Определение водохозяйственных балансов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТВОРА 3

1.1 Краткая характеристика природных условий района проектируемого водохранилища 3

1.2 Гидрологическая изученность и особенности гидрологического режима р.Иртыш 4

1.3 Составление батиграфических характеристик водохранилищ 5

2 ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 8

2.1 Подбор теоретической кривой обеспеченности 11

2.2 Внутригодовое распределение годового стока 13

3 ВОДОПОТРЕБИТЕЛИ И ВОДОПОЛЬЗОВАТЕЛИ 15

3.1 Расчет годовых объемов водопотребления 15

3.2 Расчет объема возвратных вод и вод, необходимых для разбавления сточных вод 18

3.3 Расчет объемов попусков 18

4 ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ БАЛАНСЫ (ВХБ) 21

4.1 Годовой ВХБ и способы его увязки 22

4.2 Составление месячного ВХБ 24

4.3 Аппроксимация кривой Q = f (H) 24

4.4 Расчет полезной емкости водохранилища 26

4.5 Варианты возможных ВХБ 27

5 ВОДНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 36

6 ПРОГНОЗ ПОДПОРА ГРУНТОВЫХ ВОД 39

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..43

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………..……………….44

ПРИЛОЖЕНИЯ 

 

     ВВЕДЕНИЕ

      Основная  цель управления водными ресурсами  – это обеспечение народного  хозяйства водой в необходимом  количестве с заданным качеством  при обязательном условии сохранения биосферы и недопущения вредных  воздействий вод.

      Для системы комплексного использования  и охраны водных ресурсов основная проблема состоит в несоответствии имеющихся водных ресурсов перспективным  запросам на них.

      Целью курсовой работы является расчет годовых  объемов потребления, годового и  месячного водохозяйственного балансов, его увязка, расчёт полезной ёмкости  водохранилища, водноэнергетический расчёт, расчёт вариантов возможного баланса и прогноз подпора грунтовых вод в естественных условиях. 
 

 

1.   ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТВОРА

1. Краткая характеристика природных  условий района проектируемого водохранилища

    

Река Васюган  расположена на юге Западно-Сибирской равнины, левый приток Оби. Река Васюган протекает на территории Западной Сибири и Алтая. По характеру рельефа большая часть территории представляет пониженную, слабо дренированную равнину, на которой чередуются самостоятельные низменности и возвышенности. К юго – востоку  Западно – Сибирская низменность сменяется зоной предгорных расчлененных равнин, переходящих в горные хребты Салаирского кряжа, Кузнецкого Алатау и Горной Шории, окаймляющие Кузнецкую котловину.

    

Река Васюган (с. Средний Васюган) является притоком реки Оби, впадает в неё на 2169-м км от устья. Длина реки 820км, площадь водосбора 31700км². Васюган берет начало в болотах Обско-Иртышского водораздела, имеет равнинный характер, очень извилиста, бассейн сильно заболочен.

    

В верховьях  река протекает среди низких заболоченных берегов. Пойма изобилует множеством озер и стариц. В среднем течении  высота берегов увеличивается, местами  до 50м. В нижнем течении река становится многоводной, ширина её увеличивается  до 600м. Пойма на этом участке  широкая, с большим количеством отмелей, перекатов и проток.

          В пределах Васюганского плато неогеновые и палеогеновые породы выходят на дневную поверхность или перекрываются обводненными четвертичными песками и галькой мощностью до 30-50 м. Питание реки происходит за счет снеготаяния  и дренирования грунтовых вод четвертичных и более глубоких водоносных горизонтов. Величина подземного стока в пределах Васюганского плато составляет 20-40%  общего речного, а коэффициент подземного стока - 5-10%. Модуль подземного стока - 1,5-2,0л/сек.км2.

    Географическое  положение  рассматриваемой территории (почти в центре Евразии) определяет ее климатические особенности. Барьером на пути воздушных масс, двигающихся с запада, служит Уральский хребет, с востока – Восточносибирская возвышенность. Над территорией осуществляется меридиональная форма циркуляции, вследствие которой периодически происходит смена диаметрально противоположных воздушных масс и отмечаются существенные нарушения в распределении давления.

    

Благодаря положению внутри континента, особенностям циркуляции и характеру рельефа  рассматриваемая территория отличается суровой продолжительной зимой  с сильными ветрами, метелями, устойчивым снежным покровом и довольно жарким летом. Переходные сезоны коротки, с  резкими колебаниями температуры. Весна и начало лета засушливы.

    

Самый холодный месяц – январь (средняя температура  от –18,0 ºС до –22,0 ºС), а самый тёплый – июль (средняя температура которого колеблется в пределах 17,0–19,0 ºС).

    

В лесной зоне р. Васюган основными являются почвы подзолистого типа на песчаных, супесчаных, глинистых и тяжелосуглинистых отложениях. Плоское обширное междуречье Васюгана занято сфагновыми и сфагново-гипновыми болотами с торфяно-подзолистыми глеевыми почвами, развитыми на песчаных и супесчаных отложениях.

      Река Васюган имеет свободное завершенное меандрирование на всем её протяжении. 

2. Гидрологическая изученность и  особенности гидрологического режима р. Васюган

 

     В данной курсовой работе рассматривается р. Васюган–с. Средний Васюган.

     Наблюдения  за уровнями и расходами в створе водохранилища продолжались с 1936 по 1962 гг.

     Размер  водозаборной площади составляет 31700 км².

     Средняя высота водосбора – 110 м.

     Расстояние  от истока реки до створа водохранилища  – 812км.

     Средний уклон реки – 0,09%.

     Средневзвешенный  уклон реки – 0,07%.

     Лесистость  – 58%.

     Озёрность – 2%.

     Заболоченность  –40%.

     Вариант назначения водохранилища -  I . 

3. Составление батиграфических характеристик водохранилищ

 

   Для построения кривой площадей водного  зеркала Ω(H) необходимы данные о площадях водного зеркала при разных отметках уровня воды в водохранилище. Площади водного зеркала, соответствующие конкретным положениям поверхности уровня воды, определяются путем планиметрирования по крупномасштабным картам площадей, заключенных между отдельными горизонталями, соответствующими определенной высоте сечения рельефа на топографической карте.

   Объем воды в водохранилище находят  суммированием частичных объемов 

ΔV_i, заключенных между смежными горизонталями.  Объёмы слоёв воды в проектируемом водохранилище между двумя соседними горизонталями рассчитываются либо по формуле:

                                                                              (1.1)

   либо  при  Ω_i+1/ Ω_i > 1,5 по зависимости

    ,                          (1.2)

   где Ω_i и Ω_i+1 – площади водной поверхности, соответствующие уровням H_i и H_i+1, км²;

         ΔH – вертикальное расстояние между горизонталями, м.

         Объём воды под первой горизонталью вычисляется по формуле:

    ,                                               (1.3)

   где Ω₁ – площадь зеркала водохранилища при отметке уровня воды на первой горизонтали, км².

   Интегральные  суммы объёмов в млн м³, соответствующие всем уровням воды H_i, находят по формуле:

    .                                                 (1.4)

   

 м³.

   Важными характеристиками водохранилищ являются также средняя глубина воды в  водохранилище:

                                                           (1.5)

   и критерий площади литорали (мелководья):

    ,                                                      (1.6)

   где V_i и Ω_i – объём и площадь при уровне H_i;

         Ω_Li – площадь литорали (мелководья), км², вычисляемая по формуле:

    ,                                                (1.7)

   где Ω_H-2 – площадь водной поверхности, соответствующая уровню воды (H_i–2 м).

         Результаты расчётов заносятся в таблицу 1.1 и затем  строятся соответствующие кривые зависимостей h_ср = f(H), L_i = f(H), Ω = f(H), V = f(H)   (Рисунок А1).     
 
 
 
 
 

   Таблица 1.1 - Батиграфические характеристики водохранилища 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

    Определение расчетных  гидрологических характеристик  при наличии данных гидрометрических наблюдений достаточной продолжительности  осуществляются путем применения статистических методов. Основной метод – применение аналитических функций распределения ежегодных вероятностей превышения – кривых обеспеченности.

      Параметрами кривой обеспеченности являются: среднее  арифметическое, коэффициент вариации и коэффициент асимметрии, рассчитанные по рядам наблюдений.

      Норма стока – среднее значение величины стока за многолетний период такой  продолжительности, при увеличении которой полученное значение существенно  не меняется.

      При наличии данных наблюдений за n лет и расчётах методом моментов норма рассчитывается как среднее арифметическое:

,                                                       (2.1)

где Q_i – текущие значения расхода;

      n – число лет наблюдений.

      Коэффициент вариации C_v определяется по формуле

,                                (2.2)

где  – модульный коэффициент.

      Коэффициент асимметрии рассчитывается в соответствии со СНиП 2.01.14–83 по формуле

                                         (2.3)

      или по формуле:                         .                                            (2.4)

     Средние квадратические ошибки Q, C_V и C_S при их определении методом моментов оцениваются по зависимостям:

%;                                             (2.5)

%;                                      (2.6)

%.                                 (2.7)

     При определении характеристик стока  необходимо убедиться в том, что  период наблюдений в расчетном створе достаточной продолжительности. Продолжительность  периода наблюдений считается достаточной, если рассматриваемый период репрезентативен (представителен), т.е. относительная  средняя квадратическая погрешность расчетного значения характеристики не превышает 10% для сезонного стока. Значения C_S находятся подбором по наилучшему осреднению теоретической кривой обеспеченности эмпирических данных.

     Определение и C_V удобно выполнять в табличной форме (таблица 2.1).

     Рассчитаем  основные параметры кривой обеспеченности:

163,94 м³/с.

0,27.

0,64.

Определим средние квадратические ошибки методом моментов:

5,4%<10%.

4,09%<10%.

16,36% >10%. 

Таблица 2.1 - Расчеты нормы и коэффициента вариации. Среднегодовой сток. 

1. Подбор  теоретической кривой обеспеченности  

     Эмпирическая  обеспеченность в % каждого члена  статистического ряда вычисляется  по формуле Крицкого-Менкеля:

%,                                              (2.8)

где m – порядковый номер члена ранжированного (убывающего) ряда;

     n – число членов ряда.

     Поскольку при расчётах обеспеченности гидрологических  характеристик оперируют с относительно непродолжительными рядами наблюдений, всегда возникает необходимость  экстраполяции рассчитываемой величины за пределы наблюдений, осуществляемой с помощью кривой обеспеченности. Для сглаживания и экстраполяции  эмпирических кривых распределения, как  правило, применяют трехпараметрическое  распределение Крицкого-Менкеля при любом отношении С_s/C_v, распределение Пирсона III типа при С_s/C_v³2 и другие.

     При использовании распределения Пирсона  III типа по значениям Q, С_s и C_v, найденным по формулам, приведенным в п.2, находят нормированные отклонения теоретической кривой.

     Ординаты  теоретической кривой, полученные интегрированием  биномиальной кривой распределения, определяют по зависимости

K_P%=1+Ф_P%·C_V;                                                (2.9)

Q_P%=K_P%· ;                                                   (2.10)

где K_P% – модульный коэффициент обеспеченностью P%;

      Q_P% – расход обеспеченностью P_%.

     Значения  K_P% рассчитываются в диапазоне P=0,1…99%. Результаты расчётов сводятся в таблицу 2.2. Затем эти значения (K_P%) выносятся на поле эмпирических точек (Рисунок А2, Рисунок А3) и производится построение теоретической кривой обеспеченности Q_P%=f(P). 
 

     Таблица 2.2 – Ординаты теоретических кривых обеспеченности для среднегодового стока

 

     Определение параметров кривой обеспеченности графоаналитическим методом Г. А. Алексеева выполняют  в следующей последовательности. Выносятся и осредняются эмпирические точки Q_P%=f(P_%) плавной «эмпирической» кривой обеспеченности (Рисунок А 2), снимаются значения расходов Q₅, Q₅₀ и Q₉₅ и рассчитывается коэффициент скошенности S по формуле:

,                                             (2.11)

по значениям которого находится значение коэффициента асимметрии C_S и чисел Фостера Ф₅, Ф₅₀ и Ф₉₅.

     Среднее квадратическое отклонение σ_Q, среднее арифметическое и коэффициент вариации рассчитывают по зависимостям

;                                                 (2.12)

=Q₅₀ – σ_Q·Ф₅₀;                                               (2.13)

.                                                    (2.14)

Q₅=250 м³/с; Q₅₀=163 м³/с; Q₉₅=94 м³/с.

0,11.

     Тогда, интерполируя, получим следующие  числа Фостера 5-, 50- и 95-про-центной обеспеченности:

для S=0,11 

Ф₅ = 1,75; Ф₅₀ = - 0,07; Ф₉₅ = - 1,52;

47,71%;

=Q₅₀ – σ_Q·Ф₅₀=163–47,71·(–0,07)=166,34 м³/с;