Министерство образования Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Российский Государственный Гидрометеорологический Университет

Кафедра гидрофизики гидропрогнозов

Курсовая работа на тему: «Зимний термический и ледовый режим Рыбинского водохранилища»

Выполнила:ст. гр. Г-306

Цай Александра

Проверил:к.т.н.,

доц. Сергей Дорофеевич Винников

Оглавление:

1. Введение………………………………………………………………………………………………………………………………………3

2. Физико-географическое описание объекта……………………………………………………………………………….5

3. Существующие методы расчета………………………………………………………………………………………………….9

4. Исходные данные……………………………………………………………………………………………………………………….11

5. Расчет характеристики……………………………………………………………………………………………………………….14

6. Заключение…………………………………………………………………………………………………………………………………18

7. Список использованной литературы…………………………………………………………………………………………19

8. Приложения………………………………………………………………………………………………………………………………..20

Введение

Значительную часть года водоемы и водотоки нашей страны находятся под ледяным покровом. Помимо этого в переходные периоды года - от лета к зиме и наоборот - на этих объектах имеют место такие явления, как зажоры и заторы, образование внутриводного льда, навалы льда на берега и гидротехнические сооружения и другие. Поэтому, для успешного ведения народного хозяйства в стране, необходимо знать физику этих явлений и уметь их рассчитывать и прогнозировать (для борьбы с ними, а иногда с целью использования в своей деятельности). Например, рассчитывается толщина и прочность льда для транспортировки по нему тяжелых грузов, или рассчитывается нагрузка на гидротехническое сооружение от воздействия на него льда. ^[1]

Освоение северных и восточных районов нашей страны повысило актуальность изучения вопросов, касающихся процесса формирования ледяного покрова, пространственного распределения толщины льда и методов ее определения, включая расчетные. Достаточно упомянуть, что ледяной покров широко используется для переправ и ледовых автодорог-зимников, данные о толщине льда в конце зимы необходимы для обеспечения ранней навигации с помощью ледоколов, а также при прогнозах сроков вскрытия, проектировании и эксплуатации гидротехнических сооружений. ^[4]

Также гидроледотермика (дисциплина, охватывающая термические вопросы воздействия и использования тепла, холода и льда в строительстве и технике) является руководством для инженеров-проектировщиков, научной монографией для исследователей, учебным пособием для инженеров. ^[3]

В целом вопросы формирования ледяного покрова излагаются применительно к потребностям практики ледотермических расчетов с оценкой погрешности расчетных методов определения толщины льда. При рассмотрении закономерностей пространственного распределения толщины ледяного покрова, кроме всего прочего, выявились недостаточная информативность стандартных наблюдений на гидрологических постах и необходимость регулярного проведения широкомасштабных ледомерных съемок рек, озер и водохранилищ. ^[4]

Ледовый режим рек, озер, каналов и водохранилищ России изменяется в широких пределах в зависимости от климатических условий. На юге России ледостав продолжается короткое время, как правило, не более одного-двух месяцев, а в северных районах Восточной Сибири продолжительность ледостава достигает 6...8 месяцев. Также значительна изменчивость по территории России толщины ледяного покрова рек, озер и водохранилищ. Мощность льда в течение ледостава не остается постоянной: зимой она возрастает, а весной до начала вскрытия уменьшается вследствие таяния. Толщина ледяного покрова в средней полосе европейской части России в конце умеренно теплой зимы составляет 0,5...0,6м. Максимальное значение толщины льда наблюдается на реках и озерах полярной зоны Сибири (до 3м) и на наледных участках рек – до 4м. Максимальная толщина льда на волжских и камских водохранилищах составляет 0,6...1,0м, на сибирских – 0,8...1,2м. Натурные наблюдения за продолжительностью ледостава на водных объектах страны свидетельствуют о том, что нарастание толщины льда происходит в течение ноября-марта. Интенсивность нарастания льда и характер ее распределения в течение зимнего периода на реках, озерах, каналах и водохранилищах неодинаковы и зависят не только от физико-географического положения водного объекта, но и от его морфометрических и гидродинамических особенностей.

Толщина льда, наряду с прочностью, является одной из основных характеристик, определяющих несущую способность ледяного покрова, возможность его разлома и сопротивления воздействию внешних сил. В зимний период толщину ледяного покрова рек, озер, каналов и водохранилищ необходимо знать для различных технических целей: устройства ледовых переправ, определения нагрузок на сооружения, пропуска льда через гидротехнические сооружения и т.д. ^[16]

Целью данной работы является оценка различных методов расчета толщины ледяного покрова (анализ влияния гидрометеорологических величин).

Физико-географическое описание объекта

Рыбинское водохранилище (Рыбинское море) – один из крупнейших водоемов мира – искусственное озеро, находится в одном ряду с крупнейшими озерами Европы – Ладожским и Онежским.

Строительство гидроузла [Приложения 1-7] водохранилища началось в 1935 году вблизи города Рыбинска. Сооружения Рыбинского гидроузла перекрывают русло реки Волга выше устья реки Шексна и саму реку Шексна в непосредственной близости от ее устья. В 1941 году на Волге и Шексне была закончена постройка дамбы, плотины и шлюза и весенние воды стали заполнять образовавшуюся котловину, место, где было природное ледниковое озеро. Рыбинское водохранилище планировалось как самое большое по площади искусственное озеро в мире. Прежде чем закрыть пролеты плотины пришлось переселить на новые места жителей более 600 селений и города Мологи. Множество сел и деревень оказалось под водой. Вода подошла к Переборам, Пошехонью-Володарску, Брейтову, к Череповцу - крупному порту Волго-Балтийского водного пути. Наполнение водохранилища до проектной отметки в 102 м над уровнем моря продолжалось в течение 7 лет до 1947 года. В результате подъема уровня воды в Рыбинском море судоходными стали прежде мелководные участки рек Мологи, Суды, Согожи и других.

Средняя глубина Рыбинского моря достигает 5,6 м, а в месте впадения реки Ухры в Шексну - превышает 30 м. Это водоем со сложной системой заливов, полуостровов, островов, островков, с широким центральным плесом, окруженный лесом, удивительно красив и летом, и зимой. Более 60 рек несут воду в Рыбинское водохранилище. В их числе: Шексна, Ухра, Согожа, Сить, Молога, Суда.

Гидроузел включает в себя:

- в русле Шексны - здание Рыбинской ГЭС мощностью 346 МВт (первоначально 330 МВт) и земляную русловую плотину.

- в русле Волги - однокамерный двухнитевой шлюз, бетонную водосливную плотину и сопрягающую их дамбу.

Характеристика - описание

* Образовано 13 апреля 1941.

* Средняя глубина - 5,5 м, максимальная - 25-30 м.

* Площадь 4580 км².

* Объём 25,5 км³.

* Полезный объём 16,7 км³.

* Объём навигационной сработки 9,9 км³.

* Центр 37°30' в.д. и 58°30' с.ш.

* Затоплено: 3645 км²лесов, 663 деревни, 1 город (Молога).

* Переселено 130 000 чел.

* Мощность электростанции 346 МВт.

* Судоходство, рыболовство.

* Порты: Череповец - при впадении в водохранилище реки Шексны, Весьегонск - при впадении реки Мологи.

Подпор от Рыбинского гидроузла распространяется на:

- 112 км до Угличского гидроузла на Волге;

- 172 км до Шекснинского гидроузла на Волго-Балтийском канале;

- 184 км по реке Молога (выше города Весьегонск).

Рыбинское водохранилище относится к числу мелководных, так как около 57 % (2590 км²) его площади приходится на районы с глубинами менее 6 м. Преобладающий грунт дна - песок, торф, супесь. В отдельных местах на дне лежат пни, остатки разрушенных зданий и гидротехнических сооружений.

Береговая линия Рыбинского водохранилища достигает длины 1724 км. Средняя глубина водохранилища равна 5,6 м, а наибольшая едва достигает 25 м.

Большие размеры водохранилища и сильные ветры способствуют развитию очень опасного волнения на нем. Высота волн достигает 2-3 м. Это осложняет работу водного транспорта.

Зимний термический режим несколько отличается от режима мелководных водоемов. Рыбинское водохранилище, замерзает несколько позже, чем Волга, Молога и Шексна. Вскрывается оно также дней на 10 позже, чем те же реки.

Исследования Рыбинского водохранилища показали, что в сравнении с береговыми метеорологическими станциями скорость ветра над акваторией водохранилища почти в 2 раза больше, примерно на 10 % возросла влажность воздуха. ^[12]

Ледовый режим Рыбинского моря тяжелый. Главный плес его очищается ото льда лишь через три недели после окончания ледохода на Волге. Для того чтобы не за­держивать начало навигации, лед на водохранилище приходится взламывать ледоколами. Кстати, Верхняя Волга и до зарегулирования обычно вскрывалась не везде одновременно. На участке от Рыбинска до Горького ледяной покров на ней держался всегда на 10 дней дольше, чем выше и ниже по течению. А разливы воды начинались там на реке еще до прохода льда. ^[13]

Приложение 8. Карта Рыбинского водохранилища.

^[14]

В сравнении с береговыми метеорологическими станциями скорость ветра над акваторией водохранилища почти в 2 раза больше, примерно на 10% возросла влажность воздуха.

Климат прилегающих территорий (Ярославская область) умеренно-континентальный, с коротким, относительно теплым летом, продолжительной, умеренно холодной зимой и ясно выраженными сезонами весны и осени. Среднемесячная температура самого холодного месяца года - января изменяется от -10,5°С до -12°С, а самого теплого - июля от +17,5°С до +18,5°С.

Вся территория Ярославского Поволжья в агроклиматическом отношении делится на два крупных района, границей между которыми служит р. Волга. Первый район (левобережье Волги) характеризуется суммой средних суточных температур за период выше +10°С - 18°С, а во втором районе (правобережье Волги) они соответственно составляют 19°С-20°С.

Продолжительность устойчивого снежного покрова в первом районе на 5 дней больше, а средняя высота его на 10 см выше, чем втором районе.^[15]

^[11]

Месяц

Декабрь

Январь

Февраль

Март

Снег

Лед

Снег

Лед

Снег

Лед

Снег

Лед

5

10

25

13

40

16

37

10

10

27

18

41

8

36

15

-

-

18

29

16

41

5

36

20

-

-

21

30

15

41

5

35

25

1

12

15

28

15

40

4

35

Посл.день

1

23

16

35

14

38

2

28

Декабрь

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 декада

-14,3

-5,9

-6,4

-7,1

-6,5

-10,4

-16,9

-18,2

-14,8

-4,7

-10,5

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

2 декада

-18,4

-17,9

-9,3

0,2

0,8

0,9

-1,3

-9,8

-11,8

-8,6

-7,5

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

3 декада

-4,5

-1,7

-1,6

-0,6

-1,7

-1,5

-0,5

-3,5

-5,2

-1,5

-3

-2,3

Январь

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 декада

-8,5

-5,9

-4

-4,6

-5,5

-6,3

-9,8

-18,4

-20,5

-10,5

-9,4

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

2 декада

-9,9

-22,7

-16,9

-7,9

-2

-8,3

-16,4

-12,1

-3,8

-8,3

-10,8

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

3 декада

-14,2

-12

-16,7

-16,2

-19,9

-9,8

-20,3

-25,3

-26,6

-20

-20,3

-18,3

Февраль

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 декада

-17,5

-5,8

-12,7

-7,2

-6,6

-6,1

-8,8

-11,2

-11,5

-13,4

-10,1

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

2 декада

-15,1

-16,7

-17,4

-12,3

-6,4

-3,3

-4,5

-12,9

-12,7

-6,6

-10,8

21

22

23

24

25

26

27

28

29

3 декада

-0,4

0,4

-4,8

-5,8

-3

-3,8

-5,4

-4,9

-6,2

-3,8

Март

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 декада

-9,8

-7,5

-6,4

-7,3

-7,7

-10,3

-10,3

-11,2

-10,2

-13,4

-9,4

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

2 декада

-13

-10,5

-8,2

-8,2

-4,8

-5,5

-11

-10,9

-12,1

-11,8

-9,6

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

3 декада

-4,5

-1,7

-1,6

-0,6

-1,7

-1,5

-0,5

-3,5

-5,2

-1,5

-3

-2,3

Месяц

Толщина льда h_л

Сумма температур Ʃθ

lnhл

lnǀƩθǀ

ǀƩθǀ

Декабрь

5

-40,2

3,69

40,2

10

-105,2

4,66

105,2

15

-171,8

5,15

171,8

20

-214,2

5,37

214,2

№ точки

25

12

-224,3

2,48

5,41

224,3

1

Январь

5

25

-252,8

3,22

5,53

252,8

2

10

27

-327,7

3,30

5,79

327,7

3

15

29

-387,1

3,37

5,96

387,1

4

20

30

-436

3,40

6,08

436

5

25

28

-531,2

3,33

6,28

531,2

6

Февраль

5

40

-581

3,69

6,36

581

7

10

41

-632

3,71

6,45

632

8

15

41

-699,9

3,71

6,55

699,9

9

20

41

-739,9

3,71

6,61

739,9

10

25

40

-753,5

3,69

6,62

753,5

11

Март

5

37

-792,2

3,61

6,67

792,2

12

10

36

-847,6

3,58

6,74

847,6

13

15

36

-892,3

3,58

6,79

892,3

14

20

35

-943,6

3,56

6,85

943,6

15

25

35

-994,6

3,56

6,90

994,6

16