2. Определение мертвого объема и срока службы водохранилища

Мертвый объем водохранилища - объем воды, расположенный ниже уровня наибольшего возможного опорожнения водохранилища и необходимый для его нормальной эксплуатации. При его расчете учитывают следующие условия: заиление водохранилища наносами, санитарно-технические требования, обеспечение необходимого качества воды, условия для судоходства, рыбного хозяйства, мелиорации, гидроэнергетики и др. Уровень поверхности воды, ограничивающий этот объем сверху, называют уровнем мертвого объема (УМО).

При определении мертвого объема (исходя только из санитарно-технических условий) для обеспечение нормального качества воды нормами проектирования принимают два условия: средняя глубина воды в водохранилище при минимальном его наполнении должна быть м; критерий литорали (мелководья) .

Пользуясь кривой (рис. 2.2), при м получаем УМО = 140,4 м. Этому уровню соответствует (по кривой ) млн. м³.

По найденному объему, используя кривую , устанавливают критерий литорали . Он равен 0,39 (рис. 2.2).

Так как получился больше допустимого, значит УМО = 100 м не может быть принят в качестве уровня мертвого объема. В данной ситуации необходимо либо запроектировать обвалование берегов водохранилища и снизить критерий литорали до 0,35, либо предварительно принять за уровень мертвого объема тот уровень, при котором и утвердить его окончательно в том случае, если срок службы водохранилища будет соответствовать нормативам. В рассматриваемом примере остановимся на принятом УМО = 100 м и назначим обвалование водохранилища.

Найденный мертвый объем проверяют на условие заиления его наносами. Время заиления мертвого объема (срок службы водохранилища) устанавливают по выражению:

, (2.6)

где - среднегодовой объем отложений наносов в водохранилище, м³.

, (2.7)

где - норма годовой мутности во входном створе водохранилища, г/м³; - норма годового стока, м³; - объёмная масса донных отложений, т/м³; - транзитная часть наносов, сбрасываемых из водохранилища в нижний бьеф; m - количество донных наносов в % от взвешенных.

Допуская, что транзитная часть наносов, сбрасываемых из водохранилища в нижний бьеф, составляет до 30 %, а количество донных наносов 10 % от объема взвешенных наносов, за год будет равен:

млн. м³

Следовательно, время заиления мертвого объема:

лет.

Допустимый срок заиления для малых водохранилищ – 50 лет. В данном примере время заиления значительно больше 50 лет. Поэтому оставляем принятый УМО = 121 м и млн. м³.

2.3 Расчет потерь воды из водохранилища

Потери воды из водохранилища в основном складываются из потерь на фильтрацию через ложе водохранилища Ф и дополнительное испарение , мм:

(2.8)

При расчетах потери на фильтрацию принимают в виде слоя воды, теряемой с зеркала водохранилища или пруда за месяц или год.

Суммарные потери на фильтрацию из водохранилища С.Н. Крицкий, М.Ф. Менкелъ и М.В. Потапов рекомендуют определять приближенно в зависимости от трех градаций:

- для хороших гидрогеологических условий слой потерь принимают равным 0,36 м/год, или 30 мм/месяц;

-для средних гидрогеологических условий – 0,72 м/год, или 60 мм/месяц;

-для плохих гидрогеологических условий – 1,08 м/год, или 90 мм/месяц.

Потери воды на дополнительное испарение определяют:

(2.9)

где - средний многолетний слой испарения с водной поверхности, мм; - средний многолетний слой испарения с поверхности суши, затапливаемой водохранилищем, мм.

Средний многолетний слой испарения с водной поверхности за безледоставный период находят по следующему выражению:

, (2.10)

где - норма испарения с водной поверхности эталонного бассейна 20 м² , мм; - поправочный коэффициент на глубину, который определяют в зависимости от средней глубины водохранилища и природной зоны; - поправочный коэффициент на защищенность водоема от ветра древесной растительностью и другими препятствиями, его определяют в зависимости от соотношения средней высоты препятствий , м, к средней длине разгона воздушного потока , м; - поправочный коэффициент на площадь водоема. При проектировании сезонного регулирования стока в качестве расчетной величины потерь на испарение принимают слой дополнительных потерь на испарение расчетной обеспеченности. Расчетная обеспеченность испарения равна:

, (2.11)

где - обеспеченность осадков.

Расчетный слой дополнительных потерь на испарение за каждый месяц безледоставного периода находят приближенно по формуле

, (2.12)

где - средний месячный слой испарения с водной поверхности, мм; - средний месячный слой осадков, мм (принимается по данным метеостанций); - модульный коэффициент слоя испарения с водной поверхности (принимается в зависимости от и коэффициента вариации испарения ); - модульный коэффициент слоя осадков заданной обеспеченности (определяют по таблице ординат трехпараметрического гамма-распределения в зависимости от и коэффициента вариации осадков . При этом коэффициент асимметрии принимается .

Расчет суммарного слоя потерь воды из водохранилища удобно выполнять в табличной форме (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Вычисление потерь из водохранилища в мм слоя

(При заданных ; ; ; )

Месяцы	Фильтрация , мм	Испарение			Осадки		Доп. Испарение, , мм	Итого потерь , мм
		, %	, мм
1	2	3	4	5	6	7	8	9
I	60	-	-	-	26	17,84	-	60
II	60	-	-	-	22	15,09	-	60
III	60	-	-	-	27	18,52	-	60
IV	60	3	24,09	27,53	27	18,52	9	69
V	60	16	128,48	146,85	40	27,44	120	180
VI	60	22	176,66	201,91	48	32,93	144	204
VII	60	21	168,63	192,74	55	37,73	155	215
VIII	60	19	152,57	174,38	50	34,3	140	200
IX	60	12	96,36	109,95	40	27,44	83	143
X	60	6	48,18	55,07	44	30,18	22	82
XI	60	1	8,03	9,18	31	21,27	-12	60
XII	60	-	-	-	31	21,27	-	60
ГОД	720	100	803	-	405	303	-	-

Суммарный объем потерь из водохранилища находят следующим образом:

, (2.13)

где - слой суммарных потерь воды, мм; - площадь зеркала водохранилища. Принимая = 100 км², строят график суммарных потерь воды из водохранилища (рис. 2.4).