Выдержка из текста работы
Сооружение водохранилищ — пример техногенного вмешательства в природу в условиях неравномерного, естественного распределения водных ресурсов в пространстве и особенно во времени. Водохранилища решают целый ряд важнейших социально-экономических задач, удовлетворяя потребности человека в воде или защищая его от водной стихии.
Гидрологический режим водохранилищ управляется человеком, который выбирает заранее нужные параметры водоема и технические приемы его эксплуатации. Многие черты гидрологического режима водохранилищ определяются хозяйственными потребностями и регулируются. Вместе с тем искусственно созданные водоемы начинают участвовать в круговороте воды в речных системах, оказываются под влиянием комплекса природных факторов и подчиняются закономерностям, свойственным естественным водным объектам — рекам и особенно озерам.
Водохранилища своеобразные водные объекты, новый природно-техногенный компонент ландшафта. Они преобразуют режим рек, влияют на окружающую среду. Потребности практики заставляют изучать режим водохранилищ, разрабатывать стратегию рационального управления ими, принимать меры на предотвращение негативных факторов сооружений этих водоемов. Поэтому вполне правомочно говорить о разделе новом, т.е. о возникновении нового раздела в гидрологии — гидрология водохранилищ.
1. Определение емкости водохранилища
.1 Кривые объема и площадей
Характеристика водохранилища определяется графически кривыми зависимости площади зеркала (щ) и объема воды (W) от уровня подпора (H), т. е. щ =f(H) и W=f(H) (рис. 1).
Площади зеркала устанавливаются путем планиметрирования горизонталей, характеризующих на картах рельеф местности. В этом случае берутся карты масштаба от 1 : 5000 до 1 : 50 000 с сечением горизонталей через 1,0-5,0 м.
Объем водохранилища подсчитывается путем последовательного суммирования отдельных слоев, заключенных между двумя смежными горизонталями, идя от более низких к более высоким слоям (рис. 1).
Рисунок 1 Схема продольного профиля водохранилища
Объем слоя воды
ДW(1-2) = ДH(1-2)щср(1-2),
где H(1-2) — высота слоя между отметками подпора z1 и z2;
щср = (щ1 — щ2)/2,
где щ1 и щ2 — площади зеркала водохранилища на двух смежных
уровнях подпора H1 и H2.
1.2 Определение емкости водохранилища без учета потерь стока
Рассмотрим основной — табличный — способ балансового расчета емкости водохранилища.
Необходимый объем водохранилища определим путем сопоставления данных по притоку воды с ее потреблением (табл.1 Построение топографических характеристик водохранилища).
С этой целью вычисляем значения расходов притока воды Q по формуле
Qп = (Псут К)/86400, [м3/с],
где Псут — условное суточное потребление воды без учета его неравномерности, м3/с,
— число секунд в сутках,
а затем заносим эти значения в графу 4 табл.2.
Значения графы 3 находим по формуле
Qр = aiQср,
где Qср = 1.79 м3/с.
Для каждого месяца находим суммарный приток S и ее потребление П в млн. кбм. (графы 5 и6 табл.2), используя выражения:
Пi = (Qп·86400·ni)/106= (Qp·86400·ni)/106,
где ni — число дней в месяце.
После проведенных вычислений определяем объемы избытка или недостатка стока воды за каждый месяц (графы 7 и 8 табл.2).
Полезный объем водохранилища будет равен сумме недостатков воды:
Wплз. нетто = 7.484 млн. м3.
1.3 Определение объема водохранилища с учетом потерь стока
Полезный объем Wплз. нетто водохранилища уточняем, имея потерю воды из водохранилища на испарение, фильтрацию и льдообразование. Для этого предварительно определяем полный объем водохранилища Wср в каждом месяце и площадь щср.
Так, полный объем водохранилища
W = Wплз. нетто + Wмо,
где Wмо — мертвый объем водохранилища.
В связи с тем, что данные о мутности воды в задании отсутствуют, мертвый объем вычисляем ориентировочно. Допустим, что
Wмо ≈ 0.1· Wплз. = 0.1·7.484 = 0.7484 млн. м3.
Значения полного объема записываем в графу 2 табл.3.
Затем определяем средние за месяц объемы водохранилища Wср, с которым с помощью топографических характеристик находим площадь зеркала щ.
Потери на испарение вычисляем за каждый месяц по формуле
Wи = hи·щ,
где hи — слой испарения.
Результаты вычислений заносим в графу 6 табл.3.
Потери на фильтрацию Wф в каждом месяце находим по формуле
Wф = щi·kф·ni,
где kф = 0.003 м/сут,- число дней в месяце.
Результаты заносим в графу 7 табл.3.
Потери на льдообразование
Wл = 0.9·kл· hл·(щн — щк),
где 0.9 — относительный вес льда;л — коэффициент постепенного нарастания толщины ледяного покрова, равный примерно 0.65;л — среднемноголетняя толщина льда к концу ледостава;
щн и щк — площадь зеркала водохранилища в начале и конце ледостава.
Распределяем объем потерь Wл на зимние месяцы (графа 8 табл.3), а затем находим сумму потерь воды (графа 9 табл.3).
С учетом этих потерь избытки уменьшатся, а недостатки увеличатся (графы 11 и 12 табл.3), поэтому полезный объем брутто составит
Wбр = 9.578 млн. м3.
Сброс соответственно уменьшится : 16.348 млн. м3
Тогда полный объем водохранилища составит
полн = Wмо + Wфр + Wфр = 0.7484 + 9.578 + 0 = 10.326 млн. м3.
1.4 Характерные уровни и емкости водохранилища
Основными характеристиками водохранилищ являются:
нормальный подпорный уровень НПУ, м;
уровень мёртвого объема УМО, м;
катастрофический подпорный уровень КПУ, м;
полный объем водохранилища W, млн. м3 или км3;
полезный объем водохранилища Wплз, млн. м3 или км3;
мертвый объем водохранилища Wмо, млн. м3 или км3;
коэффициент емкости водохранилища в= Wплз/Wо,
где Wо — средний многолетний сток.
НПУ — уровень воды, до которого водохранилище заполняется в нормальных условиях.
Полный объем водохранилища W — объм, заключенный между дном чаши водохранилища и зеркалом воды на отметке НПУ. Полный объем W не целиком используется для регулирования стока. Нижняя часть водохранилища, предназначенная для поддержания минимальных уровней воды и осаждения в ней наносов, называется мертвым объемом Wмо и сработке не подлежит.
Объем водохранилища, заключенный между поверхностями воды на отметках НПУ и УМО, называется полезным объемом — Wплз. В периоды многоводья он заполняется, а в периоды маловодья опорожняется. Объем, заключенный между поверхностями воды на отметках НПУ и КПУ, называется объемом форсировки. КПУ — катастрофически подпертый уровень в период пропуска через гидроузел исключительно многоводных половодий или паводков. Объем, форсировки Wфс служит для уменьшения величины сбросных расходов через гидроузел.
Рисунок 2. Основные элементы водохранилища
Образование водохранилища вызывает изменения в режиме водотока. В верхнем бьефе эти изменения в основном сводятся к следующему:
повышаются уровни воды и увеличиваются глубины, чтосвязано с затоплением территории в пределах чаши водохранилища;
уменьшаются скорости течения, в результате чего происходит выпадение значительной части осадков;
увеличивается водное зеркало, в связи с чем происходит увеличение испарения, что ведет к повышению солености воды в водохранилище.
В нижнем бьефе происходят такие изменения: уменьшаются половодные и паводковые расходы и увеличиваются меженние; и происходит размыв русла ниже гидроузла. Кроме указанных изменений в водотоке в верхнем бьефе происходят следующие: затопление территории в пределах чаши водохранилища; подтопление прилегающих к водохранилищу земель и обрушение берегов водохранилища под воздействием волн.
Кроме постоянного затопления земель, занятых водохранилищем в пределах НПУ, хозяйственное использование которых невозможно, наблюдаются временные затопления территории выше НПУ во время катастрофических половодий и паводков, от нагона воды ветром на берега и от подъема уровней воды при заторах и зажорах. Хозяйственное использование временно затопляемых земель возможно. При подтоплении происходит подъем грунтовых вод, что резко ухудшает условия хозяйственного использования земель и требует осушительных мероприятий.
Характерные уровни воды и их отметки находим, используя топографические характеристики водохранилища:
НПУ, соответствующий наполнению Wполн = 10.326 млн. м3, на отметке НПУ = 131.8 м плотины равен
