Водохранилище сезонного регулирования и водоотводящий канал

Второй этап расчета состоит  в вычислении месячных объемов наполнения установленной емкости водохранилища. Он ведется уже «сверху вниз»  с месяца, следующего за месяцем  полной сработки полезной емкости. Последовательно  суммируя избытки, указанные в графе 4, пополним запас воды в пределах полезной емкости. Если сумма избытков превышает полезный объем, то в графу 7 запишем установленное выше его  значение, остальную часть избытков воды направим в холостой сброс и  занесем его в графу 8.

Контролем правильности расчетов таблица 3.2 является баланс сумм годового притока, годовой потребности и  всех холостых сбросов, т.е. гр.2=гр.3+гр.8.

Полезный объем водохранилища  можно также определить как разницу  между максимальным и минимальным  значениями суммы избытков и дефицитов  в течение года (графа 6), т.е.

 

Таблица 3.2. Расчет полезного  объема водохранилища без учета  потерь воды.

Месяц	Расчетный сток Wpi, млн.м3	Потребность в воде (отдача) Ui, млн.м3	Сток минус отдача Wpi-Ui, млн.м3		, млн.м3	Наполнение водохранилища, млн.м3
			Избыток воды  Wизб	Дефицит воды Wд		Объем воды в конце месяца VKi	Холостой сброс Vсбi
1	2	3	4	5	6	7	8
III	109,664	10,720	98,944		98,944	48,884	68,458
IV	328,342	20,202	308,140		407,084	48,884	308,140
V	37,729	20,904	16,825		423,909	48,884	16,825
VI	18,863	20,202		1,339	422,570	47,545
VII	8,253	20,904		12,651	409,919	34,894
VIII	4,126	20,904		16,778	393,141	18,116
IX	5,895	20,202		14,307	378,834	3,809
X	17,095	20,904		3,809	375,025	0
XI	25,937	10,360	15,577		390,062	15,577
XII	18,274	10,720	7,554		398,156	23,111
I	9,432	10,360		0,928	397,228	22,183
II	5,895	9,680		3,758	392,403	18,398
S	589,483	196,062					393,423

 

На интегральном ступенчатом  графике  (рис. 3.2) разность между наивысшей и наинизшей ординатами равна полезному объему. 

График 3.2 

3. Расчет заиления и мертвого объема.

Процесс отложения наносов  в водохранилище называется заилением. При расчетах задаются сроком службы водохранилища t_сл – время, в течение которого наносами наполняется мертвый объем или большая часть его, но при этом обеспечивается необходимая подача воды потребителю регулирующей емкости. При заданном сроке t_сл может решаться задача по назначению соответствующего мертвого объема V_мо. Для водохранилищ, сооружаемых для целей водоснабжения, можно принимать t_сл = 50-75 лет.

Среднемноголетний объем  наносов V_н реки, впадающей в водохранилище, в общем виде можно представить как сумму объемов взвешенных V_взв и влекомых (донных) V_вл наносов.

Расчеты выполним в следующем  порядке.

По указанному в задании  значению средней мутности реки определим  средний расход взвешенных наносов  R_н по формуле:

 

                                           (3.5)

где – среднемноголетний расход воды, м³/с; – среднемноголетняя расчетная мутность воды.

 

Определим среднемноголетний  объем за год взвешенных наносов  по следующей зависимости:

                                   (3.6)

где – плотность взвешенных наносов, изменяющаяся в пределах 1000 – 1500 кг/м³.

 

 

 

Определим объем взвешенных наносов, заполняющий ложе водохранилища  за t_сл лет по формуле:

, млн.м³,      (3.7)

 

где  d = 0,25 – транзитная часть взвешенных наносов, выносимых в НБ, принимается d=0,20-0,30, соответственно (1-d) – та часть наносов, которая отложится в водохранилище.

 

Определим объем влекомых по дну наносов, заполняющий ложе водохранилища за t_сл лет, по зависимости:

 

, млн.м³,                                          (3.8)

где  b = 0,08 – отношение массы влекомых насосов к массе взвешенных наносов, для равнинных рек можно принимать 0,05-0,1; r_вл = 1650 кг/м³ – плотность влекомых наносов 1500-1800 кг/м³.

 

 

Определим объем водохранилища, занимаемый взвешенными и влекомыми наносами, как сумму (V_взв+V_вл), которую умножим на коэффициент j=1,12, учитывающий приближенно дополнительное поступление наносов за счет разрушения берегов, а также склоновой и ветровой эрозии, т.е

 

, млн.м³      (3.9)

 

Принимаем из условия заиления водохранилища мертвый объем V_мо=V_н=13,281 млн.м³. Проверим необходимый мертвый объем водохранилища, исходя из санитарно-технических требований, который с учетом опыта эксплуатации водоемов в РБ принимается в среднем 0,25×V_плз. Если окажется, что рассчитанный из условия заиления V_мо < 0,25V_плз, то принимают окончательно за расчетный V_мо= 0,25V_плз.

 

значит, окончательно .

4. Расчет сезонного регулирования стока с учетом потерь воды. Построение графика работы водохранилища

 

  Раздел включает следующий объем работ: расчет потерь воды из водохранилища на испарение, фильтрацию и льдообразование; определение полезного и полного объемов с учетом потерь воды;  построение графика работы водохранилища; определение сопряженных характеристик водохранилища и показателей регулирования стока.

 

4.1 Расчет потерь  воды из водохранилища

 

Учет потерь воды необходим  для правильного определения  объема водохранилища и составления  водного баланса водных ресурсов при регулировании стока. Основными  видами потерь являются испарение с  водной поверхности и фильтрация. Дополнительно учитываются временные  потери на льдообразование в период зимней сработки водохранилища.

 

4.1.1 Потери на  испарение

 

В расчетах учитывают дополнительное испарение как разницу между  испарением с поверхности водоема  Е_в и с поверхности суши до создания водохранилища Е_с. Среднегодовой слой испарения заданной обеспеченности  с поверхности зеркала водохранилища за безледоставный период определяют по формуле

 

,              (4.1)

 

где К_100-р = 1,20 – модульный коэффициент, соответствующий заданной обеспеченности (100-p) испарения при обеспеченности осадков p = 95% (для зоны Беларуси можно принимать К_100-р = К₅ = 1,20);

Е₂₀ = 500 мм - слой среднемноголетнего испарения с бассейна-эталона площадью 20 м² , для Беларуси равный 500 – 550 мм в год (за безледоставный период);

К_н = 0,99 – поправочный коэффициент на глубину водоема (табл. 4.1);

К₃ = 0,8 – коэффициент защищенности, принимаемый  0,8 – 0,9;

К_w =1,28 – поправочный коэффициент на площадь водоема (табл. 4.2).

 

 

Таблица 4.1 – Поправочные  коэффициенты на глубину водоема.

 

Глубина водоема, м	≤ 5	10	15	20	25
Коэффициент Кн	0,99	0,97	0,95	0,94	0,92

 

Глубину водохранилища находят  по морфометрической кривой объемов  водохранилища при

.

Следовательно, глубина водохранилища  будет равна:

 

Поправочный коэффициент, определяемый по таблице 4.1, будет равен 0,99.

 

Таблица 4.2 – Поправочные  коэффициенты на площадь водоема.

 

Площадь водоема, км2	0,00002	0,01	0,05	0,1	0,5	1,0	2,0	5,0	≥10
Коэффициент, Кw	1,0	1,03	1,08	1,11	1,18	1,21	1,23	1,26	1,28

 

Площадь водоема определяют по морфометрической кривой площадей водохранилища при . Коэффициент, принимаемый по таблице 4.2, будет равен 1,28.

Таким образом, среднегодовой  слой испарения заданной обеспеченности с поверхности зеркала водохранилища  за безледоставный период будет равен:

 

Слой испарения с поверхности  водоема за месяц Е_вi принимают как часть испарения за год Е_в в соответствии с его внутригодовым распределением, приведенным в табл. 4.3.

 

Таблица 4.3 – Испарение  с поверхности малых водоемов по месяцам (в % от годового слоя Е_в за безледоставный период).

 

Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Евi,%	-	-	-	5	15	20	21	19	12	6	2	-

 

 

Таким образом, слой испарения  с поверхности водоема за месяц  будет равен:

 

 

 

 

 

 

 

Расчетный слой испарения  с поверхности суши до затопления речной долины водохранилищем за месяц  Е_ci в мм находят по формуле:?

     (4.2)

где К_р – модульный коэффициент слоя осадков в засушливом году расчетной обеспеченностью 95%, который определяют по таблице ординат кривой обеспеченности, полагая   C_v = 0,15  и   C_s = 2 C_v, принимают К₉₅ = 0,75;

= 600 мм - среднемноголетний слой осадков, для Беларуси

= 600 – 750 мм в год;

α_с – коэффициент стока со склонов речной долины, который для средних условий принимают равным: 0,5 - для весны; 0,2 - для лета; 0,3 - для осени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дополнительное испарение  за месяц 

                           (4.3)

Подставим полученные ранее  значения :

 

 

 

 

 

 

 

 

Объем испарения за каждый месяц V_i определяют по формуле:

      (4.4)

где  - средняя за месяц площадь зеркала водохранилища, которую находят по морфометрической кривой при V_ср.i (гр.4, табл. 4.5) или определяют по формуле:

 

        (4.5)

 

где - площадь зеркала водохранилища, соответствующая объему (отдаче) в конце данного месяца V_кi (гр.7, табл.3.2, и соответственно гр.3, табл.4.5) с учетом мертвого объема, находят по морфометрическим кривым;

- площадь зеркала в начале  i-ого месяца, равная площади в конце предшествующего месяца, т.е. (см. табл. 4.5; рис. 3.1).

Т.е. значения будут равны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя полученные значения средних за месяц площадей зеркала  водохранилища, рассчитаем объемы испарения  за каждый месяц:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если по формуле (4.4) значение V_исп.i <0, то дополнительные потери на дополнительное испарение в этом месяце не учитывают, т.е. приравнивают нулю.

 

 

 

4.1.2 Потери на  фильтрацию.

 

Основные утечки происходят через борта и ложе водохранилища, и частично через тело и основание  плотины. Приближенно ожидаемые  потери на фильтрацию за каждый месяц  выражают через некоторый объем  воды V_фi, принимаемый как часть среднего за месяц объема водохранилища V_срi, включающего регулирующую емкость и мертвый объем.

Для оценки значения V_фi руководствуются следующими рекомендациями:

- в «хороших» гидрогеологических  условиях (практически водонепроницаемые  грунты в основании ложа водохранилища,  УГВ на отметке или выше  НПУ) объем потерь на фильтрацию  за месяц V_{ф i} принимают (0,5-1)% от среднего объема в этом месяце V_ср.i , определяемого по (4.6);

- в «средних» условиях (в основном залегают маловодопроницаемые  грунты, УГВ выше УМО)  V_фi = (1-1,5)% V_ср.i ;

- в «плохих» условиях (водопроницаемые, преимущественно  песчаные грунты, УГВ ниже УМО)  V_фi = (1,5-3,0)% V_ср.i .

Средний объем воды за месяц  V_ср.i получают как среднее значение из регулирующих объемов на начало и конец месяца с учетом мертвого объема V_мо:

 

     (4.6)

 

где    V_кi – объем воды в конце i-ого месяца в пределах  полезного объема (гр.7, табл.3.2 и соответственно гр.3, табл. 4.5);

V_нi – объем воды в начале i-ого месяца, равный объему в конце предшествующего месяца, т.е.  V_нi = V_кi-1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая, что в «средних»  и «плохих» условиях расположения водохранилища, как правило, предусматривают противофильтрационные  мероприятия, рекомендуется принимать  в проекте V_фi  =  (0,5 – 1)% V_ср.i.

Будем считать значение V_фi равным 1% от значения V_ср.i.

 

4.1.3 Потери на  льдообразование.

 

Потери такого вида учитывают  в те периоды, когда процесс льдообразования  протекает одновременно со сработкой  водохранилища, при этом уровень  падает и часть льда оседает на берегах. В расчетах водохранилища  сезонного регулирования эти  потери следует принимать во внимание, поскольку уменьшается запас  воды в самый напряженный период зимней межени.