Полезная емкость водохранилища многолетнего регулирования стока
ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСЧЕТЫ
Тема: «ОПРЕДЛЕНИЕ ОБЪЕМА ВОДОХРАНИЛИЩА. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ЗАВИСИМОСТИ ПЛОЩАДИ ВОДНОГО ЗЕРКАЛА И ОБЪЕМА ВОДОХРАНИЛИЩА ОТ УРОВНЯ ВОДЫ»
Водохозяйственные расчеты выполняются с целью определения нормативных объемов и уровней водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования стока.
2.1. Составление графика отдачи из водохранилища.
Величина суммарной отдачи из водохранилища за год Wα (млн.м3) назначается по таблице 5 приложения в долях (%) от размеров притока (Wпр) в расчетном году. При этом рассматривается вариант равномерной отдачи во все 12 месяцев года, то есть:
;
При этом сумма Wα по месяцам должна в точности равняться отдаче за год . График отдачи наносится на график притока в расчетный год (п. 1.1). В результате сравнения графиков определяются периоды года с недостатками притока (Wпр <Wα) и делается заключение о необходимости сезонного или годового регулирования стока.
Расчет мертвого объема водохранилища
Мертвый объем водохранилища Wмо в задании назначается исходя из того, чтобы средняя глубина воды в водохранилище была не менее 2,0 … 2,5м. Для этого по данным табл.6 приложения строят графические зависимости площадей F и объемов V водохранилища от уровня воды в нем Н. Для каждого (Н) уровня (от 5 до 20) находят значения средней глубины h hср= V / F (м) и строят график hср (Н). Задавшись hср> 2,0 … 2,5 м, находят отметку уровня мертвого объема УМО и соответствующий этому уровню объем Vмо.
2.3. Определение полезного и полного объемов водохранилища сезонного регулирования
Полезный и полный объем водохранилища определяются таблично-цифровым балансовым методом (табл. 2.1).
Таблица 2.1
| Месяцы | Приток | Отдача | Dg=Wпр -Wα | V1 ;V2 | R, |
| года | Wпр, | Wα, | |||
| млн.м3 | Млн.м3 | млн.м3 | млн.м3 | млн.м3 | |
| январь | |||||
| февраль | |||||
| март | |||||
| апрель | |||||
| май | |||||
| июнь | |||||
| июль | |||||
| август | |||||
| сентябрь | |||||
| октябрь | |||||
| ноябрь | |||||
| декабрь | |||||
Для этого для каждого месяца (от I до XII) в 1 графы2 и 3 заносят приток и отдачу, определяют разницу Dg=Wпрі -Wαі При этом в месяцы с Dg < 0 приток меньше потребления (отдачи), обеспечение которого требует заблаговременного накопления воды в водохранилище в месяц когда Dg > 0. Вариантов наполнения и сработки водохранилища может быть в принципе, бесконечное множество. В задании, как вариант, предусматривается создание полной емкости водохранилища к началу периода с наибольшим недостатком стока. Задача расчета сводится к определению емкости водохранилища на начало V1 и конец V 2 каждого месяца, полагая, (предварительно), что в конце периода года с наибольшим дефицитом стока в водохранилище останется мертвый объем Vмо. Принимая для последнего месяца этого периода У2 – Vмо, определяется значение V1, для этого месяца:
V1= V 2 -Dg , (2.2)
Рассчитанное по (2.2) значение V1, равно объему воды в водохранилище на конец предыдущего (против хода времени) месяца. По (2.2) находят значения V1, для всех 12 месяцев. При этом в любом месяце должно соблюдаться V1, > V МО (или V1 < 0), то значение V1 принимается равным Vмо. В противном случае весь 12-месячный цикл расчетов повторяется.
Величина сброса излишков воды в любом месяце рассчитывается по зависимости
R = V1 + Dg –V2; (2.3)
Правильность расчетов проверяется по уравнению
Wпр- Wα – R = 0 , (2.4)
где Wпр, Wα , R — суммы притока отдачи и сброса за год.
Значение полного объема водохранилища Vполсоответствует наибольшей величине V1; V 2 го графы 5 табл. 2.1.
Полезный объем Vпонаходится по зависимости
Vпо =Vпол– VМО ; (2.5)
По значению Vполпо кривой объемов V (Н) находится нормальный подпорный уровень водохранилища — НПУ.
Возможный объем потерь из водохранилища S0 (на испарение и фильтрацию) в задании определяется по формуле:
Sо = so* Vср/100,(2.6)
где Vср = Умо + 0,5 * Vпо;
so — норма потерь в % (табл.5 приложения).
Расчет полезной емкости водохранилища многолетнего регулирования
Полезная емкость водохранилища многолетнего регулирования определяется в задании обобщенным методом по известным величинам: объема годового стока в средний год W0, коэффициента вариации годового стока Сv, обеспеченности отдачи Рα , коэффициента зарегулированности α, а также соотношения Сs/Сv=2,0 и коэффициента автокорреляции r.
В задании обеспеченность отдачи Рαпринимается равной обеспеченности годового стока (табл.3 приложения), а = 0.7…0.9, r= 0.Относительная величина полезного объема водохранилища многолетнего регулирования b= Vмн / Wонаходится по графикам А.Ш.Резниковского (табл.4 [3]).
Тогда полезная емкость
Vмн. = b * Wо,(2.7)
где W0 = 31,54 * Qo,млн.м3 (Qo, — норма годового стока, м3 /с).
Полная емкость водохранилища многолетнего регулирования стока равна
(Vпол)мн= Vмн + Vсез + Vмо, (2.8)
где Vсез — сезонная составляющая водохранилища многолетнего регулирования.
Значение Vсез ориентировочно можно принять равной. (0,5…0,7) * Vпол
(см.п.2.3).
По (Vпол)мн и с помощью кривой объемов V (Н) находится НПУ водохранилища многолетнего регулирования.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСЧЕТОВ
1.1 Годовые и максимальные расходы воды по таблицам 1 и 2 приложения.
1.2 Расчетная вероятность превышения и.внутригодовое распределение годового стока в таблице 3 приложения.
1.3 Класс капитальности основных гидротехнических сооружений и типовая схематизация гидрографовполоводья в таблице 4 приложения.
1.4 Суммарная отдача и норма потерь воды из водохранилища по таблице 5 приложения.
1.5 Батиграфические характеристики водохранилища по таблице 6 приложения.
1.6 Параметры ветровой волны по таблице 7 приложения.
1.7 Тип и материал водосбростного сооружения; заложение откосов; тип дренажа и материал крепления откосов грунтовой плотины – таблица 8 приложения
1.8 Уровень воды в нижнем бъефе в нормальных условиях эксплуатации и расход водовыпуска по таблице 9 приложения.
2. СОДЕРЖАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕИЯ ЗАДАНИЯ
2.1 Гидрологические расчеты
2.1.1 Определение нормы и оценка изменчивости годового и максимального стока графоаналитическим методом.
2.1.2 Подбор теоретических кривых обеспеченности годового и максимального стока.
2.1.3 Определение годовых и максимальных расходов расчетной обеспеченности.
2.1.4 Внутригодовое распределение годового стока и построение гидрографа половодья расчетной обеспеченности.
3.2 Водохозяйственные расчеты
3.2.1 Составление графика отдачи из водохранилища.
3.2.2 Расчет мертвого объема водохранилища.
3.2.3 Определение полезного и полного объемов водохранилища сезонного регулирования таблично-цифровым балансовым методом.
3.2.4 Расчет полезной емкости водохранилища многолетнего регулирования стока обобщенным методом.
4.3 Определение основных размеров гидротехнических сооружений
4.3.1 Определение ширины сливного фронта и отметки порога водосброса.
4.3.2 Определение отметки и ширины гребня грунтовой плотины, оценка общей фильтрационной прочности грунта тела плотины.
4.3.3 Расчет размеров трубчатого водовыпуска.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица I.
Средние расходы воды, м3/с
Окончание табл. I
| Год | Вариант |
| (111) | |
| (60) | |
| (13) | |
| 12! | |
| (37) |
Таблица 2
Максимальные расходы весеннего половодья, м3/с
Продолжение табл.2
Окончание табл.2
Таблица 3
Расчетная вероятность превышения Р(%) и внутригодовое распределение стока расчетной обеспеченности (%)
| № варианта | Р(%) | Месяцы, % |
| 1-3 | 11-12 | |
| 1,2,20 | ||
| 3,17,21 | ||
| 11,12,22 | ||
| 7,18,23 | ||
| 8,9,24 | ||
| 10,13,25 | ||
| 4,14,26 | ||
| 6,19,27 | ||
| 15,20,28 | ||
| 5,16,29 | б | |
| 30,31 |
Таблица 4
| № варианта | Класс капитальности | Схематизация гидрографа | Средний слой стока половодья h мм | Соотношение T|t |
| 1,2,20 | треугольник | 600;900;450 | 0,60 | |
| 3,17,21 | парабола | 400; 100;470 | 0,65 | |
| 11,12,22 | парабола | 200;70; 310 | 0,66 | |
| 7,18,23 | парабола | 130;140;190 | 0,65 | |
| 8,9,24 | треугольник | 270; 340;560 | 0,60 | |
| 10,13,25 | треугольник | 310;900; 890 | 0,65 | |
| 4,14,26 | треугольник | 500;800; 780 | 0,60 | |
| 6,19,27 | парабола | 150;670;540 | 0,65 | |
| 15,20,28 | парабола | 130;890;750 | 0,65 | |
| 5,16,29 | парабола | 400; 100;460 | 0,65 | |
| 30,31 | парабола | 150;660;350 | 0,65 |
Таблица 5
Суммарная отдача Wα, норма потерь воды из водохранилища на испарение и фильтрацию S0 (в % от притока Wp в расчетный год)
| N варианта | 4,5 ,21 | 10,13, | 2,14, | 8,9, | 1,16, | 3,17, | 15,20, | 6,7, | 11,12, | 18,19, |
| Wα | ||||||||||
| S0 |
ПРИМЕЧАНИЯ. Суммарная отдача внутри расчетного года (по месяцам) во всех вариантах принимается одинаковой .Потери на испарение и фильтрацию начисляются на средний объем водохранилища в расчетном году.
Таблица 6
Батиграфические характеристики водохранилища (Н-отметка уровня воды, м;F-площадь водного зеркала, км2; V-обьем, км3)
| N варианта | Хар-ка | Отметка уровня воды Н,м | ||
| 4,5,10,16,29 | F0 | |||
| V | 0.01 | 0.05 | 0.15 | 0.35 |
| 9,12,14,17,30 | F0 | |||
| V | 0.02 | 0.10 | 0.30 | 0.70 |
| 3,8,11,13,20 | F0 | |||
| V | 0.04 | 0.20 | 0.60 | 1.40 |
| 15,19,21,25,31 | F0 | |||
| V | 0.06 | 0.30 | 0.91 | 2.10 |
| 1,2,6,18,22,26 | F0 | |||
| V | 0.10 | 0.47 | 1.49 | 3.75 |
| 7,23,24,27,28 | F0 | |||
| V | 0.20 | 0.85 | 2.60 | 4.00 |
Таблица 7
Исходные параметры для расчета ветровых волн (W скорость ветра, м/с; D — длина разгона волны, км)
| Параметр | N варианта | |||||
| 4,5,10,16,29 | 9,12,14,17,30 | 3,8,11,13,20 | 15,19,21,25,31 | 1,2,6,18,22,26 | 7,23,24,27,28 | |
| W | 20—15 | 18 — 9 | 16 — 8 | 14 — 7 | 12 — 6 | 15 — 10 |
| D |
Читайте также:
Рекомендуемые страницы:
©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-08
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных
Поиск по сайту:
Страница 12 из 82
Многолетнее регулирование речного стока может проводиться двумя методами: с использованием хронологических стоковых рядов и обобщенным методом, в котором сток каждого года рассматривается как случайная величина.
При многолетнем регулировании стока полезный объем водохранилища может быть условно разделен на две составляющие части: многолетнюю Vмн для распределения стока между годами и годичную для выравнивания стока в пределах одного года:
или в безразмерных величинах
Расчет по календарным рядам. При многолетнем регулировании стока уже нельзя ограничиваться отдельными годами, как это было при годичном регулировании, и необходимо рассматривать последовательность ряда лет.
Наблюдения за стоком наиболее крупных рек СССР имеют, как правило, длину рядов 50 — 80 лет и редко превышают 100 — 120 лет. Ведение водноэнергетических расчетов по рядам в несколько десятков лет балансовым или графоаналитическим методом является достаточно трудоемким и поэтому ограничиваются более коротким — расчетным рядом в 10 — 20 лет. Параметры расчетного ряда — среднемноголетний расход Qcp и коэффициент вариации годовых стоков —должны быть близки к параметрам исходного ряда. В расчетном ряду должны встречаться сочетания многоводных и маловодных по стоку лет.
Достоинством расчета по календарным рядам кроме его простоты и наглядности является возможность получения распределения во времени зарегулированных расходов, мощностей, напоров и др., по которым могут быть сделаны обобщения и построены графики обеспеченности. При этом, как видно из приводимого ниже примера, учитывается и внутригодовая неравномерность стока, т. е. рассматривается весь полезный объем водохранилища.
На рис. 5.3 в качестве примера рассмотрено многолетнее регулирование по десятилетнему ряду со среднемноголетним расходом Qcp—283 м3/с и среднегодовым стоком =8,9 км3. Водохранилище комплексного назначения имеет полезный объем —7,5 км3 при β=0,85. Основными водопотребителями являются: мелиорация с забором воды в нижнем бьефе и расчетной подачей расходов из водохранилища по графику ва рис. 5.3,а, судоходство с поддержанием почти постоянных расходов в нижнем бьефе (рис. 5.3,б) и гидроэнергетика. Режим работы гидроэлектростанции должен быть увязан с требованиями первых двух участников водохозяйственного комплекса.
В маловодный период (1953 — 1956 гг.) с момента наполнения водохранилища (точка А) водопотребление ведется по заданному графику, предъявляемому мелиорацией и водным транспортом. В многоводный период, начиная от точки В до точки С, линия потребления может быть проведена по нескольким вариантам. Вариант 1 соответствует условию поддержания максимальных уровней в водохранилище и, следовательно, максимальных напоров на ГЭС. Перед наступлением паводка многоводного 1962 г. водохранилище должно быть опорожнено, и линия потребления приходит в точку С с повышенным расходом. Вариант II соответствует выравниванию стока на ГЭС и повышению обеспеченности мощности.
На отрезке времени Т от А до D проведено энергетическое регулирование стока (без учета мелиорации и судоходства) по двум вариантам III и IV. По III варианту практически полностью выравнивается бытовой сток и через турбины ГЭС проходит расход 270 м3/с. При этом за период Т выработка электроэнергии составляет 5,3 млрд. кВт-ч при минимальной среднесуточной мощности 139 МВт. По варианту IV выработка электроэнергии за тот же период возрастает до 5,6 млрд. кВт-ч, т. е. почти на 6 % больше, чем по варианту III при минимальной мощности 136 МВт. По варианту IV ГЭС работает при более высоких напорах и не использует полностью регулирующий объем водохранилища (водохранилище за период Т полностью не опорожняется). Некоторое увеличение выработки электроэнергии подтверждает ранее приведенные соображения, связанные с выполнением условия (5.5) на рис. 5.2.
Рис. 5.3. Многолетнее регулирование речного стока:
а — график расходов в нижнем бьефе на орошение; б — график расходов в нижнем бьефе для поддержания судоходных глубин
Обобщенный метод. Период наблюдений за стоком, даже если он велик, не отражает всех возможных сочетаний многоводных и маловодных лет, поэтому при расчете водоотдачи заданной обеспеченности по календарному периоду делается некоторая ошибка. Этот недостаток в расчете многолетнего регулирования по календарным рядам восполняет обобщенный метод, основанный на теории вероятности и использующий статистические параметры речного стока.
Для расчета многолетнего регулирования по обобщенному методу имеющийся ряд лет наблюдений за стоком удлиняется с использованием метода Монте-Карло до сколь угодно большого числа лет (например, 1000 лет) [16]. Искусственный гидрологический ряд соответствует закономерностям исходного ряда и дополняет календарный ряд наблюдений за стоком одним из возможных вариантов чередования маловодных и многоводных лет. По искусственному гидрологическому ряду можно провести анализ работы проектируемой водохозяйственной системы, что невозможно в полной мере сделать по календарному ряду. Многолетнее регулирование стока по таким рядам позволяет получить зависимости, связывающие между собой несколько безразмерных характеристик, которыми являются: a=Qр/Qср — водоотдача. (коэффициент регулирования); р — расчетная обеспеченность водоотдачи; β— коэффициент многолетнего объема водохранилища, определяется по (5.1) коэффициенты вариации и асимметрии годовых стоков; г—коэффициент корреляции между годовыми стоками смежных лет.
На основании обработки с помощью ЭВМ стоковых рядов, смоделированных по методу Монте-Карло, при различных соотношениях составлены номограммы, позволяющие быстро определить одну из вышеуказанных характеристик при условии задания всех остальных величин [5].
В качестве примера на рис. 5.4 приведены номограммы. Назначая отдачу а и обеспеченность р при коэффициенте вариации Cv годовых стоков для данного водотока по номограмме (рис. 5.4,а), при r=0 определяем относительный многолетний объем водохранилища β.
С повышением отдачи а неравномерно растет многолетний объем водохранилища β. Приращение отдачи на Δα при приближении к α=1 требует значительного прироста Δβ. Так, для С=0,8 (r=0) при увеличении a с 0,4 до 0,5 (Δα=0,1) многолетний объем водохранилища возрастет на Δβ=0,2. Приращение отдачи Δα на то же значение с α=0,7 до 0,8 требует увеличения многолетнего объема уже на Δβ=0,6 (рис. 5.5). При одной и той же отдаче на многолетний объем водохранилища существенно влияет изменчивость речного стока Cv, что отчетливо видно из рис. 5.4 и 5.5.
На многолетний объем водохранилища при заданной отдаче а влияет коэффициент корреляции г между смежными годовыми стоками гидрологического ряда. При его увеличении заметно растет β: так, при r=0 для Сv=0,6, р=90 % и α=0,7 многолетний объем составляет βΜΗ=0,6.
Рис. 5.5. Зависимость многолетнего объема водохранилища от отдачи а и коэффициента вариации годовых СТОКОВ
Рис. 5.4. Графики для определения многолетнего объема водохранилища βΜΗ при С=2Сс
Объем водохранилища, необходимый для годичного регулирования, определяется для ί-го года со стоком, равным расчетной отдаче (QP=Qi) или Wp=aWср. На рис. 5.6 в косоугольной системе координат показано изменение стока по сезонам года в межень и паводок для расчетного года. Из этой схемы годичный объем может быть определен по формуле
или в безразмерных величинах
(5.7)
где с — доля стока межени в годовом стоке.
Поскольку Vгод зависит от стока межени, который может быть различным для лет с одинаковым объемом годового стока, необходимо рассмотреть несколько возможных вариантов внутригодового распределения стока и выбрать расчетный, дающий максимальное значение Vгод.