Построение батиграфических и объемных кривых водохранилища
Требуется:
1) построить профиль сечения водохранилища в створе плотины и продольный профиль дна по линии тальвега (вертикальный: М 1:200 и горизонтальный М 1:10000) Рис 1.1 Топографический план водохранилища М 1:10000
2) Произвести планиметрирование площадей, ограниченных линиями горизонталей и осью плотины.
3) рассчитать координаты батиграфических и объемных кривых. построить эти кривые.
Площади, ограниченные горизонталями и осью плотины определяем с помощью планиметра.
Вычисление производим по таблице 1.1
Таблица. 1.1 Ведомость определения площадей. Планиметр № 1492 . длина рычага 170 мм
наименование
площадей
отсчет. ед.
средняя
разность
площадь. м²
начальный
конечный
разность
1
2
3
4
5
6
квадрат 1*1см
(1 * 10 м²)
2370
3378
4378
5385
1008
1007
1005,5
998,57
горизонталь 183 м
3188
3202
3202
3217
14
15
14,5
2370
горизонталь 184 м
3201
3234
3234
3269
33
35
34
12460
горизонталь 185 м
3270
3350
3340
3432
70
82
76
49920
горизонталь 186 м
3500
3660
3658
3819
158
159
158,5
121010
горизонталь 187 м
3820
4000
3998
4178
178
178
178
185690
горизонталь 188 м
4200
4450
4466
4718
266
268
267
340390
горизонталь 189 м
4700
5050
5050
5404
350
354
352
506290
горизонталь 190 м
5400
6000
5966
6570
566
570
568
687070
горизонталь 191 м
6570
7300
7305
8035
735
735
735
930090
горизонталь 192 м
1000
1800
1840
2648
840
848
844
1270970
горизонталь 193 м
2500
3600
3600
4712
1100
1112
1106
1838870
Построение батиграфических и объемных кривых водохранилища.
Батиграфическая характеристика представляет собой графическое изображение зависимостей площади водохранилища и его объема от высотных отметок или глубин, соответствующих различным уровням наполнений: V=V (H) – кривая объемов, = (H) – кривая площадей, hср = hср(H) – кривая средних глубин и L = L (H) – кривая критерия литорали.
Определение этих характеристик проводят путем обработки топографических планов района затопления, причем для каждого проектируемого гидроузла составляют характеристики для разных вариантов створов и на основе технико-экономических расчетов выбирают оптимальный вариант.
Кривая площадей строится по результатам планиметрирования плана в горизонталях. При этом допускается, что водная поверхность водохранилища горизонтальна, что справедливо для относительно крупных слабопроточных водохранилищ, уклон водной поверхности которых незначителен. Объемы, площади зеркала и уровни, вычисленные при допущении горизонтальности, называются статическими.
Расчет батиграфических кривых водохранилища:
Для установления зависимости V=V (H) определяют объемы по слоям: ∆ V= ∆ H, где – площади зеркала водохранилища при отметках Нi и Нi+1; объем первого от дна параболоида ∆ V1 = 2/3 * ∆H0-1 .
Объем воды в водохранилище при любой отметке уровня наполнений вычисляется путем последовательного суммирования объемов отдельных слоев, начиная с самой низкой точки, V 1 =.
Для построения кривой средних глубин водохранилища hср определяют средние глубины при различных уровнях наполнений, как:
hср = .
Площадь литорали – это площадь мелководья с глубинами 2м и менее. Площадь литорали определяют:
,
где – площадь зеркала водохранилища при отметке уровня Н, м;
–площадь зеркала водохранилища при отметке Н-2 м.
Критерий литорали – это отношение площади литорали к площади зеркала водохранилища при этой же отметке.
.
Таблица. 1.2: Построение батиграфических и объемных кривых водохранилища
Уровень воды Н м
Площадь
вод. под
Ωi тыс. м²
Разность
Уровней воды , ΔН м
Объем воды , тыс. м3.
Средняя глубина hср, м
Литораль
Площадь
ΩL
Критерий
LΩ
ΔVi
VHi
1
2
3
4
5
6
7
8
182,5
0
0,5
0
0
0
0
_
183
2.37
0,79
0,79
0,33
2.37
1
184
12,46
1
7,42
8,21
0,66
10,09
0,81
185
49,92
31,19
38,61
0,77
37,46
0,75
186
121,01
1
85,47
116,66
0,96
71,09
0,59
187
185,69
153,35
238,82
1,29
64,68
0,35
188
340,39
1
263,04
416,39
1,22
154,70
0,45
189
506,29
423,34
686,38
1,36
165,90
0,33
190
687,07
1
596,68
1020,02
1,49
180,78
0,26
191
930,09
808,58
1405,26
1,51
243,02
0,26
192
1270,97
1
1100,53
1909,11
1,50
340,88
0,27
193
1838,87
1554,92
2665,65
1,45
567,90
0,31
Теперь по этим данным необходимо построить батиграфические и объемные кривые водохранилища.
Расчет потерь воды из водохранилища
Дано:
1) местоположение водохранилища – пос. Алатырь: ,.
2) Площадь водохранилища: Ω =
3) Средняя глубина: 1,51 м
4) Гидрологические условия ложа водохранилища: средние
5) Расчетная обеспеченность осадков:
6) Коэффициент вариации осадков:
7) Коэффициент асимметрии:
8) Внутригодовое распределение среднемноголетнего слоя осадков:
Таблица
Месяц
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
год
Осадки мм
32
45
44
40
53
63
72
64
56
57
56
37
657
Таблица
направление
с
св
в
юв
ю
юз
з
сз
Повторяемость %
15
9
10
11
7
11
18
19
Требуется:
1) вычислить объем потерь воды из водохранилища на фильтрацию и дополнительное испарение
2) построить график суммарных потерь воды из водохранилища
Решение:
2.1 Определение потерь на фильтрацию:
слой потерь на фильтрацию при хороших гидрологических условиях принимается приближенно равным 60 мм/мес
2.2 Определение среднемноголетнего слоя испарений с поверхности водохранилища:
вычисление среднемноголетнего испарения с поверхности малых водоемов определяется с использованием карты и вычисляется по форуле:
,[1] где:
- среднемноголетнее испарение с эталонного бассейна площадью
по карте изолиний в справочнике [1] для данных координат
- поправочный коэффициент на глубину водоема
- поправочный коэффициент на защищенность водоема от ветра растительностью, строениями, крутыми берегами и другими препятствиями
- n коэффициент на площадь водоема,
что бы найти , необходимо найти среднюю длину разгона ветра Lср. Для этого необходимо построить топографический план водоема, взяв за основу самую большую горизонталь.
На плане показать участки побережья с различной высотой препятствий. В данном случае это 4 участка. Нанести розу ветров, выбрав масштаб повторяемости. На само водохранилище необходимо нанести сетку румбов (произвольно)
- высота препятствий. рассчитывается как средневзвешенная по периметру водоема.
=7,42
для определения Lср вычислим среднюю длину разгона воздуха по румбам:
Для всей акватории водоема средняя длина разгона вычисляется по формуле:
где: L – средняя длина разгона по соответствующим румбам в метрах
N – повторяемость ветра по направлениям % (из таблицы)
=671 м
Таким образом:
По таблице:
Что бы получить точное значение для данного водохранилища, необходимо применить интерполяцию , используя таблицу, находящуюся в справочнике .
- формула линейной интерполяции
Таблица
0,01
0,03
0,96
0,89
Интерполяцией получаем:
находим по таблице в справочнике[1].
В зависимости от площади водохранилища учитывается следующее:
Для водоемов, имеющих округлую или квадратную форму берется фактическая площадь водного зеркала.
Для водоемов неправильной формы применяется условная площадь, которая вычисляется как площадь круга с диаметром, соответствующим средней длине разгона воздушного потока над водоемом. В данном случае мы имеем водоем неправильной формы, поэтому:
,
теперь с помощью интерполяции определяем :
Таблица
Площадь
2,00
5,00
1,23
1,26
теперь мы можем рассчитать , и занести её в таблицу.
Определение слоя испарения расчетной обеспеченности рассчитанная в пункте 2.2 средняя величина испарения с водной поверхности её превышение
вероятность такого превышения (обеспеченности) при сезонном регулировании стока принимается как дополнение до 100% обеспеченности осадков
обеспеченность испарения
Определение осадков расчетной обеспеченности осадки расчетной обеспеченности определяем по формуле:
где: модульный коэффициент (ордината кривой обеспеченности, взятая из практикума[1], а норма осадков в мм
с помощью интерполяции получаем
Определение слоя дополнительного испарения.
Рассчитывается как разность , при этом отрицательные значения в расчет не принимаются
Определение суммарного слоя потерь на дополнительное испарение и фильтрацию.
Суммарный слой потерь рассчитывается , как сумма
Объем потерь при рассчитывается как
Таблица 2.1 Вычисление суммарного слоя потерь водохранилища.
месяц
Слой потерь на фильтрацию Ф мм.
Слой испарения
Слой осадков
Слой дополн.
испар.
Сум-
марный
слой
потерь
Объем
потерь
мм
П,мм
Ев,
%
Ере, мм
мм,Х
Х рх
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
60
_
_
32
24
_
60
64
2
60
_
_
45
34
_
60
64
3
60
_
_
44
34
_
60
64
4
60
6
23
40
29
_
60
64
5
60
14
53
53
41
12
72
77
6
60
20
76
63
48
28
88
94
7
60
21
72
72
54
18
78
83
28
60
19
72
64
48
24
84
89
9
60
12
44
56
42
2
62
66
10
60
6
23
57
43
_
60
64
11
60
2
8
56
43
_
60
64
12
60
_
_
37
28
_
60
64
Определение мертвого объема водохранилища из условного выполнения допустимого срока заиления
Исходные данные:
1)Площадь водосбора водохранилища :
2)Расчетный срок заиления – 25 лет
Порядок расчета:
определение среднего многолетнего годового стока воды (норма стока) в створе плотины
При отсутствии фактических наблюдений норму годового стока определяют по карте изолиний
Для работы проектируемого водохранилища модуль стока
Расход воды
Объем годового стока
Определение объема и стока заиления водохранилища:
где:
-объем годового стока
-плотность отложений
За 25 лет водохранилище наполнится объемом наносов равным
На батиграфической кривой этот объем соответствует отметке 184 м.
и равен объему .
Определение полезного и полного объемов воды, режима сезонного регулирования стока таблично – цифровым балансовым методом
Исходные данные:
1) батиграфические кривые
2)норма годового стока
3)годовой сток расчетной обеспеченности
4)годовая отдача
5)график суммарных потерь воды из водохранилища
6)мертвый объем водохранилища =
Требуется:
1)вычислить полезные и полные объемы воды
2)определить наполнение водохранилища и сбросы излишков воды без учета потерь
3)найти объемы воды (полезный, полный , наполнения)
Порядок выполнения:
Сопоставляя расчетный сток и плановую полезную отдачу U за каждый месяц и за год устанавливают, что сезонное регулирование необходимо, так как полезная отдача превышает расчетный сток, и возможно, поскольку суммарный годовой сток расчетной обеспеченности превышает годовую отдачу.
За начало водохозяйственного года принимают апрель. Данные о расчетном стоке и плановой отдаче заносят в графы 2 и 3 таблицы 4.1
Сопоставляя помесячно сток и отдачу вычисляют избытки и недостатки и заносят их в графы 4 и 5 .
По этим данным строят график притока и отдачи водохранилища и определяют режим его работы. В нашем случае режим работы водохранилища – двухтактный.
Рассмотрим два предельных варианта регулирования водохранилища: по первому варианту водохранилище заполняется за счет его первых избытков и только после этого избытки сбрасываются через специальные сооружения. Расчет ведется по ходу времени, вычисляя наполнения и сбросы на конец каждого месяца. Конечные наполнения ограничиваются емкостями. Вычисления начинаются с месяцами, следующими за моментом опорожнения водохранилища до уровня мертвого объема. В нашем случае – с конца марта. Эти данные заносят в графы 6 и 7. При расчетах используют уравнение баланса воды, которое может быть в виде: ,
где:
- уравнение баланса воды без учета потерь.
-объем сброса воды за соответствующий месяц
-фиктивное наполнение (не ограниченное объемами Vнпу и Vмо.)
По второму варианту вначале производят холостые сбросы при УМО. Расчет ведется с конца водохозяйственного года. Дефициты суммируются, а избытки вычитаются. Полученные данные заносим в графы 8 и 9 таблицы При расчетах используют уравнение баланса воды, которое может быть в виде: ,
Окончательный этап – расчет потерь. Принимаем, что водохранилище будет работать по второму варианту регулирования. Вычислим средний объем воды в водохранилище за каждый месяц при принятом варианте объема (графа 10). По объемной кривой находим среднюю площадь водного зеркала (графа 11). Вычисляем полезный и полный объем водохранилища, а так же наполнения и сбросы но с учетом потерь . Вычисляем полную отдачу воды по формуле (13 графа).
Строим совмещенный график притока и отдачи водохранилища но уже с учетом потерь воды при работе водохранилища по второму варианту.
По графику суммарных потерь определяем объемы потерь за каждый месяц
Что бы рассчитать - нужно знать W0 из 3го раздела и
Что бы найти - нужно знать модульный коэффициент по приложению практикума [1] (находим по карте (коэффициент вариации среднемноголетнего годового стока. В нашем случае он равен 0.47)
Интерполяцией получаем коэффициент, равный 0.640, и рассчитываем
Сток
мес
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
4,00
4,10
4,90
22,80
17,5
5,80
4,30
5,00
10,8
11,3
4,8
4,7
Плановая полезная отдача
мес
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6,67
6,67
6,67
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
6,67
6,67
6,65
исходя из этих величин можно вычислить суммарный объем сброса:
далее эти величины необходимо распределить мо месяцам.
в исходных данных даны их распределения в процентном соотношении. Что бы узнать, сколько стока и плановой полезной отдачи приходится на каждый месяц – нужно перевести выше полученные объемы в проценты и занести в таблицу 4.1
полезный и полный обьемы без учета потерь
полезный и полный обьемы с учетом потерь
правильность расчетов проверяют по формуле:
это меньше 5%, значит расчет можно закончить.
Таблица 4.1: расчет водохранилища сезонного регулирования
месяц
расчет
ный
сток
Плановая
отдача
Наполнение без учета потерь
Расчет потерь
Наполнение с учетом потерь
+
-
1 вар
2 вар
Сред
ний
объем
сток минус отдача
и потери
1 и 2 варианты
+
-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
04
05
06
07
08
09
10
11
12
01
02
03
год
3315
2545
843
625
727
1570
1643
698
683
582
596
713
14541
1136
1136
1136
1136
1136
1136
758
758
758
758
758
758
11360
2179
1409
434
885 _
293
511
409
60
75
176
162
45
8,21
2297,2
1789,2
1083,2
470,2
1128.5
1303.5
1010.5
611.5
283.5
41.5
14848
430
41.5
712.5
2339.5
2641.5
1819.5
1090.5
1128.5
1303.5
1010.5
611.5
283.5
41.5
14848
986
41.5
571.5
2902.5
2641.5
1819.5
1090.5
1128.5
1303.5
1010.5
611.5
283.5
41.5
16488
20
40
50
45
39
34
37
35
33.5
29
26
20
30
50
70
65
49
30
28
39
29.5
35
34
30
1421
1441
1461
1456
1439
1421
968
967
957.5
967
966
958
1597
380 _
10
433 _
714
887
778 _
332
322.5
434
362
268 _
41.5
820
3178
2464
1577
988
998
1428
1105
671.5
309.5
41.5
16407
818
батиграфический водохранилище сток вода
Список использованной литературы
1) Практикум по гидрологии, гидрометрии и регулированию стока авторы: Е.Е. Овчаров, Н.Н. Захаровская, И.В Прошляков, А.М.Суконкин, В.В. Ильинич. 1988г. 223стр.
2)Гидрология, гидрометрия и регулирование стока авторы: Г.В. Железняков, Т.А. Неговская, Е.Е. Овчаров. 1984г. 431стр.