 90 %, коммунального водоснабжения - 95-97 %.
При наличии гидрометрических данных определение рас-
четных минимальных расходов производится так же, как и максимальных, по кривой обеспеченности. В случае пересыхания и
промерзания рек в отдельные годы (Q = 0) применяется только
эмпирическая кривая обеспеченности.
При отсутствии данных наблюдений минимальные среднемесячные расходы воды 80 %-ной обеспеченности за летнеосенний и зимний периоды для средних и больших рек определяются по рекам-аналогам или интерполяцией.
Для малых рек с площадью водосбора менее 2000 км2 при
отсутствии карста - минимальные расходы определяются по редукционной формуле
Q
= 0,001а(F + fО)n,
80%
162
где Q
- минимальный 30-суточный (месячный) расход 80 %-
80%
ной обеспеченности, м3/с;
а, fO, n - параметры определяемые в зависимости от физико-
географических условий.
Переходные коэффициенты к другим обеспеченностям, а
также при переходе к минимальным суточным расходам воды
вычисляются по рекам-аналогам, имеющим длительный период
наблюдения.
Продолжительность периодов пересыхания и промерзания
вычисляется по региональным зависимостям от минимального
среднемесячного расхода воды.
5.4. Расчет стока взвешенных наносов
Наносы - твердые частицы, образованные в результате эрозии водосборов и русел. Эти частицы переносятся потоком и
формируют ложе водотока.
Наносы, переносимые потоком во взвешенном состоянии,
называют взвешенными; перемещаемые в придонном слое воды и
движущиеся путем скольжения, перекатывания и сальтации (перебрасывания на короткие расстояния), называют влекомыми;
слагающие русло и пойму и находящиеся во взаимодействии с
водными массами, называют донными.
Массу взвешенных наносов в единице объема воды называют мутностью, г/м3.
Взвешенные наносы переносятся реками на большие расстояния. Предельный расход наносов, отвечающий условию равновесия процессов размыва и осаждения при данном гидравлическом режиме реки, называют транспортирующей способностью.
При этом, чем больше скорость потока и чем меньше гидравлическая крупность наносов, тем больше транспортирующая способность потока. Транспортирующая способность также может
быть охарактеризована предельной мутностью (предельная мутность определяется отношением предельного расхода наносов к
расходу воды). Если мутность потока превышает предельную
мутность, излишки наносов выпадают на дно. Минимальная скорость потока, при которой наносы находятся во взвешенном со-
163
стоянии и не выпадают на дно, называют незаиляющей. Скорость,
при которой начинается перемещение частиц по дну (влекомые
наносы начинают передвигаться), называют размывающей.
При расчете стока взвешенных наносов главными параметрами являются среднегодовой расход наносов G, среднегодовая
мутность (н.ср., годовой сток наносов WН, модуль годового стока
наносов q Н.
Модуль стока наносов - масса наносов, поступающих с
единицы площади водосбора в единицу времени:
qН = G / F = ρ
м.ср Qср
/ F = ρ
q
м.ср
Модульный коэффициент стока взвешенных наносов - отношение модуля стока наносов за любой год к среднему многолетнему модулю стока наносов
К
= qН /
Н
q
Н
Норму стока наносов при наличии гидрометрических
дан ных (не менее 20 лет) определяют как среднее арифметическое всего ряда наблюдений. Для удлинения коротких рядов на-
блюдений используют график связи G = f(Q). При этом норму
стока наносов определяют по формуле
Q/GQG = .
cpcp
Для определения расчетного стока взвешенных наносов заданной обеспеченности пользуются биноминальной кривой обеспеченности. Для этого на клетчатке вероятностей строят эмпирическую кривую обеспеченности годового стока наносов, снимают
с нее значения стока наносов пяти, пятидесяти и девяностопятипроцентной обеспеченности и подсчитывают коэффициент скошенности (см. определение параметров биноминальной кривой
графоаналитическим методом).
Коэффициент вариации определяют по формуле
164
G/C
σ= ,
HVH
где
σ
- среднее квадратичное отклонение годового стока взве-
Н
шенных наносов.
Средний многолетний расход взвешенных наносов находят
по формуле
ФGG σ−= .
%50H%50
где Q
- расход взвешенных наносов 50 %-ной обеспеченности,
50%
снятый с эмпирической кривой;
Ф
- нормированное отклонение ординаты биноминальной
50%
кривой обеспеченности.
Расчетный расход взвешенных наносов заданной обеспеченности определяют по формуле
GР% = G
- σнФР%.
50%
При отсутствии данных гидрометрических наблюдений необходимо пользоваться картой средней мутности рек и картой
модуля стока взвешенных наносов. Коэффициент вариации стока
взвешенных наносов определяют по формуле
СVH = 3СV - 0,5,
коэффициент асимметрии находят из соотношения
СSH = 2СVH.
5.5. Регулирование речного стока
Распределение речного стока неравномерно как в пространствннном отношении по территории, так и во времени. Cток
большинства рек за короткий период половодья и паводка составляет от 50 до 90 % суммарного годового объема. Некоторые
165
реки в засушливые периоды полностью пересыхают, другие промерзают зимой. Наряду с сезонной неравномерностью сток неравномерен и по годам. Наблюдается определенная цикличность
в чередовании многоводных и маловодных лет и периодов.
Естественный режим речного стока в большинстве случаев
не соответствует режиму водопользования. Различные отрасли
народного хозяйства предъявляют свои требования на воду, которые нередко не совпадают между собой, не совпадают с режимом естественного стока, нарушают его и отрицательно сказываются на качестве воды. Таким образом, природный режим речного стока и режим его использования асинхронны.
Для их согласования, более полного и рационального использования водных ресурсов в целях бесперебойного и надежного обеспечения водой населения, промышленности и сельского
хозяйства необходимо воздействие на естественный режим стока,
т.е. его регулирование.
Под регулированием речного стока понимают распределение по времени объема стока в соответствии с требованиями водопользования, а также в целях борьбы с наводнениями. Технически регулирование стока осуществляется с помощью специальных искусственных водоемов.
Искусственный водоем, образованный водоподпорным сооружением на водотоке с целью хранения воды и регулирования
стока, называется водохранилищем.
Регулирование стока является важным мероприятием при
разрешении очень многих водохозяйственных задач: водоснабжении, обводнении и орошении, использовании водной энергии,
улучшении условий судоходства и лесосплава, предупреждения
наводнений, селей и т.д.
5.5.1. Виды регулирования стока
В зависимости от задач, характера и состава водопотребителей применяют различные виды регулирования стока, которые
классифицируют по трем основным признакам: по назначению,
продолжительности и степени регулирования.
166
По назначению водохранилища подразделяют на запасные,
задерживающие (противопаводочные) и комплексные.
Основная задача запасных водохранилищ состоит в повышении расходов воды в маловодные периоды за счет сработки
запасов воды, созданных путем временного задержания избытков
стока над потреблением в многоводные сезоны или годы. Это наиболее распространенный тип водохранилищ. Они обслуживают энергетику, коммунальное и промышленное водоснабжение,
сельское хозяйство, речной транспорт и другие отрасли народного хозяйства.
Задерживающие (противопаводочные) водохранилища
предназначены для борьбы с наводнениями и селевыми потоками. За счет временного задержания части стока в период многоводья (паводка или половодья) снижаются максимальные расходы воды, поступающие в нижний бьеф водохранилища, и предотвращается опасность наводнения.
Комплексные водохранилища совмещают функции запасно-
го и задерживающего.
По продолжительности различают суточное, недельное, сезонное (годичное) и многолетнее регулирование стока.
Суточное регулирование заключается в перераспределении
в течение суток практически равномерного стока реки в соответствии с требованиями потребителей. В часы малого потребления
вода накапливается в водохранилище и расходуется из него в часы повышенного потребления. Цикл регулирования (наполнение
и сработка) - сутки.
Суточное регулирование наиболее широко распространено
в водоснабжении и гидроэнергетике, находит оно применение и в
орошении.
Объем водохранилища при суточном регулировании определяют путем сопоставления неравномерного суточного графика
водопотребления со средним расходом водопотребления за сутки.
Когда средний расход водопотребления qср больше расхода
по суточному графику q, водохранилище заполняется, при qср< q водохранилище срабатывается. Отношение максимального расхода потребления в течение суток q
к среднесуточному qср на-
макс
167
зывается коэффициентом неравномерности суточного потреб-
ления
η
= q
макс/qср
.
Суточное регулирование позволяет уменьшить размеры и
стоимость водозаборного сооружения, нососной станции, водовода (канала или трубопровода), так как сооружения при наличии
водохранилища рассчитывают не на максимальный, а на средний
расход.
Недельное регулирование заключается в перераспределении
в течение недели равномерного стока в соответствии с неравномерным потреблением. Если суточное потребление воды в рабочие дни q1, а в нерабочий день q2, то при продолжительности недели n суток, в числе которых два дня нерабочих, общее потребление воды за неделю составит
n
q q n q s
= − + ⋅
∑
[ ( ) ]
1
2 2
1 2
,
где s – количество секунд в неделе.
Средний расход водопотребления в неделю
qср = (q1(n - 2) + 2q2)/n.
Объем водохранилища недельного регулирования стока равен объему неиспользованного стока в два выходные дня, когда
водопотребление понижено, т.е.
V
= V2 = 2(qср – q2)⋅s.
нед
тогда
V
= [2(q1 – q2)(n-2)/n ]⋅s.
нед
Полный цикл при недельном регулировании (наполнение и
сработка) равен неделе. Применяется оно, в основном, в промышленном водоснабжении и гидроэнергетике.
168
q,м3/с
Q
q
Сезонное (годичное) регулирование стока позволяет перераспределять сток в течение
сезона или года
(рис. 5.6). Во время
половодий и паводков водохранилище наполняют, в
период межени
срабатывают.
Рис. 5.6. Схема сезонного регулирования стока
Объем водохранилища сезонного регулирования определя-
ется путем сопоставления расчетного стока и потребления.
Сезонное регулирование - наиболее распространенный вид
регулирования стока, применяется при водоснабжении, в энергетике, орошении и других отраслях народного хозяйства.
Многолетнее регулирование стока заключается в перераспределении стока в течение длительного многолетнего периода.
Цикл регулирования (наполнение и сработка водохранилища)
длится несколько лет. Дефицит в воде за маловодные n-летия
покрывается из запасов воды за многоводный период, предшествующий половодью.
Многолетнее регулирование стока - наиболее полный и совершенный вид регулирования стока, отвечающий задачам комплексного использования водных ресурсов. При этом виде регулирования нужны значительно большие по размерам водохранилища, чем при других видах.
По степени регулирования различают полное и неполное
регулирование стока. При полном регулировании используется
весь сток и водохранилище работает без сброса, при неполном
часть стока не используется и идет на холостой сброс.
169
5.5.2. Нормативные уровни водохранилища
ФПУ
Наиболее распространены водохранилища, созданные путем сооружения плотины. На участке выше плотины повышаются
уровни и аккумулируются большие объемы воды, которые регулируются с помощью инженерных сооружений (щитов, затворов,
водосбросов) и используются для хозяйственных целей. Длина
водохранилища равна дальности распространения подпора от
плотины. В отличие от резервуаров и бассейнов водохранилища
имеют, как правило, естественное ложе и берега.
Искусственные водоемы небольших размеров и площадью
водосборной поверхности менее 1 км2 называют прудами.
Параметры водохранилища, определяющие его размеры,
устанавливаются на основе водохозяйственного расчета. При
этом объем воды в водохранилище принято подразделять на две
основные составляющие (рис. 5.7): мертвый и полезный объемы.
▼
▼ НПУ
▼ УМО
Мертвый объем (V
постоянная часть полного объема
водохранилища, которая в нормальных условиях эксплуатации не
срабатывается и в регулировании
стока не участвует. Уровень поверхности воды, ограничивающий
) - это
умо
этот объем сверху, называют уровнем мертвого района (УМО).
Рис. 5.7. Схема продольного
профиля водохранилища
Полезный объем (V
) - основная часть полного объема во-
плз
дохранилища, непосредственно используемая для регулирования
стока. Она расположена выше УМО и ограничена сверху нормальным подпорным уровнем (НПУ) - наивысшим проектным
подпорным уровнем верхнего бьефа, который может поддерживаться в нормальных условиях эксплуатации гидротехнических
сооружений.
Полный объем водохранилища соответствует отметке НПУ
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]