6. Регулирование речного стока и водохозяйственный расчет.

6.1. Регулирование речного стока.

Регулирование речного стока – это перераспределение во времени объема стока в соответствии с требованиями водопользования. а также для борьбы с наводнением.

Эта задача решается чаще всего с помощью создания искусственного водоема (водохранилища). Этим мероприятием задерживается избыток воды в период половодья с целью его последующего использования в межень.

В зависимости от периода времени, в течении которого регулируется сток водохранилищами, различают суточное, недельное, сезонное (годичное) и многолетнее регулирование.

1. Суточное регулирование заключается в перераспределении в течении суток стока реки Q в соответствии с требованиями потребителей. Вода накапливается в водохранилище в часы малого потребления и расходуется из него в часы повышенного (рис. 6.1)

Цикл регулирования – сутки.

На рис. q_ср – средний расход водопотребления, q – суточный график водопотребления.

Когда q_ср>q – водохранилище заполняется, а при q_ср<q – оно срабатывается.

Коэффициент неравномерности суточного потребления: η_н = q_max/q_ср

При отсутствии суточного регулирования число потребителей: N₁ = Q/q_max

При наличии регулирования: N₂ = Q/q_ср

N₁/N₂ = q_max/q_min

Необходимый объем водохранилища суточного регулирования:

V_сут = t*Σ(q_ti - q_ср)*3600

где t – кол-во часов, в течении которых потребление q_t>q_ср.

Суточное регулирование позволяет изменить размеры и стоимость водозаборного сооружения, насосной станции, водовода, т.к. сооружения рассчитывают не на q_мах, а на q_ср.

Применяют в энергетике, водоснабжении, орошении.

2. Недельное регулирование заключается в перераспределении стока в течении недели.

В нерабочие дни, когда снижается расходование воды по сравнению с рабочими, вода накапливается, что дает возможность повысить потребление воды в рабочие дни и учесть неравномерное использование ее в течении недели. Цикл сработки и накопления водохранилища составляет одну неделю (рис.6.2).

q₁ – суточное потребление воды в рабочие дни, q₂ - в выходные дни (м³/сек)

Общее водопотребление за неделю: U_нед = Σq_i = (5 * q₁ + 2 * q₂) * 86400, м³

Среднее потребление за неделю: q_ср = (U_нед/7) * (5q₁ + 2q₂)/7, м³/сек (6.6)

Разница расходов в нерабочие дни равна q_ср - q₂, тогда объем водохранилища недельного регулирования равен избытку стока в два выходных дня: V_нед = 2*(q_ср – q₂) * 86400, м³ (6.7)

Подставляя значение q_ср из (6.6) в (6.7) находим необходимый объем водохранилища недельного регулировании: Vнед = (10/7)*(q₁ – q₂)*86400, м³

3. Сезонное (годичное) регулирование стока дает возможность перераспределять сток в течении сезона или года. За время половодья и паводков водохранилище наполняют, а в период межени его срабатывают (рис.6.3).

Различают полное и неполное сезонное регулирование. При полном регулировании водоотдача заданной обеспеченностью за год (суммарное водопотребление) должна быть = объему годового стока той ж обеспеченности, т.е. U_р=W_р. При неполном регулировании есть излишек воды, т.е. водопотребление меньше стока (U_р<W_р), и часть стока сбрасывается в холостой сброс.

Годичное регулирование применяется при водоснабжении, в энергетике, для обводнения и орошения. Объем водохранилища при сезонном регулировании определяется сопоставлением гидрографов речного стока и внутригодового потребления на основе таблично-цифровых и балансовых расчетов.

V_н= V_взв.+V_вл

Расчёт ведётся в следующем порядке:

1. По значению средней мутности реки ρ₀ определяют средний расход взвешенных наносов по формуле: R_н = ρ₀*Q_год.ср./10³, кг/м³

где Q_год.ср - среднемноголетний расход воды.

2. Определяем среднемноголетний объём взвешенных наносов за год по зависимости: V_взв.ср. = 31,54*R_н/ρ_взв, млн м³

Где ρ_взв – плотность взвешенных наносов.

3. Определяем объём взвешенных наносов, заполняющий ложе водохранилища за t_сл = 70 лет по формуле: V_взв = V_взв.ср. * (1 - δ) * t_сл , где

δ – транзитная часть взвешенных наносов, выносимых в нижний бьеф, (1-δ) – та часть наносов, которая отложится в водохранилище.

4. Определим объём влекомых по дну наносов, заполняющих ложе водохранилища за t_сл лет по зависимости: V_вл. = 31,54 * R_н * β * t_сл/ρ_вл, где

β – отношение массы влекомых наносов к массе взвешенных наносов.

ρ_вл – плотность влекомых наносов

5. Определяем объём водохранилища, занимаемый взвешенными и влекомыми наносами V_н= V_взв.+V_вл

Принимают из условия заиления водохранилища мёртвый объём, равный объёму взвешенных и влекомых наносов, т.е.: V_мо = V_н ≥ 0.3 * V_плз

6. Проверяют необходимый мёртвый объём водохранилища, исходя из санитарно-технических требований и с учётом опыта эксплуатации водоёмов в РБ, чтобы мёртвый объём был не менее 0.3 * V_плз. Если окажется, что рассчитанный из условия заиления V_мо = Vн ≤ 0.3 V_плз, то принимают окончательно за расчётный: V_мо = 0.3 * V_плз,

V_пол = V_мо + V_плз

4. Многолетнее регулирование стока дает возможность перераспределять сто в многолетнем разрезе. Цикл регулирования длится несколько лет.

Водохранилище наполняется в многоводные годы (К_i = Q_годi/Q_год > 1), а в маловодные (К_i < 1) вода срабатывается (рис.6.4).

Многолетнее регулирование стока применяется в тех случаях, когда регулирование стока в пределах года недостаточно для покрытия потребностей в воде заданной обеспеченности (U_р > W_р).

Водохранилища многолетнего регулирования используются также и для сезонного регулирования, поэтому полезный объем водохранилища многолетнего регулирования : V_плз=V_мн+V_сез

V_мн, V_сез - многолетняя и сезонная составляющая объема.

Период сработки многолетней составляющей может изменятся от 1 года до нескольких лет, сезонная составляющая срабатывается ежегодно.

При расчетах многолетнего регулирования стока за расчетный интервал времени обычно принимают год. Сток, отдачу и объем для удобства расчета выражают в модульных коэффициентах стока: К_i = W_i/W_мн.

Этот тип регулирования наиболее полный и совершенный. Он отвечает задачам комплексного использования водных ресурсов и применяется в гидроэнергетике и для крупных систем водоснабжения. В последние годы получило широкое развитие каскадное регулирование стока.

Водохранилища размещают на одной реке последовательно в виде ступеней. Примером может служить каскад водохранилищ, построенных на р. Свислочь. Условие работы водохранилищ, составляющих каскад, отличаются от условий изолированных водохранилищ и определяется их сложным взаимодействием.