Топографическая характеристика и элементы водохранилища.

Известно, что регулирование речного стока заключается в

рациональном перераспределении во времени (по сезонам или

годам) притока воды путём задержания и аккумуляции избыточного объема воды в периоды многоводья для того, чтобы за счет него в дальнейшем увеличить сток реки и ее энергию в маловодные сезоны или годы. Для этой цели создаются водо­хранилища. Размеры водохранилища зависят от характера регулирования. По отношению к источнику (речному стоку) обычно существует два типа регулирования: сезонное (внутригодовое или годичное) и многолетнее.

При сезонном регулировании сток каждого года перераспределяется только между сезонами либо внутри одного сезо­на и емкость водохранилища необходима лишь такой величи­ны, чтобы вместить запас воды (из ресурсов годового стока) для покрытия потребления и потерь в пределах текущего года.

Водохранилище, рассчитываемое на многолетнее регули­рование стока, должно быть значительно большей емкости, поскольку последняя предусматривается для пополнения недостающего притока в маловодные годы или целого ряда засуш­ливых лет. Перераспределение стока при этом длится в тече­ние многолетнего периода времени.

В отличие от сезонного водохранилище многолетнего регулирования стока срабатывается не каждый год полностью и не ежегодно наполняется до нормального подпорного уровня. Главнейшая регулирующая функция водохранилища состоит в снижении наводнений в период половодья и повышении меженного стока в нижнем бьефе либо увеличении глубин : в маловодные периоды в верхнем бьефе. Хотя водохранилище создаётся также для аккумуляций воды в целях ее хозяйствен­ного использования. Вместе с тем от регулирующих возможностей водохранилища зависят размеры и стоимость сбросных сооружений, уменьшение которых является важным итогом водохозяйст­венного расчета.

Водохранилища больших объемов образуют обычно путем перекрытия речного русла и долины высокими плотинами (плотинные водохранилища).

Основные элементы водохранилища, определяемые расчетом, следующие (рис. 1):

1. Мертвый объем ( Vmo )и ему соответствующий уро­вень (Нгмо).

2. Полезный объем—Vполез.

3. Отметка нормального подпорного уровня Н ину и ей соответствующий полный объем Vполн. ;

4. Отметка уровня паводковых (высоких) вод Нувв и ему соответствующей регулирующий объем V per.

Важно также определить превышение гребня плотины ∆ h и общую ее строительную высоту — h пл.

Все эти элементы устанавливаются при совместном сопоставлении притока, потребления, высотной характеристики во­дохранилища и размеров отверстий сбросных (либо водозаборных) сооружений при плотине.

Расчет начинается с определения топографической характеристики долины, — чаши проектируемого водохранилища. Для облегчения и удобства расчетов характеристика обычно представляется графиком кривых.

О

График высотной характеристики водохранилища (долины) содержит кривые зависимости площади водной поверх­ности, объема и средней глубины, а также может включать кривые зависимости полной и удельной стоимости водохрани­лища (вместе с сооружениями) от отметки высоты уровня ли­бо от глубины воды у плотины (максимальной глубины):.

Ω = f₁(Н); V=f₂,(H); hc_P=f₃(H); P=f₄(H) и p=f₅(Н)

Для построения графика кривых необходимы данные топографической съемки речной долины и русла выше створа. плотины.

Известны (из общего курса геодезии) приемы определения площади контуров плана (планиметрированием пли с помощью палетки), поэтому нет необходимости здесь в их описании. Отметим только, что контуры долины замыкаются горизонталями и осью плотины, а если объем плотины в сравнении с емкостью водохранилища значителен, то замыкать контуры следует по урезу воды (приращениям объемов, водохранилища в зоне подпора можно пренебречь из-за отно­сительно незначительного влияния последнего).

Здесь рассматривается пример построения графика, для которого в качестве исходных данных приводится ряд значений отметок уровня и соответствующие ему площади водной поверхности проектируемого водохранилища.

Результаты вычисления объемов воды, отвечающие заданным уровням, вместе с исходными данными занесены в таблицу 2. Чтобы получить объем воды (гр. 7), соответствующий задан­ному уровню (гр. 1), необходимо сначала подсчитать объем каждого слоя (гр. 6) между соседней парой горизонталей как для усеченной пирамиды:

∆ V=⅓ * (Ω₁ + Ω₂ +√Ω₁ * Ω₂)* ∆ H

где ∆Н — превышение между нижней и верхней горизонталя­ми, а Ω₁ и Ω₂—площади контуров им соответствующих.

Учитывая, что ошибка планиметрирования контуров пре­вышает 2% (а если определять площади палеткой, то ошибка может оказаться и того больше), не говоря уже о неопределен­ной погрешности допускаемой при построении плана в гори­зонталях, вполне достаточно для вычисления объемов слоев пользоваться несколько упрощенной формулой:

∆ V=0,5(Ω₁ + Ω₂) * ∆ H= Ωср. ∆ H…

После определения частных объемов (гр. 7) их последо­вательно суммируют (наслаивают) снизу (от низшей отметки уровня) вверх до заданной горизонтали, получая общий объем воды в водохранилище:

п

V=∑∆V

¹

По данным графы 1 (или 2) и графы 3 на график наносят «кривую площадей» — Ω=f₁(Н), а по графам 1 и 7 строят «кривую объемов»—V=f₂(H).

График следует строить в удобном масштабе (для оси «Н» — в 1 см 2 м; для оси „ Ω " — в 1 см 0,2; 0,5; 1,0; 5,0 'млн. м², а для оси „V" в 1 см. соответственно: 1,0; 2,5; 5,0; 25 млн. м³).

Топографическую характеристику водохранилища можно представить кривыми, которые выражают зависимость отметок уровня, площади водной поверхности, средней глубины, полной и удельной стоимости от объема воды. Такой график именуется объемной характеристикой водохранилища. Иног­да для удобства составляют графическую зависимость объема от площади водной поверхности водохранилища V=F (Ω). При водохозяйственных расчетах часто пользуются не общим, а полезным объемом, для чего на кривой V=f₂(H) отсекается участок между отметками ГМО и НПУ. При этом начало координат находится на пересечении кривой с горизонтальной линией на высоте ГМО — новой осью абсцисс. Ось ординат. размечается заново шкалой высоты сливной призмы.

В дальнейшем в указанных высотных пределах может быть нанесена так называемая кривая сработки водохранилища, которая должна отражать уменьшение слоя сливной призмы с увеличением забираемого из водохранилища объема во­ды. Следовательно, отметке НПУ соответствует нулевая сработка, а отметке ГМО — максимальный объем сработки водо­хранилища.

Помимо этого на графике высотной характеристики отделяют еще верхнюю часть кривой K=f₂(H) путем перенесения начала координат в точку кривой, соответствующую отметке НПУ, в силу чего получают кривую зависимости регулирую­щей емкости от наполнения водохранилища.

С помощью высотной характеристики определяют потери воды (на испарение и фильтрацию), а также ряд элементов проектируемого водохранилища (отметки: Нгмо; Ннпу; Нувв).