2. Расчет потерь воды из водохранилища

А) Потери на фильтрацию

Потери из водохранилища в основном складываются из потерь на фильтрацию через ложе водохранилища Ф и дополнительное испарение Е_д мм

П=Ф+ Е_д (3.8)

Потери воды на фильтрацию за месяц принимают для хороших гидрологических условый 30мм . для средних -60. Для плохих -90мм.

Б)Потери воды на доп. испарение

Е_д= Е_в – Е_с` (3.9)

Где Е_В и Е_с – слой испарения соответственно с водной поверхностью и суши затапливаемой водохранилищем. Мм

Испарение с суши мм

Е_с= Х_в -У_с` ( 3.10)

Где Х_{в –} осадки выпасаемые на поверхность водохранилища. мм

У_с`- сток с суши затапливаемой водохранилищем. Мм

При приближенных расчетах величиной У_с можно пренебречь . тогда подставив выражение (3.10) в формуле (3.9) получим

Е_д= Е_в-Х_в (3.11)

При многолетнем регулировании стока средний слой доп . испарения

Ē_д = Ē_в- Ē_с` ( 3.12)

Где Ē_в и Ē_с` - среднемноголетний слой испарения соответственно с водной поверхности и затопляемой территории

При сезонном ( годичном) регулировании стока расчетную обеспеченность Р_е слоя испарения с водной поверхности приближенно принимают Р_е = 100 - Р (Р – расчетная обеспеченность осадков)

Тогда слой доп. испарения из водохранилища

Ē_д = К_ре Ē_в- К_р^х(1-а_с) (3.13)

Где К_ре = К_{100 –р} и К_р модульные коэффициенты соответственно слоя испарения с водной поверхности и осадков расчетной обеспеченности а_с – коэффициент стока со склонов речной долины а_с = У/Х

Расчеты принимают по месячным интервалам за безледоставный период. При приближенных расчетах можно принять 1- а_с+=1. Тогда формула (3.13) примет вид

К_ре = К_{100 –р} Ē_в- К_р^х (3.14)

Среднемноголетний слой испарения с водной поверхности зависит от имеющихся исходных материалов и размеров водоема {6}. При расчетах испарения малых пресноводных водоемов площадью до 5 км ² имеющих длину разгона воздушного потока над водной поверхностью 2-3 км² рекомендуем формулу (2.16)

Модульные коэффициент испарения с водной поверхности расчетной обеспеченности при отсутствии данных наблюдений определяют по таблице 2.4 в зависимости от зоны местоположения водоема.

Найденное годовое дополнительно испарение распределяют по месяцам в соответствии с таблицей 2.5 в зависимости от зоны, на которой расположен водоем.

Осадки расчетной обеспеченности мм.

Х_р = К_рẌ

Где К_{р –} модульный коэффициент осадков расчетной обеспеченности Ẍ - среднемноголетний слой осадков (норма) мм.

Модульный коэффициент получают по таблице трехпараметрического гамма распределения в зависимости от коэффициентов С_v и С_s` а так же расчетной обеспеченности р.

Объем потерь воды млн. М№ из водохранилища за расчетный интервал ( месяц год) подсчитывают по зависимости V_п =0.001П.Ω (3.15)

Где П. – слой суммарных потерь воды мм. Ω – Площадь водной поверхности водохранилища

Допускают что в течение соответствующего месяца потери воды не изменяются . следовательно графическая зависимость (3.15) за каждый месяц будет представлять собой прямую линию проходящие через начало координат рис (3.4)

Определить дополнительные потери воды из водохранилища сезонного годичного стока. Построить график суммарных потерь воды из водохранилища.

1. Вычисляют слой потерь на фильтрацию через ложе водохранилища за месяц. При последних гидрологических условиях он составляет 60мм( табл 2.гр2)

2. Определяют приближенно по формуле (3.14) расчетный слой дополнительного испарения при сезонном регулировании стока.

Среднемноголетний слой испарения с водной поверхности вычисляют по зависимости (2. 16)

По карте изолиний см. рис 2.7 для района для лесостепной зоны находим Е 0 20=650-750 мм.

Е 0 20=700мм

По таблице 2.3 устанавливают для лесостепной зоны при h_cр =5 м водоема поправочный коэффициент на глубину =0.98

При отношении =0,003 принимаем поправочный коэффициент на защищенность водоема =0.96 (см с. 75)

Для лесостепной зоны коэффициент на площадь 𝜴=5 К_Ω =1,26

Тогда =700×0.98×0.96×1.26=830мм (вносим в табл.2 в строку за год в гр.4)

Модульный коэффициент испарения К100 –р входящий в формулу (3.14) находят по таблице 2.4: для лесостепной зоны (V) и =100-р=100-95=5%(из исходных данных) =1.25, =0.15 (вносим в табл.2). Следовательно слой испарения расчетной обеспеченности равен: =1.25×830=1041 мм.

Найденные К_{100 –р} и Е_в распределяем по месяцам в соответствии с таблицей 2.5 для зоны V (см . табл. 2 гр. 3 и 4).

Внутригодовое распределение среднемноголетнего слоя осадков переносится из исходных данных в табл.2 гр.6.

Осадки за каждый месяц года 95%-й обеспеченности (табл.2 гр.7), мм: =.

определяют по таблице ординат трехпараметрического гамма-распределения для заданных =0.25, =2и р=95% =0.631.

Расчетный слой доп. испарения за каждый месяц года 95% обеспеченности Е_д находят по зависимости (3.14) как разность между расчетным испарением с водной поверхности (см. табл. 2 гр. 4) и осадками обеспеченности Р (см табл. 2 гр 6) при этом отриц. значения в расчет не принимаем ( см табл2 гр 7)

3. Суммируют слои потерь воды на фильтрацию через ложе водохранилища Ф (см табл. 2 гр. 2) и слои потерь на испарение Е_д (см . табл. 2 гр. 7) суммарный слой дополнительных потерь из водохранилища за каждый месяц расчетного года подсчитывают в табл. 2 гр. 8.

4. Строят график суммарных потерь воды из водохранилища (см. рис 4 ) по материалам вычислений используя для перехода от слоя потерь к объему воды V_в зависимость (3.15)

А) Определение мертвого объема водохранилища из условия выполнения саниторно- технических требований и допустимого срока заиления..

1. по санитарно – техническим условиям средняя глубина воды в водохранилище при минимальном его наполнении должна быть не менее 2.5 м. По кривой h =h(H) устанавливают что h= 2.5 м и соответствует уровень Н=195.2 м, при котором объем воды в водохранилище V= 90 млн. (см. рис.2)

2. Удовлетворительное качество воды в водохранилище обеспечивается при условии если при уровне мертвого объема критерий литорали L_Ω≤0.35 используя кривую L_Ω(Н) (см. рис.2) устанавливают что при уровне воды Н_мин= 195.2 м определенном из санитарно-технических требований L_Ω =0,40>0,35.

Требуемо условие не удовлетворяется . следовательно Нмин =195.2м не может быть принят в качестве уровня мертвого объема . предварительно примем за уровень мертвого объема Н=196.2 м при котором LΩ =0,35 (см рис 2) этому уровню соответствует объем водохранилища V =140 млн.

3. найденный объем проверяют на условие заиления его наносами. Время заиления t₃ = V/Ṽ_н

среднегодовой объем отложений наносов в водохранилище м²

Ṽ_н =[(10^-6pW)/p_отл](1+m-δ) (3.17)

где - среднемноголетняя мутность воды во входном створе водохранилища, =2500 г/ (исх. данные); – среднемноголетний объем годового стока, =1224*(исх. данные); - объемная масса донных отложений, =2,0 т/ (исх. данные); - количество донных наносов m=0.1 (10% от взвешенных), (дано для всех); - транзитная часть наносов, сбрасываемых из водохранилища в нижний бьеф, δ=0.3, (дано для всех).

Подставляя в формулу (3.17) исходные данные получают

= =1,22 млн

Следовательно время заиления объема V=140 млн : =140/1,22=50 лет.

Допустимый срок заиления для малых водохранилищ – 50 лет (7). В данном примере заиления объема водохранилища, удовлетворяющие санитарно – техническим требованиям и необходимому качеству воды значительно больше 50 лет. Поэтому принимают Н_м.о =196,2 м, V_м.o =140 млн.

Определить полезный и полный объем водохранилища сезонного регулирования стока таблично цифровым балансовым способом; построить графики работы водохранилища по первому и второму вариантам правил регулирования.

1. Устанавливают сопоставляя расчетный сток W_p и плановую отдачу U за каждый месяц и за год (см. табл. 3.) что сезонно регулирование необходимо так как в течении 8 мес U превышает W_p и возможно поскольку W_{p r}> U_r.

2. За начало водохозяйственного года принимаю апрель с которого начинается наиболее многоводный период – половодье. Данные о W_р и Uв хронологической последовательности заносят в таблицу 3 гр 2 и 3.

3. Вычисляют недостатки сопостовляя помесячно сток и отдачу избытки и недостатки V_i= W_р – U (дефициты) d_i = -( W_р – U) и выписывают их в таблицу 3.гр. 4 и 5. В зависимости от числа последовательности чередования и значения избытков и недостатков режимов работы водохранилища может быть однотактный, двухтактный и многотактный.

В рассматриваемом примере (табл.3) режим работы двухтактный с зависимым циклом, т.к. (235>84), (103>84)и (103<15). Поэтому =. К моменту наступления большего () дефицита водохранилище должно быть наполнено до , а к концу этого дефицита сработано до [1].==140+84=224 млн а отметка нормального подпорного уровня (рис.3) НПУ=197,8 м. (вычислено без учета потерь воды из водохранилища на фильтрацию и испарение).

4. Рассчитывают наполнение водохранилища V_i начало и конец каждого месяца а также сбросы излишков воды V_cб порядок наполнения водохранилища определяется правилами регулирования . рассматривают два предельных варианта правил регулирования.

По первому варианту правил водохранилище наполняют до V_нпу за счет первых излишков и только после этого излишки сбрасываються через водосбросное сооружение. Расчет по этому варианту выполняют в хронологическом порядке ( по ходу времени) вычисляя бъемы наполнений и сбросов на конец каждого месяца. При этом используют уравнение баланса воды которое при условии что потери воды неучитываютcя должно быть:

V_ki= V_Hi +( W_р – U)_I – V_cбi (3.18)

Или

V_ki= V_фi-V_cбi (3.19)

Где V_фi = V_нi +( W_р – U)_I (3.20)

V_k и V_Hi - объемы воды в водохранилище (наполнение) соответственно на конец и начало соответствующего месяца ; V_фi – фиктивное наполнение. То есть наполнение неограниченное объемами V_нпу V_м.о; V_{cбi -} объем сброса воды за соответствующий месяц

(W_р – U)_I – объем избытков и дефицитов за расчетный интервал времени.

Наполнение водохранилища ограничено с одной стороны V_нпу а с другой V_мо. Поэтому уравнения должный быть дополнены выражением

V_нпу> V_ki> V_мо (3.21)

Вычисления начинают с месяца следующего за моментов опорожнения водохранилища до V_мо.. по формуле (3.20) определяют фиктивные наполнение V_фi а по зависимости (3.19) – объем воды в водохранилище на конец соответствующего месяца V_ki учитывая ограничения накладываемые выражением (3.21) при этом если V_сpi >V_нпу, то поскольку по уравнению (3.21) объем воды в водохранилище не может превышать V_нпу принимают V_нпу= V_ki тогда из зависимости (3.19) объем сброса V_cбi= V_фi - V_нпу. Если V_нпу> V_фi > V_мо. То есть весь объем воды можно задержать в водохранилище, следовательно V_ki= V_фi и V_cбi = 0

для первого месяца следующего за моментом опорожнения водохранилища до V_мо. V_н1= V_мо. Для каждого последующего месяца за начальное наполнение принимают наполнение в конце предшествующего месяца : V_н2 =V_к1; V_н3i =V_к2; и т.д. В конце расчетного года V_к12= V_мо

суммарный годовой объем сброса равен разности годовых объемов и отдачи то есть.

=

По второму варианту правил регулирования вначале при уровне V_мо сбрасывают излишки воды а затем водохранилище заполняют до НПУ. Расчет по этому варианту ведут против хода времени от момента когда в водохранилище содержится только мертвый объем последовательно вычисляя объемы наполнений и сбросов на начало каждого месяца по формуле

V_Hi V_KI-( W_р – U)_I (3.22)

При этом поскольку объёмы воды в водохранилище могут изменяться только в диапазоне от V_МО до V_HПУ принимают:

наполнение в начале рассматриваемого месяца вычисленному по зависимости (3.22) а сброс V_сбI=0 если окажется что V_кi<V_мо.

наполнение =, а сброс =-, если вычисленный по формуле ≤.

В момент опорожнения (в начале расчета ) V_к12< V_мо; в конце предшествующего месяца V_к(n-1)= V_n-1; V_к(n-2) = V_H(n-1) итд. Расчет закачивают при V_к1 = V_мо. Суммарный годовой объем сброса:

=

5. Определяют потери из водохранилища. Суммарные потери воды из водохранилища за каждый расчетный интервал то есть за месяц находят по графику потерь V_п =ƒ(Ω) (см.рис.3.4). рассмотрим лишь расчет для второго варианта регулирования (см.табл3.3гр10 11 12).

Предварительно вычисляют средний объем воды в водохранилище за каждый месяц при принятом варианте регулирования (см. табл.3. гр. 10)млн. м^3.

V_срi = ( V_Hi + V_кi )/2.

Где V_Hi и V_кi - объем воды в водохранилище на начало и конец соответствующего месяца определенные без учета потерь при втором варианте регулирования (см. табл,3.гр.8) млн. м^3.

Характеристике (см. рис. 3) в зависимости от среднего объема находят среднюю площадь водной поверхности водохранилища Ω_срI.

Суммарные потери воды за соответствующий месяц определяют по графику потерь (см. рис. 4) в зависимости от средней площади водной поверхности в этом месяце V_пI =ƒ(Ω_срi).

6. Вычисляют полезный объем и полный объемы водохранилища а так же наполнения и сбросы с учетом потерь воды.

Полезный объем водохранилища с учетом потерь воды рассчитывают аналогично п 3 (см.табл. 3.гр13.14.15)

Предварительно определяют полную отдачу воды из водохранилища - отдачу за каждый месяц(см. табл 3.гр13)

U_брi = U_i +V_ni.

7. Анализ чередования избытков и недостатков (см. табл. 3.гр 14 и 15) показывает что режим работы водохранилища с учетом потерь двухтактный с промежуточно зависимым циклом, т.к. (219>122), (90 >33). Поэтому =Δ. К моменту наступления большего () дефицита водохранилище должно быть наполнено до , а к концу этого дефицита сработано до [1].

==140+122=262 млн

По объемной характеристике (см. рис. 3) находят соответсвующий V_нпу'= 262 млн. м³ нормальный подпорный уровень НПУ = 198,4 м.

Наполнения и сбросы вычисляют так же, как в п. 3, по первому варианту регулирования стока. Расчет выполняют в хронологической последовательности (по ходу времени). При этом следует иметь в виду, что в данном случае (с учетом потерь воды) наполненные водохранилища не должно превышать =262 млн и быть меньше чем =140 млн . Правильность вычислений проверяют по составленному уравнению баланса воды за год -.