2.2 Определение мертвого объема и срока службы водохранилища

Мертвый объем водохранилища V_m - 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 h_cp ≥ 2,5 м; критерий литорали (мелководья) L_ω ≤ 0,35.

Пользуясь кривой h_cp = f (H) (рис. 2.2), при h_cp = 2,5 м получаем УМО = 134 м. Этому уровню соответствует (по кривой V = f (H)) 140 млн. m³.

По найденному объему, используя кривую L_ω = f (H), устанавливают критерий литорали L_ω. Он равен 0.35 (рис. 2.2).

Так как L_ω получился больше допустимого, значит УМО = 134 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 L_ω = 0,35 и утвердить его окончательно в том случае, если срок службы во­дохранилища будет соответствовать нормативам. В рассматриваемом примере оста­новимся на принятом УМО = 134 м и назначим обвалование водохранилища.

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

T = V_MO/W_T, (2.6)

где W_T - среднегодовой объем отложений наносов в водохранилище, м³.

W_T =[(10^-6p₀W₀)/γ_отл]1+m-δ), (2.7)

где р₀ - норма годовой мутности во входном створе водохранилища, г/м³; W₀ - норма годового стока, м³; у_отл - объёмная масса донных отложений, т/м³; δ - 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, W_T за год будет равен:

W_T = [(10^-6 • 470 • 1160 • 10⁶) / 0,8](l + 0,1 — 0,3) = 0,419 млн. м³

Следовательно, время заиления мертвого объема:

Т = 100-10⁶ /0,734-10⁶ =136 лет.

Допустимый срок заиления для малых водохранилищ - 50 лет. В данном при­мере время заиления значительно больше 50 лет. Поэтому оставляем принятый УМО = 134 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 Е_Д , мм:

h_пот=Ф + Е_Д (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:

Е_Д = Ев – Е_с (2.9)

где Е_в - средний многолетний слой испарения с водной поверхности, мм;

Е_с - средний многолетний слой испарения с поверхности суши, затапливаемой

водохра­нилищем, мм.

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

=Е₂₀-К_н-К₃-К_ω, (2.10)

где Е₂₀ - норма испарения с водной поверхности эталонного бассейна 20 м² , мм; К_н - поправочный коэффициент на глубину, который определяют в зависимости от средней глубины водохранилища h_cp и природной зоны; К₃ - поправочный коэф­фициент на защищенность водоема от ветра древесной растительностью и другими препятствиями, его определяют в зависимости от соотношения средней высоты пре­пятствий h₃, м, к средней длине разгона воздушного потока L_cp, м; К_ω- 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 Р_е равна:

Р_е=100-Р_х, (2.11)

где Р_х - обеспеченность осадков.

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

Е_Д=Т_в K_ре-ХК_рх, (2.12)

где - средний месячный слой испарения с водной поверхности, мм; - средний месячный слой осадков, мм (принимается по данным метеостанций); К_pe -

модульный коэффициент слоя испарения с водной поверхности (принимается в зави­симости от Р_е и коэффициента вариации испарения C_Ve); К_рх - модульный коэффи­циент слоя осадков заданной обеспеченности (определяют по таблице ординат трехпараметрического гамма-распределения в зависимости от Р_х и коэффициента вариа­ции осадков С_vx. При этом коэффициент асимметрии принимается C_s = 2C_V.

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

С_Vx = 0,26 ; C_Ve =0,12; Р_х = 85% ; Р_е =100 - Р_х =10%

Меся­цы	Фильт­рация Ф, мм	Испарение			Осадки		Доп. Испаре­ние,	Итого потерь
		Ев, %	Ев, мм	ЕвКре	X	ХКрх
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	30	-	-	-	59	40	-	30
2	30	-	-	-	57	39	-	30
3	30	-	-	-	45	31	-	30
4	30	6	60	69	42	29	40	70
5	30	14	139	161	58	40	121	151
6	30	20	199	230	66	45	185	215
7	30	21	209	242	84	58	184	214
8	30	19	189	219	69	47	172	202
9	30	12	119	138	50	34	104	134
10	30	6	60	69	52	36	33	66
11	30	2	20	23	54	37	-14	16
12	30	-	-	-	61	42	-	30
					553	478

Суммарный объем потерь из водохранилища находят следующим образом:

W_nom=0,001h_nom•ω, (2.13)

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