Гидрологические и водохозяйственные расчеты по курсу «Гидрология и гидрометрия» в створе п. Стешицы реки Вилия

В колонку 2 выписываются значения расходов из табл. 2.2 для очень маловодного года. В работе принимаем обеспеченность, равную 95%.

Помесячные объемы притока V_i (колонка 3) есть произведение Q_i · t_i , где t_i – количество секунд в месяце. Выражаем эти объемы в млн.м³. Наши расходы притока умножаем на коэффициенты, значения которых следующие: для II месяца 2,44, для IV, VI, IX, XI – 2,59, для I, III, V, VII, VIII, X, XII – 2,68, для объема годового стока – 31,5, т.е. это количество секунд в месяце, разделенное на 10⁶.

   Величины потребления воды состоят из помесячных суммарных расходов:

1. забираемых непосредственно из верхнего бьефа водохранилища для удовлетворения нужд водопотребления;
2. транзитных расходов, поступающих в нижний бьеф для удовлетворения нужд водопользователей и водопотребителей, а также для поддержания в нижнем бьефе расхода не ниже минимально допустимого для охраны природы (создания минимальных гарантированных элементов потока).

Объем потребления и его  внутригодовое распределение по месяцам v₁ , выраженное в процентах от годового, даны в задании. Получение абсолютных величин месячного потребления U_i производится в соответствии с заданным процентом месячного потребления от годового U:

                                                     U_i = U · v₁/100%, млн.м³,  

Эти значения записываются в колонку 4.                                                 

      Объем годового потребления в первом приближении вычисляем по формуле:

                    U = 31,5 · Q₉₅ · 0,70=0,7*31,5*22,5=496,125, млн.м³,                                            

где Q₉₅ – расход годового стока обеспеченностью p = 95%; вычислен в п.2.1.

Для подсчета  колонки 5 и 6 мы находим разность между колонками 3 и 4. Колонка 7 представляет собой объем избытков и недостатков. зависит от знака «+» или «-». Положительные значения складываются, а отрицательные отнимаются.

В колонке 8 выписываются остатки  воды W на начало каждого месяца, начиная с месяца, когда сбросы из водохранилища S закончены, в колонке 9-ежемесячные сбросы из водохранилища. В конце колонки 8 мы ставим 0, так как водохранилище полностью сработано(опорожнено).

В таблице нижней строкой  также приведен контроль, где видим  выполненное необходимое условие, что суммы (3)-(4)=(5)-(6)=(9).

 

3.3 Расчет сезонного регулирования вез учета потерь воды

       Расчет  регулирования производим по  водохозяйственному году, за начало  которого принимаем начало многоводного сезона, т.е. граница смены низкого стока на высокий. Наполнение и сброс осуществляются с момента опорожнения водоема вперед по ходу времени в году, начиная с объема W_н = 0. Объем воды в водохранилище на конец каждого месяца вычисляем по формуле

                                                    W_i,k = W_i,н + (V – U), млн.м³,                                     

где (V – U) – объем избытков или недостатков. Избытки положительные, недостатки отрицательные (графы 5, 6 таблицы3.2).

      Объем воды  в водоеме для нужд водопотребителей  и водопользователей изменяется в пределах W_н = 0 до W_н = W_плз.

      Для определения полезного объема водохранилища W_плз мы должны построить по данным графы 7 график разности суммарной кривой , t – время в месяцах, (рис.4), и по этой суммарной кривой по максимальной разности ординат между предыдущей наивысшей и наинизшей точной разностной суммарной кривой определяем, что W_плз=270,35 млн. м³.

 

 

 

 

 

 

3.4 Установление мертвого объема

Определим   мертвый объем по выражению W_мо = (0,11−0,33) W_плз , млн.м³, а W_плз принимаем при последовательном суммировании недостатков воды от II месяца до VI (табл. 3.2) вперед по ходу времени W_плз=270,35 млн. м³( что равняется найденному в предыдущем пункте объему).

 Значит получаем W_мо = 0,33 W_плз=89,22 млн. м³.

Этот объем  должен вмещать в себя объемы взвешенных и влекомых наносов, попадающих в водохранилище за срок его службы, который принимаем равным Т = 50 лет.

Далее нам понадобится  значение среднего многолетнего объема взвешенных наносов V_R ( мы вычмсляли его в п.2.7), то есть V_R=65614,5 м².

Объем взвешенных наносов, заполняющий  водохранилище за Т лет, определяем по формуле

                            W_взв = V_R(1-δ)Т =65614,5 *(1-0,4)*50=1968435 м³,                 

где δ – транзитная часть  наносов мелких фракций, сбрасываемых из водохранилища в многоводные периоды; в среднем δ = 0,3 – 0,4(выбираем δ =0,4).

Значит можно определить объем влекомых наносов, заполняющий водохранилище за Т лет, определяем по формуле

              м³,                 

В данной формуле неизвестное β –это отношение плотности влекомых к плотности взвешенных наносов (для равнинных рек β =0,001-0,1); мы принимаем β = 0,1.

Плотность влекомых наносов γ_вл = 1,5 – 1,8 т/м³(принимаем γ_вл =1,5).

После определения последней  формулы, можно определить объем водохранилища, занимаемый наносами. Его определяем как сумму:

              W_нан = W_взв + W_вл=1968435+218715=2187150 м³. 

Теперь сравним значение (0,11-0,33)*W_плз=89,22 млн.м³ с W_нан=2,187 млн.м³. Видим что больше W_плз=89,22 млн.м³ . Его и принимаем за величину мертвого объема.

W_мо =89,22 млн.м³.

В объем твердых веществ  не включаем отложения от размыва  берегов. 

 

3.5. Расчет сезонного регулирования стока с учетом потерь воды

на испарение, фильтрацию, льдообразование

 

3.5.1. Дополнительное  испарение

Дополнительное испарение  представляет собой разность между  испарением с водной поверхности  и с поверхности суши до устройства водоема за один и тот же период времени.

По карте изолиний [1, с.306] или [13, рис.3] определяем норму испарения с поверхности воды за безледоставный период

                                          Z_ов =590 мм.

Устанавливается обеспеченность высоты слоя испарения по выражению

                                p’ = 100 – p=100−95=5, %,                                        

где р – обеспеченность стока расчетного маловодного года, которая в данном случае равна 95%.

Коэффициент перехода от нормы  к испарению в засушливый год  определяем по [1, табл.160]:

                                      К’_р  = 1,2.

Вычислим испарение с поверхности водохранилища за безледоставный период в засушливый год при расчетной обеспеченности p’ :

                              Z’_вр =  Z_ов · К_р’=590*1,2=708 мм.                           

Распределение испарения  с поверхности водохранилища  по месяцам за безледоставный период производим по данным табл.6, взятым из [1].

Норма испарения с поверхности  суши (суммарное испарение) за безледоставный период устанавливаем по карте изолиний [1, с.39] или [13, рис.3]:

                                 Z_ос = 565 мм.

Принимая коэффициенты вариации и асимметрии кривых обеспеченности с поверхности суши C_v = 0,12, C_s = 2*C_v=2*0,12=0,24 (отсюда находим Ф_р^,_Cs=1,708 по таблице Фостера-Рыбкина, приведенной в [12] или в [11, с. 144-147]), находим модульный коэффициент расчетной обеспеченности

                   К’_рс = Ф_р^,_Cs · C_v +1=1,708*0,12+1=1,205.                        

Определим испарение с поверхности суши за год расчетной обеспеченности определяется, как

                    Z_р^,_c = Z_ос · К’_рс =565*1,205=678мм.                  

Составляем таблицу 3.3 распределения испарения с поверхности суши Z_р^,_c по месяцам за безледоставный период:

                          

 

 

 

 

 

            Таблица 3.3. Расчет дополнительного испарения из водохранилища

Элементы баланса	За период	Внутрисезонное  расширение
		IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Испарение с поверхности   воды в % от суммы за период, %	100	4	13	18	22	19	12	7	5
Слой испарения  , мм	708	28,32	92,04	127,44	155,76	134,52	84,96	49,56	35,4
Испарение с поверхности   воды в % от суммы  за период, %	100	8	12	18	20	17	10	4	3
Слой испарения  , мм	678	54,24	81,36	122,04	135,56	115,26	67,8	27,12	20,34
Расчетное дополнительное  испарение , мм	30	0,000	10,88	5,4	20,2	19,26	17,16	22,44	15,06
Средний объем  воды  в водохранилище за  месяц , млн.м3		257,6	359,57	359,57	344,91	305,59	255,15	207,1	173,44
Средняя площадь  зеркала водохранилища  за месяц , км2		62	83	83	82	76	66	56	54
Потери воды на  дополнительное  испарение , млн.м3		0	0,886	0,448	1,656	1,464	1,133	1,257	0,813

 

Для расчетов этой таблицы  были следующие формулы.

·Величины помесячного расчетного дополнительного испарения устанавливаем по разности

                            Z_р^,_дм = Z_р^,_вм - Z_р^,_см , мм.                                                    

·Потери воды на дополнительное испарение с зеркала водохранилища определяем для каждого месяца безледоставного периода по выражению

                          ΔW_мz = Z_р^,_дм  · Ω_м · 10^-3, млн.м³,                                     

где Ω_м – средняя за месяц площадь зеркала водохранилища, км².

Расчетное испарение за период ледостава принимаем равным нулю.                                                                            

Для того, чтобы определить среднюю площадь зеркала водохранилища за каждый месяц Ω_iм воспользуемся построенной морфометрической характеристики,( см. п.3.1, рис.3), где по среднему объему воды в водохранилище за этот месяц находим необходимое значение.

И определяем средний объем воды за месяц как среднее значение из объемов на начало и конец месяца, выбираемых из табл.3.2, с учетом полученного мертвого объема W_мо:

                                    W_мi = 0,5*(W_н.м.i + W_к.м.i )+ W_мо.                                                

 

3.5.2. Потери  воды на фильтрацию

Воспользуемся приближенными нормативами. Для неблагоприятных гидрогеологических условий (в данном случае ложе сложено водопроницаемыми грунтами, возможность грунтового питания отсутствует) нормативное значение потерь на фильтрацию за месяц от объема водохранилища (в %) составляет 1,5-3 % . Принимаем равным 1,5 %.

Значения средних объемов  воды за каждый месяц устанавливаем, как и ранее, с учетом мертвого объема.

Составляем  табл.3.4.

Таблица 3.4. «Потери воды на фильтрацию»

Месяцы	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	I	II
Средний объем воды за месяц Wм,млн.м3	140,78	257,6	359,57	359,57	344,91	305,59	255,15	207,01	173,44	154,65	144,54	130,85
Потери на фильтрацию ΔWмф	2,112	3,864	5,394	5,394	5,174	4,584	3,827	3,105	2,602	2,320	2,168	1,963