Устойчивость русла.

В результате взаимодействия между потоком и руслом создаются русловые формы (отмели, береговые косы, перекаты), наиболее соответствующие характеру течения, скоростям и уклонам.

Поток стремится сгладить все резкие изломы русла, что приводит к снижению местных сопротивлений движению и уменьшению интенсивности размыва, то есть к повышению устойчивости русла.

Степень устойчивости русла зависит от силы тяжести частиц, слагающих ложе реки, от силы лобового давления на частицу и силы взвешивания (последние две силы пропорциональны V ).

В результате взаимодействия этих сил происходит отрыв частиц от дна русла, их перенос и осаждение.

Так как средняя плотность твердого вещества наносов изменяется очень мало, то сопротивляемость наносов размыву можно охарактеризовать геометрическими размерами твердых частиц. Скорость потока, в свою очередь, определяется уклоном реки. Поэтому в качестве критериев устойчивости русла реки В.М. Лохтин предложил следующий коэффициент устойчивости:

К = ,

где d – средний диаметр реки, слагающий ложе реки (мм.);

I – уклон реки в %о.

Уравнение деформации русла.

Деформация русла является следствием неравенства между количеством наносов, поступающих на данный участок реки и выносимых вниз по течению. Если скорости возрастают вдоль потока, то должен возникать размыв русла, если уменьшаются - намыв или заиление русла. Отсюда уравнение деформации русла может быть получено путем составления баланса наносов на рассматриваемом участке реки.

Рассмотрим некоторый участок русла длиной L, шириной B и глубиной h:

Рисунок 28

Предположим, что Q постоянен и поток находится в условиях медленно изменяющегося режима, что позволяет считать задачу одномерной, а гидравлические элементы потока (глубину h, скорость V) зависящими только от L и времени . Задача состоит в определении скорости изменения толщины слоя наносов:

Обозначим массовой расход наносов G . Так как скорость потока V изменяется по его длине, то G также зависит от L. Поэтому вследствие непрерывности функции 2-2 можно записать формулу (1). Разность между приходом и убылью наносов на участке за время составит:

( )× =- . (1)

Эту массу унесенного или принесенного грунта можно выразить следующим образом:

G= .

Поскольку толщина слоя наносов является функцией времени, то есть , то ее можно выразить через частные производные:

,

Таким образом, последнее уравнение может быть переписано в виде:

G= .

Приравняв правые части базовых уравнений, мы получаем:

,

Проведя необходимые сокращения и выразив уравнение применительно к , получаем окончательное выражение:

.

Возрастание функции G вдоль L равнозначно размыву, то есть уменьшению во времени. Поэтому у левой и правой частей уравнения различные знаки.

Ледовый режим рек. (учебник Железнякова, стр. 128-131).

Регулирование стока.

Лекция 13: Задачи и виды регулирования стока.

Регулирование стока – это перемещение стока во времени и пространстве.

Необходимость регулирования стока обусловлена тем, что водные ресурсы Земли распределены крайне неравномерно. В частности, в нашей стране более 50% речного годового стока приходится на реки Сибири, впадающие в Северо-Ледниковый океан, в то время как население этого региона составляет значительно меньшую часть от населения государства в целом.

Цели регулирования стока.

1. орошение земель;

2. защита территории от наводнения;

3. обеспечение нужд коммунального хозяйства и отдыха;

4. развитие энергетики;

5. развитие рыболовства;

6. проведение спортивных мероприятий

Различают потребителей воды и водопользователей.

Водопотребители потребляют воду без возврата в водоем. Водопользователи воду используют, а затем ее возвращают.

Крупнейшими водопользователями являются оросительные системы, промышленность, коммунальное хозяйство.

К водопользователям относятся ГЭС, судоходство, рыболовство.

В зависимости от водопотребителей и водопользователей, водохранилища различают на:

1. запасные;

2. задерживающие;

3. комплексные.

По продолжительности регулирования выделяют следующие виды регулирования стока:

1. суточное. Под полным суточным регулированием понимается режим, при котором в течение суток в часы ночного и дневного провалов графика потребительской нагрузки ГЭС может полностью останавливаться, а в часы утреннего и вечернего максимума работать с полной располагаемой мощностью;

2. недельное. Под полным недельным регулированием понимается режим, при котором ГЭС может полностью останавливаться в нерабочие дни.;

3. сезонно-годичное;

4. многолетнее – обеспечивает три вида вместе взятые;

5. краткосрочное – не периодически применяется на малых реках для их очистки или лесосплава.

По степени использования стока различают:

1. полное регулирование;

2. неполное регулирование – это такой вид регулирования, при которой занесенный объем воды используется не полностью.

При системе нескольких водохранилищ различают:

1. каскадное и компенсированное регулирование;

2. буферное регулирование

Компенсирующее обеспечивается двумя установками:

- верхняя установка имеет водохранилище;

- нижняя осуществляет подачу воды потребителю

Буферное осуществляет водохранилища небольшой емкости. Предназначено для устранения возможных просчетов в пропусках воды из вышерасположенного водохранилища и для компенсации дефицита водоотдачи в створе забора.

Водохранилища. Их назначения и классификация.

Водохранилищем называется искусственный водоем для хранения воды и регулирования стока. Они служат для накопления воды в полноводные периоды с дальнейшим использованием в маловодные периоды.

Классификация водохранилищ:

1.равнинное – являются плотинными, то есть образованными в результате строительства плотины.

Рисунок 29

- - - - - поверхность воды до строительства плотины на реке;

___________ - поверхность воды после строительства плотины

Основные характеристики водохранилищ:

1 Равнинные водохранилища.

Максимальная глубина равна 15-20 м., средняя равна 7-9 м.. Величина сроботки, то есть изменение уровня при работе водохранилища составляет

2-7 м..

Недостатки:

1. затапливаются огромные территории, отсюда следует, что надо проводить дорогостоящие мероприятия, связанные со строительством дамб, насосных станций и т.д.;

2. при относительно малой глубине резко снижаются скорости течения, что приводит к зарастанию, заболачиванию территорий, к формированию участков;

3. вследствие большой поверхности зеркала воды, много воды тратиться на испарения, а зимой сток значительно уменьшается после становления льда;

4. на близ лежащих территориях наблюдается повышенный УГВ, что обуславливается затоплением территории.

2. Предгорные и плоскогорные водохранилища.

Максимальная глубина 70-100 м., величина сроботки уровня до 100м., поверхность зеркала небольшая, фильтрация, переработка берегов, незначительное подтопление.

3. Горные водохранилища.

Максимальная глубина >100м., величина сроботки уровня до 1000м., поверхность зеркала небольшая, фильтрация, переработка берегов, подтопляемость незначительная.

Недостатки:

вследствие быстрого течения и наличия материалов для данных наносов горные водохранилища заполняются быстро и прекращают свое существование.

4. Озерные плотинные водохранилища.

Образуются в результате устройства плотины на реке, вытекающей из озера. За счет образованного , уровень воды в озере повышается, в таких водохранилищах можно аккумулировать большое количество воды.

5. Наливные водохранилища.

Образуются при затоплении водой естественных или искусственно созданных впадин, для этого рядом с рекой устанавливается насосная станция, которая в полноводные периоды перекачивает воду из реки во впадину, а в маловодные вода самотеком стекает к потребителю.

Кроме того водохранилища делятся в зависимости от площади и объема:

1 крупнейшее (V>50 км );

2 очень крупное (V=20-50 км );

3 крупное (V=10-20 км );

4 среднее (V=1-10 км );

5 небольшое (V=0,01-1 км );

6 малые (V<0,01 км );

Водохранилища <1 км называются прудами.

Рыбинское водохранилище (V=22,42 км ).

В нашей стране самое крупное водохранилище – это Братское

(V=169,27 км ).

Крупнейшее в мире водохранилище находиться в США – Нью-Карнелиа-Тейлинск (V=209,5 км ).

Основные составляющие объема водохранилища и нормативные уровни.

Параметры водохранилища, определяющие их размеры, устанавливают на основе водохозяйственных расчетов.

Прежде всего в водохранилище различают мертвый объем. Уровень воды, соответствующий мертвому объему УМО.

Мертвый объем – постоянная часть полного объема, которая в нормальных условиях эксплуатация не срабатывается и в регулировании стока не участвует.

Рисунок 30

Мертвый объем определяется из следующих соображений:

1. санитарных:

- средняя глубина должна превышать 2,5 м.;

- площадь зеркала, под которой глубина не превышает 2 м. (площадь литорали) не должно превышать 1/3 площади зеркала;

2. величина мертвого объема определяется из условия незаиления в течении 200 лет;

3. мертвый объем должен обеспечивать минимальный полигационный уровень, необходимый для судоходства.

Полезный объем – используется при регулировании стока и заключенный между отметкой НПУ (нормальный подпорный уровень и УМО):

V =V -V

При нормальной эксплуатации водохранилищ расчет осуществляется таким образом, чтобы уровни воды в нем не превышали НПУ. Допускается кратковременное увеличение НПУ на величину формировки в период высоких паводков или половодий. При этом величины превышения уровня над НПУ не может быть больше 20-70 см.. Один раз в 10 тыс.лет возможно превышение на 1-3 метра.

Лекция 14: Характеристики водохранилищ.

БАТИГРАФИЧЕСКИЕ.

Рисунок 31-

h - средняя глубина;

H – уровень воды;

S – площадь водной поверхности;

V – объем воды;

L – критерий литорали (мелководья)

L= , где

S - площадь водной поверхности занятая мелководьем.

ОБЪЕМНЫЕ.

Рисунок 32

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ.

Представляют собой зависимость затрат и прибыли от размерных параметров водохранилища.

Затраты на создание водохранилища:

1. строительство искусственных сооружений, защищающих территорию от затопления, подтопления и берегообрушения;

2. затраты на перемещение людей;

3. земельное устройство;

4. затраты на перенос предприятий и сооружений;

5. переустройство подземной коммуникаций, ЛЭП, средств связей;

6. освоение водохранилищ.

Указанные коммуникации плюс капитальные затраты являются экономическими характеристиками при технико-экономическом анализе. Он должен проводиться путем сравнения затрат и прибыли, получаемых в результате создания водохранилища.

Рисунок 33

Методы расчета водохранилищ.

В результате расчетом определяются параметры водохранилища:

1. Полезный объем V ;

2. Наполнение водохранилища в процессе регулирования;

3. Холостые сбросы в различные моменты времени.

Порядок расчета:

1. Определяются гидрологические характеристики:

а) объем стока заданной обеспеченности V ;

б) величина потерь воды на испарение и фильтрацию;

в) возможные уровень H и объем V.

2. Устанавливается необходимая требуемая отдача V с учетом потерь.

3. На основе балансовых расчетов проводится технико-экономический анализ, определение потребления и отдача, а также площади, затапливаемые при различных уровнях.

4Определяются правила регулирования и эксплуатации водохранилища.

В результате балансовых расчетов для год заданной обеспеченности при условии 100% отдачи воды потребителю определяется три вида цифр:

1. полезный объем V ;

2.наполнение водохранилищ;

3. сбросы в различные месяцы.

Кроме балансовых расчетов применяются также вероятностные методы расчетов. При этом задается не величина требуемой отдачи, а вероятность величины требуемой отдачи. Решение задачи находят по кривым вероятностей.

По нормативной величине расчетной обеспеченности отдачи все потребители делятся на группы:

1.потребители, для которых недопустим перерыв подачи воды (коммунальное водоснабжение, промышленная энергетика). Обеспеченность 95-97%.

2.потребители, для которых не допускается перерыв, не допускается уменьшение отдачи (промышленные предприятия). Обеспеченность 95%.

3. потребители, для которых допускается перерыв отдачи воды (ГЭС – 90%, систематическое орошение – 95%, водный транспорт – 80-90%, рыбное хозяйство – 75-85%)