Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Науки о Земле. Учебное пособие
.pdf
щей поверхности 2000 см2 и глубины грунтовых вод от 1,0 до 2,5
м также можно определить испарение по формуле
Е = 1/200 [(P1 – P2) + x + M + k - b],
где P1 и P2 - масса лизиметра при предыдущем и последующем
взвешивании, г;
x - сумма атмосферных осадков за исследуемый период, мм;
M - количество поданной при поливах воды, мм;
k - количество поданной в лизиметр воды водорегулирующим
устройством, мм;
b - отлитое из лизиметра количество воды, поступившей в
грунтовые воды.
Значения среднегодового слоя испарения с поверхности
суши приведены на карте изолиний (рис. 5.11).
е, гПа
25
20
1000
15
10
500
5
100
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35
Рис. 5.11. Номограмма для вычисления среднего многолетнего
годового испарения (ЕС, мм) по среднегодовой температуре t °C и влажности воздуха (е, гПа)
Приведены номограммы для вычисления среднего многолетнего годового испарения, основанные на методе расчета,
предложенном Константиновым (см. рис. 5.11).
С затопленной территории объем потерь воды на испарение
определяют по формуле
181
WЗ = 0,001E
Ω
,
Д
где ЕД - слой дополнительных потерь воды на испарение с площади затопления, мм;
Ω
- площадь затопления, м2.
З
Дополнительные потери воды на испарение с подтопленной
территории, площадь которой определяется частью суши, прилегающей к контуру водохранилища, с глубиной залегания грунтовых вод до 2,5 м, находят по формуле
W
= 0,001(E
пдт
пдт
– EС)
Ω
пдт
,
где Е
таточного увлажнения Е
избыточного увлажнения Е
- испарение с зоны подтопления, мм, (для районов недос-
пдт
= 2/3ЕВ, для районов достаточного или
пдт
= ЕВ;
пдт
Ω
- площадь подтопления, м2.
пдт
Суммарный объем потерь воды на испарение вследствие
подтопления и затопления земель определяют по формуле
WИ = WЗ + W
.
пдт
Определение потерь воды на фильтрацию. Потери воды на
фильтрацию через дно и берега водохранилища зависят от напора
и гидрогеологических условий, в частности, пород, слагающих
долину реки, их водопроницаемости, характера залегания и режима грунтовых вод. По степени удерживания воды в водохранилище и снижении потерь на фильтрацию через дно и берега
водохранилища гидрогеологические условия подразделяют на
хорошие - слой потерь 0-50 см/г; средние - 50-100 см/г; плохие 100-200 см/г.
Хорошие гидрогеологические условия обусловлены наличием по всему ложу водохранилища водонепроницаемых пород и
расположением уровня грунтовых вод выше отметок подпорных
уровней. Средние гидрогеологические условия характеризуются
малопроницаемыми грунтами ложа водохранилища; грунтовые
182
воды находятся выше уровня мертвого объема. Плохие гидрогеологические условия возникают при сложении ложа водопроницаемыми породами и наличии оттока воды на питание грунтовых
вод.
При проектировании водохранилища для выбранного участка русла реки потери на фильтрацию определяют по данным
изысканий и гидрогеологических расчетов.
5.5.5. Расчет заиления водохранилищ
Заилением называют процесс заполнения водохранилища
наносами вследствие уменьшения уклонов свободной поверхности, скорости течения, транспортирующей способности потока.
Постепенное опорожнение водохранилища до УМО возрастают
уклоны водотока и скорости течения, отложившиеся наносы перемещаются к плотине, заполняя мертвый объем до его полного
заиления. При полном заилении водохранилища отложения достигают предельного заиляемого объема, и все поступающие наносы проходят транзитом в нижний бьеф.
Показателем условной заиляемости называют продолжительность заиления водохранилища до отметки НПУ при условии
полного осаждения поступающих наносов
НПУ
V
/
,
Н
ty = V
где
V - средний многолетний объем наносов, поступающих в
H
водохранилище, м3/г, определяют по формуле
V
Н
=
V
н.взв
+
V
нвл
.
Средний многолетний объем взвешенных наносов при наличии длительного ряда наблюдений определяют по формуле
V
н.взв
= (
γρ
/00W
)10-6 ,
отл
183
где
γ
ρ
- средняя многолетняя мутность воды, г/м3;
0
W0 – средний многолетний сток реки, м3/г;
γ
- средняя плотность наносов, т/м3.
отл
Средний многолетний объем влекомых наносов определяют
по формуле
V
где G
= 31,56 · 103 G
нвл
- средний многолетний расход влекомых наносов, кг/с.
нвл
нвл
/
,
отл
При отсутствии длительного ряда наблюдений объем заиления определяют по формуле
V
= 10-6
П
00
γδρ
/)1(
−+ mW
отл
,
где m - доля влекомых наносов в отложениях;
δ - транзитная часть взвешенных наносов, сбрасываемых из
водохранилища в нижний бьеф.
Если для крупных водохранилищ tу>200 лет, а для прудов
tу>50 лет, то полученные значения принимают за продолжительность срока заиления и дополнительных расчетов не выполняют.
Срок службы водохранилища определяют по формуле
t сл = V
умо
V
/
.
Н
5.5.6. Расчет регулирования стока
по методу Крицкого - Менкеля
Метод относится к обобщенным методам регулирования
стока. Обобщенные методы основаны на представлении о природе речного стока как о случайном (вероятностном) процессе, для
изучения и раскрытия закономерностей которого может быть
привлечен математический аппарат теории вероятностей и статистики.
Задача многолетнего регулирования стока состоит в создании запасов воды в многоводные годы в целях обеспечения потребителей в маловодные годы. Кроме того, водохранилище мно-
184
голетнего регулирования стока используется и для ежегодного
сезонного регулирования.
Поэтому полезный объем водохранилища многолетнего регулирования стока
V
= Vмн + V
плз
сез
,
где Vмн, V
- соответственно многолетняя и сезонная составляю-
сез
щие объема, м3. В обобщенных методах сток, отдачу, объем и
другие параметры регулирования для удобства принято выражать
в долях среднего многолетнего объема стока Wо т.е. в относительных величинах: сток - в модульных коэффициентах стока
Кi = Wi / Wo
отдачу - в коэффициентах зарегулирования стока
α = Uбр / W0,
объем водохранилища - в коэффициентах объема
β
= Vi / Wо.
i
По методу Крицкого - Менкеля, многолетнюю составляющую объема водохранилища Vмн определяют с помощью графиков-номограмм, на которых представлена зависимость коэффициента объема
β
многолетней составляющей от коэффициента
мн
зарегулирования стока α, коэффициента изменчивости годового
стока Сv, коэффициента асимметрии Сs, коэффициента корреляции между стоком смежных лет r и обеспеченности Р, %.
Выбирается номограмма, соответствующая принятому отношению Сs/Cv, коэффициенту корреляции r и заданной обеспеченности Р, и по известным Cv и α находят необходимый коэффициент объема
По зависимости
V
=
β
мн
мнWо
вычисляют многолетнюю составляющую объема водохранилища.
185
С помощью номограмм можно найти коэффициент зарегулирования стока α, т.е. отдачу из водохранилища, а также решать
и другие задачи регулирования стока.
Сезонную составляющую объема V
определяют из усло-
сез
вия необходимости покрытия дефицита в воде в первый год
окончания маловодного периода, т.е. когда многолетний запас
исчерпан. Для этого случая
β
= α(tм - m
сез
),
ср.м
где tм - длительность межени в долях года;
m
- доля меженного стока в среднегодовом.
ср.м
Для большинства малых и средних рек средний полосы и
юга России можно принять tм = 0,833 (10 месяцев), m
– как
ср.м
среднее за многолетие.
Определив
V
=
сез
β
сезW0,
β
, находят
сез
а затем - полезный объем водохранилища многолетнего регулирования стока.
5.5.7. Расчет трансформации паводков
В период половодья (паводка) часть излишков воды временно задерживается в водохранилище. При этом происходит
некоторое повышение воды сверх НПУ, за счет чего образуется
форсированный объем и гидрограф половодья (паводка) трансформируется (распластывается) в гидрограф сбросных расходов.
Образование форсированного объема, равного аккумурлирующейся части стока высоких вод, позволяет снизить максимальные
расходы воды, поступающей в нижний бьеф, и тем самым предотвратить наводнения на нижерасположенных участках реки, а
также уменьшить размеры водосборных гидротехнических сооружений. Вместе с тем повышение воды в водохранилище выше
НПУ влечет за собой увеличение высоты плотины и приводит к
дополнительному затоплению и подтоплению земель. В связи с
этим оптимальный объем, предназначенный для снижения максимальных расходов половодья (паводка) или борьбы с наводнениями в нижнем бьефе водохранилища, устанавливается на основе технико-экономических расчетов.
186
Водохозяйственный расчет водохранилища на пропуск максимальных расходов воды выполняют на основе уравнения баланса воды в водохранилище
Q∆t = q∆t ± Ω∆h,
где Q - расчетный расход во входном створе водохранилища,
м3/с;
q - расход в створе водосбросного сооружения (сбросной расход), м3/с;
Ω - площадь водной поверхности (зеркала) водохранилища,
м2;
∆t - промежуток времени, с.
Для выполнения расчета водохранилища на пропуск максимальных расходов воды необходимо иметь:
- расчетный гидрограф половодья (паводка) Q(t),
- функцию сбросных расходов q(t) или q(h),
- зависимость Ω(h), т.е. кривую площади зеркала водо-
хранилища.
Форму расчетного гидрографа принимают по моделям наблюдавшихся половодий в расчетном створе реки-аналога. При
отсутствии и недостаточности наблюдений принимают различные способы схематизации расчетных гидрографов половодья
(паводка).
Метод Д.И. Кочерина. Основу метода составляют следую-
щие допущения:
- речной гидрограф половодья (паводка) можно предста-
вить в виде треугольника, трапеции;
- нарастание сбросных расходов происходит по линейно-
му закону.
Метод применим для одиночного водослива без затворов,
причем отметка гребня водослива должна совпадать с НПУ, а водохранилище к началу половодья должно быть заполнено до
НПУ.
187
Не учитывают полезную отдачу и потери воды на испарение и фильтрацию ввиду их незначительности по сравнению с
объемами паводка. Объем наполнения водохранилища определяют по статистическим характеристикам. Ошибка метода 5 -10 % в пределах погрешности гидрометирических измерений.
Расчетная схема при гидрографе половодья треугольной
формы приведена на рис. 5.12.
Q
q
max qmax Qmax
max
t
1 t2 t1 t2 t3
а б
Рис. 5.12. Схемы к расчету трансформации паводков: а – треугольной формы; б - трапецеидальной формах гидрографов
Объем половодья равен площади гидрографа:
Wп = 0,5Q
макс
T,
объем сброса в период прохождения волны половодья
W
где Q
макс
= 0,5q
сбр
, q
макс
T,
макс
- максимальные расходы половодья и сброса, м3/с;
T - продолжительность половодья, с.
Форсированный объем (заштрихованная площадь) определяется как разность объемов половодья и сброса
Vф = Wп(1 - q
макс
/ Q
макс
).
Из этой формулы можно получит зависимость для нахождения максимального сбросного расхода
q
макс
= Q
(1 - Vф/Wп),
макс
188
где Vф - форсированный объем (объем водохранилища выше
−+=−=
2
НПУ).
При схематизации гидрографа половодья по форме трапеции
5,0)(5,0
TqtTQWWV
max2max
,
W
ΒΡΠΦ
C
−=
1
Π
max
Tq
+
)(
tTQ
2max
где
W
max
П
)(
tT
+= .
2
Q
Обозначив η = T/(T + t2), получим
Vф = Wп(1 - ηq
max/Qmax
),
откуда следует, что максимальный сбросной расход
q
max
= (Q
/η)(1 - Vф/Wп).
max
5.5.8. Эксплуатация водохранилищ
и экономическая эффективность
регулирования стока
Техническая эксплуатация водохранилища осуществляется
специальной эксплуатационной службой. В задачи эксплуатационной службы входят:
- оперативное управление водными ресурсами водохранилища для обеспечения плановой водоотдачи и поддержания
нормативных уровней верхнего и нижнего бьефов;
- систематический контроль за состоянием водохранилища
и сооружения, проведение необходимых ремонтных работ;
- безаварийный пропуск половодий, паводков, льда, шуги и
плавающих предметов через водосборные сооружения, проведение мероприятий по уменьшению потерь воды из водохранили-
189
ща, по борьбе с переработкой берегов, заилением и зарастанием
водохранилища;
- регулярное измерение уровней воды в верхнем и нижнем
бьефах, а также расходов воды потребителями, пропусков и сбросов в нижний бьеф;
- охрана водных ресурсов водохранилища от загрязнения и
истощения.
Руководящим документом, на основе которого осуществляется эксплуатация водохранилища, является "Основные правила
использования водных ресурсов водохранилища", которые разрабатываются проектной организацией в соответствии с Водным
кодексом России.
Основными правилами предусматривается охрана водохранилищ от загрязнения. Сброс в водохранилище неочищенных
производственных и бытовых сточных вод и других отходов и
отбросов запрещается.
Оценка экономической эффективности регулирования стока. Создание водохранилищ и проведение мероприятий по регу-
лированию стока требуют затраты больших материальных
средств.
Единовременные капитальные вложения по гидроузлу с водохранилищем К складываются из стоимости строительства водоподпорного, водосбросного, водозаборного сооружений и других устройств по регулированию стока (КС) и затрат на компенсацию ущерба, нанесенного созданием водохранилища различным отраслям народного хозяйства, окружающей среде и отдельным гражданам (КВ)
К = Кс + Кв.
Капитальные вложения на строительство гидроузла Кс зависят от многих факторов (назначения и размеров гидроузла,
района и условий строительства, принятых конструктивных решений) и определяются сметно-финансовым расчетом.
Компенсационные капитальные вложения КВ слагаются из
затрат на следующие цели: перенос или восстановление зданий,
сооружений, оборудования, транспортных средств и др. основ-
190
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]