Расчет водохранилища многолетнего регулирования
-площадь зеркала водохранилища при отметке Н-2 м.Критерий литорали - это отношение площади литорали к площади зеркала водохранилища при этой же отметке..На рис. 1 показаны батиграфические кривые водохранилища (прилагается).
2 Определение минимального уровня воды УМО.Минимальный уровень воды соответствует уровню мертвого объема УМО. Мертвый объем водохранилища расположен ниже уровня наибольшего возможного опорожнения водохранилища и необходим для его нормальной эксплуатации.Мертвый объем определяют из ряда условий:а) санитарно-технических;б) заиления;в) из условий обеспечения командования над оросительными каналами;г) из условия напора на ГЭС;д) из условия судоходства;е) из условия рыбоводства.В нашей работе требуется определить мертвый объем водохранилища, исходя из санитарно-технических условий. Для обеспечения нормального качества воды и глубин нормами принимаются hср 2,5 м и .По кривой Нср=Нср(Н) (рис. №1) для Нср=2,5 м определим УМО=225,5 м абс. и соответственно этой отметке по V=V(Н) определим Vмо=85 млн.м3. Задаемся Lлитораль=0,35 и определяем соответственно мертвый объем=175 млн.м3 при отметке УМО=227,5.
3. Расчет водохранилища сезонно-годичного регулирования стока.Сущность сезонного регулирования стока состоит в накоплении воды в водохранилище в многоводные периоды года с целью покрытия недостатков в притоке над потреблением в маловодные периоды.Отличительной особенностью сезонного регулирования является использование стока только в пределах одного водохозяйственного года, причем размер потребления ниже расчетного стока заданной вероятности превышения.В прямой задаче находят полезную емкость водохранилища при известном притоке, плановой отдаче, величинах потерь воды и начальном наполнении. Период, в течение которого происходит заполнение емкости, называется периодом накопления, а периодом частичного или полного опорожнения соответствует сработка. Избытки стока над потреблением сбрасываются без использования на полезные цели в нижний бьеф и называются холостыми сбросами.Полезный объем водохранилища определяют путем сопоставления расчетного стока и полезной отдачи. Расчетный гидрограф, выраженный в объемах месячного стока (млн. м3) - это результат расчета внутригодового распределения стока методом компоновки. (табл. №2).Анализируя данные, замечаем:1) что в VIII месяце W<U, следовательно, необходимо регулирование стока;2) так как W года >U года, то достаточно сезонного регулирования стока;3) избытки (?b) непрерывно продолжаются с сентября по июль и в сумме составляют 1833,46 млн.м3, недостаток стока (?d) наблюдается только в августе и составляет 17,18 млн.м3.Чередование периодов накопления и последующей сработки называется тактом работы водохранилища. В рассматриваем примере водохранилище наполняется и опорожняется 1 раз и по характеру работы является однотактным.Рис. №3Начало расчетного водохозяйственного года приходится на момент, когда приток начинает превышать потребление; в нашем случае - с сентября месяца.Так как недостаток притока- (?d) есть единственный в течение года, то его величина дает нам необходимый полезный объем нашего водохранилища, т.е. Vплз=17,18 млн.м3.Полный объем водохранилища определим:Vплн= Vнпу= Vплз+ Vмо= 17,18+ 175 = 192,18 млн.м3.Высотная отметка нормального подпорного уровня Ннпу определим по кривой объемов V =V(H), Ннпу =228 м абс.
|
Данные для определения характера работы водохранилища | |
| | | | | | | | | Таблица №2 | |
Месяцы | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | Год | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
Приток млн м. куб. р. Сура с. Кадышево при Р=80% | 125,99 | 92,29 | 125,99 | 144,44 | 1 190,78 | 293,81 | 154,31 | 132,82 | 128,36 | 105,75 | 115,75 | 125,99 | 2 736,28 | |
Плановая отдача U , млн.м. куб. | 40,00 | 40,00 | 40,00 | 40,00 | 150,00 | 150,00 | 150,00 | 150,00 | 40,00 | 40,00 | 40,00 | 40,00 | 920,00 | |
Избыток (+) или недостаток (-), млн. м. куб. | 85,99 | 52,29 | 85,99 | 104,44 | 1 040,78 | 143,81 | 4,31 | -17,18 | 88,36 | 65,75 | 75,75 | 85,99 | 1 816,28 | |
|
4. Определение режима работы водохранилища балансовым таблично-цифровым расчетом.Расчет производится по месячным интервалам времени для водохозяйственного года при заданных условиях регулирования.Расчет проходит в два этапа:- предварительный (без учета потерь воды на испарение и фильтрацию);- окончательный (с учетом последних).В графе (6) в 1-й строчке выписываем мертвый объем Vмо=175 млн.м3.Далее по ходу времени, т.е. на конец последующего месяца, вычисляем фиктивные наполнения, не ограниченные заданными пределами Vнпу и Vмо в виде Vф =Vн +(Wp-U).Если Vф? Vнпу,, в графе (6) записываем Vнпу; избыточный объем воды Vф- Vнпу=S направляем на сброс (графа 7).Если Vф< Vнпу и Vф> Vмо, то Vк= Vф.Если Vн= Vмо, то Vк= Vмо. (Vн - наполнение на начало месяца, Vк- на конец месяца).В конце последнего месяца получаем Vк= Vмо.Суммарный годовой объем сброса равен разности годовых объемов стока и полезной отдачи.Расчет приведен в таблице № 3.По второму варианту правил регулирования проводят против хода времени, начиная с последнего месяца водохозяйственного года, ниже которого в графу (8) записываем Vк= Vмо.Vн =Vк -(Wp-U).Дефициты стока прибавляем, избытки - вычитаем, сбросы осуществляем при мертвом объеме. При этом выполняются следующие условия:1) если Vн <Vнпу,, то Vк= Vн;2) если Vн >Vнпу, то Vк= Vнпу;3) если Vн >Vмо, то Vк= Vмо, а разность Vмо- Vн= S (имеет место сброс).Контроль вычислений сумма Wp- суммаU= суммаS.Второй этап расчета включает определение потерь. Средний объем вычисляется:Vср=(Vн+Vк)/2.Среднюю площадь зеркала находим по топографической характеристике (рис.№1) в зависимости от среднего объема.Далее находим полезный объем водохранилища с учетом потерь по правилам, изложенным выше.V/плз=34,9 млн. м3.Дальнейший расчет аналогичен рассмотренному ранее.V/нпу=209,9 млн. м3.
|
Расчет водохранилища сезонного регулирования (объемы стока, отдач, потерь и наполнений в млн. м3) | |
| | | | | | | Таблица №3 | |
№ п/п | Месяц | Расчетный сток (Wp) | Плановая отдача (U) | Наполнение БЕЗ УЧЕТА ПОТЕРЬ | |
| | | | Сток минус отдача | 1-й вариант | 2-й вариант | |
| | | | + | - | V | C | V | C | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| | | | | | 175,00 | - | | | |
1 | IX | 128,36 | 40,00 | 88,36 | | 192,18 | 71,18 | 175,00 | 88,36 | |
2 | X | 105,75 | 40,00 | 65,75 | | 192,18 | 65,75 | 175,00 | 65,75 | |
3 | XI | 115,75 | 40,00 | 75,75 | | 192,18 | 75,75 | 175,00 | 75,75 | |
4 | XII | 125,99 | 40,00 | 85,99 | | 192,18 | 85,99 | 175,00 | 85,99 | |
5 | I | 125,99 | 40,00 | 85,99 | | 192,18 | 85,99 | 175,00 | 85,99 | |
6 | II | 92,29 | 40,00 | 52,29 | | 192,18 | 52,29 | 175,00 | 52,29 | |
7 | III | 125,99 | 40,00 | 85,99 | | 192,18 | 85,99 | 175,00 | 85,99 | |
8 | IV | 144,44 | 40,00 | 104,44 | | 192,18 | 104,44 | 175,00 | 104,44 | |
9 | V | 1 190,78 | 150,00 | 1 040,78 | | 192,18 | 1 040,78 | 175,00 | 1 040,78 | |
10 | VI | 293,81 | 150,00 | 143,81 | | 192,18 | 143,81 | 175,00 | 130,94 | |
11 | VII | 154,31 | 150,00 | 4,31 | | 1+92,18 | 4,31 | 187,87 | - | |
12 | VIII | 132,82 | 150,00 | | 17,18 | 175,00 | - | 192,18 | - | |
| | | | | | | | 175,00 | - | |
ИТОГО: | 2 736,28 | 920,00 | 1 833,46 | 17,18 | 2 463,98 | 1 816,28 | 2 305,05 | 1 816,28 | |
| Vмо=175 млн.м куб. | | | | | | | | |
| Р%=80% | | | | | | | | |
| Vплз=17,18 млн. м. куб. | | | | Vнпу =192,18 млн.м. куб. | | | |
Расчет водохранилища сезонного регулирования (объемы стока, отдач, потерь и наполнений в млн. м3) | |
| | | | | | | | | | | С УЧЕТОМ ПОТЕРЬ. | |
| | | | | | | | | | | Таблица №4 | |
№ п/п | Месяц | Испарение I, мм | Испарение I, м | V без учета потерь, мертвый объем | Vср, млн.м.куб. | Wср км кв. | Потери, млн.м.куб. | Wq+? | с учетом потерь, млн.м. | |
| | | | | | | I | Ф | ? | | WQ-(Wq+?) | 1-й вариант | 2-й вариант | |
| | | | | | | | | | | + | - | V , млн.м | С, млн.м | V , млн.м | С, млн.м | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6=(5)*(2) | 7 | 8=(6)+(7) | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
| | | | 175 | | | | | | | | | 175 | | | | |
1 | IX | 142,00 | 0,142 | 192,18 | 183,59 | 52,0 | 7,38 | 1,29 | 8,67 | 48,67 | 79,7 | | 209,90 | 44,79 | 175,00 | 79,69 | |
2 | X | 84,00 | 0,084 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 4,54 | 1,35 | 5,88 | 45,88 | 59,9 | | 209,90 | 59,87 | 175,00 | 59,87 | |
3 | XI | 60,00 | 0,06 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 3,24 | 1,35 | 4,59 | 44,59 | 71,2 | | 209,90 | 71,20 | 175,00 | 71,16 | |
4 | XII | 60,00 | 0,06 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 3,24 | 1,35 | 4,59 | 44,59 | 81,4 | | 209,90 | 81,40 | 175,00 | 81,4 | |
5 | I | 60,00 | 0,06 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 3,24 | 1,35 | 4,59 | 44,59 | 81,4 | | 209,90 | 81,40 | 175,00 | 81,4 | |
6 | II | 60,00 | 0,06 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 3,24 | 1,35 | 4,59 | 44,59 | 47,7 | | 209,90 | 47,70 | 175,00 | 47,7 | |
7 | III | 60,00 | 0,06 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 3,24 | 1,35 | 4,59 | 44,59 | 81,4 | | 209,90 | 81,40 | 175,00 | 81,4 | |
8 | IV | 84,00 | 0,084 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 4,54 | 1,35 | 5,88 | 45,88 | 98,6 | | 209,90 | 98,60 | 175,00 | 98,56 | |
9 | V | 144,00 | 0,144 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 7,78 | 1,35 | 9,12 | 159,12 | 1 031,7 | | 209,90 | 1 031,70 | 175,00 | 1130,27 | |
10 | VI | 166,00 | 0,166 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 8,96 | 1,35 | 10,31 | 160,31 | 133,5 | | 209,90 | 133,50 | 76,38 | | |
11 | VII | 180,00 | 0,18 | 192,18 | 192,18 | 54,0 | 9,72 | 1,35 | 11,07 | 161,07 | - | 6,8 | 203,10 | | 209,89 | | |
12 | VIII | 185,00 | 0,185 | 175,00 | 183,59 | 52,0 | 9,62 | 1,29 | 10,91 | 160,91 | - | 28,1 | 175,00 | | 203,09 | | |
| | | | | | | | | | | | | | | 175,00 | | |
ИТОГО: | 1285 | 1,285 | 2 463,98 | 2 289,0 | 644,0 | 68,74 | 16,02 | 84,76 | 1 004,8 | 1 766,4 | 34,9 | 2652,1 | 1731,56 | | 1731,45 | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | К.Ч.= | 84,76 | | К.Ч.= | 1 731,48 | | | К.Ч | | К.Ч. | |
|
Графиков по 1-му и 2-му варианту показаны на рисунке №4 и №5 (прилагается).
5. Интегральные (календарные) кривые стока и отдачи.Разностная интегральная (суммарная) кривая характеризует последовательный ход изменений величин ? (Wp-U) во времени, т.е. ?( Wp-U) =f(T) или ?Wp-?U =f(T). Для построения разностной интегральной кривой вычисление производится по таблице №5.Разностная суммарная кривая имеет следующие свойства:1) если Wp >U - кривая идет вверх, период избытков;2) если Wp <U - кривая идет вниз, период недостатков;3) если Wp =U - кривая имеет перегиб, переход от избытков к недостаткам и наоборот (при многотактной работе водохранилища).Полезный объем водохранилища по разностной суммарной кривой, исходя из ее свойств, определяется как наибольшее из вертикальных расстояний между предыдущей наивысшей и последующей наинизшей точками (рис. 6).График работы водохранилища по 1-му варианту строится так: из каждой точки перегиба проводят вниз вертикальные (вспомогательные) линии; от начала координат (от нуля) откладывают ординату, равную Vплз, и от этой точки проводят горизонтальную линию до пересечения с первой вертикальной линией.Точка пересечения горизонтальной линии с разносной суммарной кривой дает начало первого сброса, а пересеченье с вертикалью - конец его. В период сброса водохранилище стоит наполненным до Ннпу.С первой точки перегиба проводят горизонтальную линию до второй вертикали. Пересечение этой линии с разностной суммарной кривой дает начало второго сброса.От первой (а также от второй в зависимости от такта работы водохранилища) точки перегиба откладывают вниз Vплз и находят период заполнения водохранилища.Начало сработки водохранилища соответствует концу сброса. Объемы сбросов равны их конечным ординатам.
Полная интегральная (суммарная) кривая характеризует последовательный ход изменений объемов стока во времени, строиться по уравнению W=,а при ступенчатом графике W=.Любая i-я ордината суммарной кривой представляет собой объем воды, притекающий от начала расчетного периода до момента ti.На рисунке 7 построена полная суммарная кривая притока Wp=f(T) и полная суммарная кривая отдачи U=f(T) по данным таблицы №5.Основные свойства полной суммарной кривой:1. Если Q=const, то суммарная кривая - прямая линия.2. При ступенчатом гидрографе суммарная кривая - ломаная линия.3. Тангенс угла наклона к оси абсцисс, касательной, проведенной к суммарной кривой в данной точке параллельно кривой отдачи - расход в данный момент, тангенс угла наклона секущей (или звена ломаной линии) - средний расход за данный период.Полезный объем водохранилища по способу полной суммарной кривой определяется как наибольшее вертикальное расстояние между предыдущими верхними и последующими нижними касательными Wp=f(T) параллельно кривой потребления U=f(T) при условии, что верхняя касательная не пересекает суммарную кривую до точки нижнего касания. Всегда сначала по ходу времени должно быть верхнее касание, а затем нижнее.Построение графика работы водохранилища по 2-му варианту регулирования с момента, когда V =0, т.е. от крайней правой точки кривой W проводим влево нижнюю касательную, параллельную кривой U и до пересечения с кривой W. Эта точка будет соответствовать концу сброса и началу наполнения (рисунок 7).
Сокращенная интегральная (суммарная) кривая строится по уравнениюW/=, где Qо - некоторый постоянный расход (рис. 8).В работе в качестве постоянного расхода принимаем среднемесячный притокWср=Qср*t== 228,02 млн.м3.Ординаты сокращенной суммарной кривой притока W/=(графа 10, таблицы №5).Ординаты сокращенной суммарной кривой потребления: U/=(графа 11).Полезный объем и график работы определяется по тому же правилу, что и для полной суммарной кривой.
|
Данные для построения суммарных кривых стока и отдачи (Объем стока и отдачи в млн. м. куб.) | |
| | | | | | | | | Таблица №5 | |
Месяцы | W | U | W | U | K суммаU | Сумма W-сумма U | суммаW-KсуммаU | суммаWср | суммаW-суммаWср | суммаU-суммаWср | KсуммаU-суммаWср | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7=(4)-(5) | 8=(4)-(6) | 9 | 10=(4)-(9) | 11=(5)-(9) | 12=(6)-(9) | |
| | | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | |
IX | 128,36 | 40,00 | 128,36 | 40,00 | 118,97 | 88,36 | 9,39 | 228,00 | -99,64 | -188,00 | -109,03 | |
X | 105,75 | 40,00 | 234,11 | 80,00 | 237,94 | 154,11 | -3,83 | 456,04 | -221,93 | -376,04 | -218,10 | |
XI | 115,75 | 40,00 | 349,86 | 120,00 | 356,91 | 229,86 | -7,05 | 684,06 | -334,20 | -564,06 | -327,16 | |
XII | 125,99 | 40,00 | 475,85 | 160,00 | 475,87 | 315,85 | -0,02 | 912,09 | -436,24 | -752,09 | -436,21 | |
I | 125,99 | 40,00 | 601,84 | 200,00 | 594,84 | 401,84 | 7,00 | 1 140,11 | -538,27 | -940,11 | -545,27 | |
II | 92,29 | 40,00 | 694,13 | 240,00 | 713,81 | 454,13 | -19,68 | 1 368,13 | -674,00 | -1 128,13 | -654,32 | |
III | 125,99 | 40,00 | 820,12 | 280,00 | 832,78 | 540,12 | -12,66 | 1 596,16 | -776,04 | -1 316,16 | -763,38 | |
IV | 144,44 | 40,00 | 964,56 | 320,00 | 951,75 | 644,56 | 12,81 | 1 824,18 | -859,62 | -1 504,18 | -872,43 | |
V | 1 190,78 | 150,00 | 2 155,34 | 470,00 | 1 397,88 | 1 685,34 | 757,46 | 2 052,20 | 103,14 | -1 582,20 | -654,32 | |
VI | 293,81 | 150,00 | 2 449,15 | 620,00 | 1 844,01 | 1 829,15 | 605,14 | 2 280,23 | 168,92 | -1 660,23 | -436,21 | |
VII | 154,31 | 150,00 | 2 603,46 | 770,00 | 2 290,15 | 1 833,46 | 313,31 | 2 508,25 | 95,21 | -1 738,25 | -218,10 | |
VIII | 132,82 | 150,00 | 2 736,28 | 920,00 | 2 736,28 | 1 816,28 | 0,00 | 2 736,27 | 0,01 | -1 816,27 | 0,01 | |
ИТОГО: | 2 736,28 | 920,00 | 14 213,06 | 4 220,00 | 12 551,20 | 9 993,06 | 1 661,86 | 17 785,72 | -3 572,66 | -13 565,72 | -5 234,53 | |
| | | | | | | | | | | | |
| К= | W/U | = | 2,97 | Wср= | 228,02 | | | | | | |
|
6. Расчет водохранилища многолетнего регулирования.Многолетнее регулирование проектируется в случае, когда годовая отдача с учетом потерь превышает расчетный сток за год.При многолетнем регулировании водохранилище наполняется водой в многоводные годы с целью покрытия недостатков притока в маловодные годы. Отдача выражается коэффициентом зарегулирования. Объем водохранилища многолетнего регулирования вычисляется:Vплн=Vнпу=Vмн+Vсез+Vмо,где Vмн - многолетняя составляющая емкости водохранилища;Vсез - сезонная составляющая;Vмо - мертвый объем.Коэффициент емкости вычисляется: вплн=вмн+всез+вмо, где вмн= Vмн/Wо, всез= Vсез/Wо, вмо= Vмо/Wо.По графику Г.Г. Сванидзе определяется вмн как функция вмн=f(P,a,Cv, Cs, r). При Р=80%, а=0,9, Cv =0,27, Cs =0,54, r =0, вмн=0,20.Vмн= вмн* Wо=0,20*2736,27=547,25 млн. м3.Сезонная составляющая емкости водохранилища, если длительность межени в долях от года составляет t=9/12=0,75.Доля межени в годовом стоке определяется по межсезонному расчету по методу компоновки (рассчетно-графическая работа по гидрологии) m =Wр. меж/Wр год = 378,82/992,347=0,38.По формуле всез=а(t-m) =0,9(0,75-0,38)=0,33,Vсез= всез* Wо=0,33*2736,27=902,97 млн. м3.Определение полезного объема и полного объема водохранилища многолетнего регулирования:Vплз= Vнпу= Vплз+ Vмо=547,25+902,97+175=1625,22 млн. м3.
7. Определение регулирующего влияния водохранилища на максимальный сток.q сб=Qмакс (1- Vф/ Wп),где Qмакс - расчетный максимальный расход, равный 151 м3/сек, вычисленный в пункте 2 расчетно-графической работы по гидрологии;Wп - объем половодья (паводка), определяемый по формуле:Wп=1/2 Qмакс*Т,где Т - продолжительность паводка в с, т.е. 86 400 с*tсут (для всех вариантов tсут=24).В примере Wп=1/2*151*86400*24=156,56 млн. м3.Схема расчета: 1. задаемся величиной слоя форсировки hф=0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 м.2. для каждого слоя по кривой V(Н) находим Vф=Vнпу+ hф- Vнпу.Vф0,5=228,5 м-228м=215-192,18=22,82 млн. м3.Vф1=229 м-228м=250-192,18=57,82 млн. м3.Vф1,5=229,5 м-228м=280,5-192,18=88,32 млн. м3.Vф2=230 м-228м=330-192,18=137,82 млн. м3.Vф2,5=230,5 м-228м=345-192,18=152,82 млн. м3.3. По формуле для каждого hф вычисляем q сб.q 1сб= 151*(1-22,82/156,56)=128,99q 2сб=151*(1-57,82/156,56)=95,23q 3сб=151*(1-88,32/156,56)=65,81q 4сб=151*(1-137,82/156,56)=18,07q 5сб=151*(1-152,82/156,56)=3,614. Строим кривую сбросных расходов q сб= q сб(hф) (рисунок № 9).5. Определяем расходы, пропускаемые водосливом с широким порогом, задаваясь различной шириной водослива b=100;200; 300; 400 по формуле Qв=mb 2g*h3/2, где =0,42.Вычисления сводим в таблице.Расчет расходов через водосливТаблица № 6
|
hф, м | q м3/сек | |
| При b=100 м | При b=200 м | При b=300 м | При b=400 м | |
0,5 | 110,62 | 221 | 331,8 | 442,47 | |
1,0 | 186 | 372 | 558 | 744 | |
1,5 | 252 | 504 | 756,46 | 1008,6 | |
2,0 | 312,8 | 625,7 | 938,6 | 1254,5 | |
|
Строим три кривых зависимости q в= q в(hф) (рисунок № 9).Пересечение этих кривых с кривой q сб= q сб(hф) соответствует гидравлически наивыгоднейшему режиму.Для всех полученных точек пересечения производим технико-экономический расчет общей стоимости гидроузла. В работе условно принимаем точку пересечения, наиболее близкую по величине hф=2 м.В нашем примере hф= 0,6 при b=100 м, q сб= 125 м3/сек.Форсированный подпорный уровень ФПУ=НПУ+ hф=228 м+0,6=228,6 м. абс., что соответствует максимальному объему водохранилища 195 млн. м3На рисунке № даны гидрограф половодья и емкость форсировки. (Для всех вариантов Qмакс проходит на 8-е сутки).
Страницы: 1, 2
