Регулирование стока. 2

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел Подраздел Наименование страницы
1   Анализ гидрометрических данных 4
  1.1 Описание массива  гидрометрических данных за многолетний  период наблюдений 4
  1.2 Значения нормы  стока реки в проектном створе, параметров распределения средних  годовых расходов и объемов годового притока в маловодные годы заданной обеспеченности 5
  1.3 График объемов  притока воды в водохранилище (стока  с водосбора) в расчетный маловодный год по месяцам (внутригодовое распределение  стока) 8
  1.4 Расчетный гидрограф  катастрофического паводка 11
  1.5 Потери на испарение  и фильтрацию 15
  1.6 Расчет объема заиления водохранилища за расчетный  срок службы 17
  1.7 Кривые зависимости  площадей зеркала и объемов воды от отметок уровня 18
  1.8 Отметка УМО  и значение мертвого объема (МО) водохранилища 20
2   Расчет полезного  объема с учетом потерь 22
    Список использованной литературы 28
ПЕРЕЧЕНЬ  РИСУНКОВ ПО ТЕКСТУ  
Рисунок 1 - Район строительства гидроузла на реке Оша 3
Рисунок 2 – Схема внутригодового распределения стока в р. Оша у д. Трещеткино 9
Рисунок 3 - График объемов притока воды в  водохранилище в расчетный маловодный год по месяцам 10
Рисунок 4 – График катастрофического паводка р. Оша у д. Трещеткино 14
Рисунок 5 – План чаши водохранилища на р. Оша у д. Трещеткино 19
Рисунок 6 – Батиграфические характеристики водохранилища на р. Оша у д. Трещеткино 21
Рисунок 7 – Схема чередования избытков и недостатков стока р. Оша у д. Трещеткино 23

 

 

       Рисунок 1- Район строительства гидроузла на реке Оша 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.АНАЛИЗ  ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ  ДАННЫХ 

       1.1 Описание массива гидрометрических данных за многолетний период наблюдений 
 

       Рассмотрим в качестве водоисточника р. Оша у д. Трещеткино. эта река собирает воду с водосборной площади F = 11 300 км2.

       Территория  находится на территории России в пределах Западно-Сибирской равнины, а именно в западной части Омской области Тюкалинского района, впадает в Иртыш с юга близ села Знаменское. Длина 530 км. Свое начало река берет из озера Ачикуль, которое соединяется с озёрами Тенис и Салтаим, проходит через Тюкалинский, Колосовский районы. Питание в основном снеговое. Средний расход воды в 316 км от устья 2,4 м3/сек. Половодье в апреле, иногда в мае. Замерзает в конце октября — ноябре, вскрывается во 2-й половине апреля — начале мая.

       Изучим  массив данных, которые подробно описывают  работу р. Оша с 1959по 1980 г – таблица 1.

         Таблица 1 - Среднемесячные и годовые расходы реки Оша у деревни Трещеткино.

площадь водосбора 11300 кв.км.
годы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 год Qmax
1959 0,35 0,22 0,18 10,9 3,47 0,21 0,21 0,29 0,34 0,27 0,31 0,24 1,42 44,7
1960 0,23 0,27 0,2 10,2 2,19 0,8 0,37 1,75 1,96 1,28 0,53 0,47 1,69 32,9
1961 0,41 0,27 0,33 30,0 16,7 6,32 4,35 2,73 1,46 0,38 0,28 0,23 5,28 63,5
1962 0,19 0,19 0,27 5,33 0,65 0,98 0,41 0,39 0,32 0,28 0,32 0,56 0,82 12,5
1963 0,55 0,56 0,53 9,41 5,89 1,48 0,18 0,064 0,18 0,16 0,22 0,36 1,63 29,6
1964 0,29 0,15 0,12 8,91 32,9 5,63 4,85 2,64 0,79 0,42 0,48 0,33 4,79 74,2
1965 0,19 0,2 0,19 7,71 1,24 0,63 0,12 0,14 0,12 0,22 0,12 0,1 0,91 21,7
1966 0,05 0,04 0,09 7,37 5,39 1,66 0,36 0,05 0,06 0,04 0,05 0,01 1,27 22,8
1967 0 0 0 0,9 0 0 0 0 0 0 0 0 0,07 7,87
1968 - 0 0 1,33 0,39 0 0 0,57 1,07 0,17 0 0 - 10,7
1969 0 0 0 11,7 8,35 1,46 0 0 0 0 0 0 1,79 43,9
1970 0 0 0 13,9 - - - 0 0 0 0 0 - 27,0
1971 - - - - - - - - - - - - - -
1972 0,08 0,08 0,25 20,0 10,8 4,74 0,98 0,13 0,03 0,01 0,57 0,34 3,17 51,1
1973 0,23 - - - 2,3 0,98 5,08 1,16 0 0 0,05 1,0 - 40,7
1974 0 0 0 14,8 2,44 3,37 0,04 0,14 0,07 0,05 0 0 1,74 30,6
1975 0,05 0,09 0,07 8,03 0,99 0 0 0 0 0 0 0 - 23,4
1976 0,09 0,1 0,07 4,85 0,27 - 0,2 0,14 0,11 - - - 0,49 32,1
1977 - - - 7,32 1,99 0,06 - - - - - - 0,78 23,4
1978 - - 0,01 22,2 2,02 0,28 0,33 0,23 0,2 0,21 0,09 - 2,13 39,9
1979 - - - 3,23 8,27 2,54 4,26 0,16 - - - - 1,54 25,8
1980 - - - 7,95 4,3 4,08 - 0,04 0 - - - 1,36 30,4
Сред. 0,17 0,13 0,13 10,3 5,53 1,85 1,21 0,531 0,35 0,21 0,178 0,23 1,82 31,3
 

       Анализ  таблицы 1 начат с просмотра хронологического ряда средних годовых расходов, характеризующих  водность каждого года. Самым многоводным  был 1964 год (средний годовой расход равен 4,79 м3/с). Самый маловодный – 1967 г (средний годовой расход равен 0,07 м3/с). Таким образом, количество воды, собираемое рекой с водосбора в разные годы, изменяется ≈ в 4 раза.

       Объемы  годового стока с водосбора, т.е. притока в водохранилище за любой  год  (средний годовой расход умножаем на число секунд в году (31,54 млн.с)), млн.м3, определены по формуле:  

        ,                                                                                                  (1) 

       где Q0 -  норма стока, м3/с;

            Т - время, T=31,54 млн.с. 

        млн.м3

        млн.м3 
 

       1.2 Значения нормы стока реки  в проектном створе, параметров  распределения средних годовых  расходов и объемов годового  притока в маловодные годы  заданной обеспеченности

       Норма стока – это средняя арифметическая величина из средних годовых расходов за достаточно длительный ряд наблюдений. Это важнейшая характеристика водных ресурсов реки в данном створе - является достаточно устойчивой величиной. Она  мало меняется от добавления новых  членов ряда, если только климат и условия  стока постоянны.

       Норма стока  , м3/с, определена по формуле: 

        ,                                                                                            (2) 

       где n – число лет наблюдений. 

         м3/с

       Таким образом, в средний по водности год  р. Оша проносит через створ у д. Трещеткино объем воды равный: млн.м3

       Близким к среднему по водности был 1969 г.:

        млн.м3

       Модульный коэффициент – это коэффициент, показывающий во сколько раз данное значение отличается от нормы.

       Значение  модульных коэффициентов К определено по формуле: 

        ,                                                                                                 (3) 

       Процентная  обеспеченность определена по формуле: 

        ,                                                                                          (4) 

       где ni – номер каждого члена в таблице.

       Расчет  сведен в таблицу 2.

       Таблица 2 - Распределение параметров кривой обеспеченности среднегодовых расходов воды  80% и 95% обеспеченности в р. Оша д.Трещеткино. (1959-1980гг.)

m Qmi k=Qmi/Qmcp k-1 (k-1)2 P= m/(n+1)*100%
1 74,2 2,26 1,26 1,5876 4,5
2 63,5 1,94 0,94 0,8836 9,0
3 51,1 1,56 0,56 0,3136 13,5
4 44,7 1,36 0,36 0,1296 18,0
5 43,9 1,34 0,34 0,1156 23,0
6 40,7 1,24 0,24 0,0576 27,5
7 39,9 1,22 0,22 0,0484 32,0
8 32,9 1,00 0 0 36,5
9 32,1 0,98 -0,02 0,0004 41,0
10 30,6 0,93 -0,07 0,0049 45,5
11 30,4 0,93 -0,07 0,0049 50,0
12 29,6 0,90 -0,1 0,01 54,5
13 27,0 0,82 -0,18 0,0324 59,0
14 25,8 0,79 -0,21 0,0441 63,5
15 23,4 0,71 -0,29 0,0841 68,0
16 23,4 0,71 -0,29 0,0841 72,5
17 22,8 0,70 -0,30 0,09 77,0
18 21,7 0,66 -0,34 0,1156 82,0
19 12,5 0,38 -0,62 0,3844 86,5
20 10,7 0,33 -0,67 0,4489 91,0
21 7,87 0,24 -0,76 0,05776 99,5
n=21 32,8 ∑ К = 21,0 ∑(к-1)=0 ∑(к-1)2= 4,49756=4,5  
 

       Коэффициент вариации – это среднее квадратичное отклонение ряда модульных коэффициентов.

       Коэффициент вариации CV определен по формуле: 

        ,                                                                                      (5)

       

       Расход  заданной процентной обеспеченности определен  по формуле: 

        ,                                                                                             (6)

       Таблица 3 - Ординаты теоретической  кривой обеспеченности при Сs=3Cv 

Р% 1 3 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95
К 3,73 2,82 2,43 1,92 1,46 1,15 0,943 0,803 0,670 0,550 0,436 0,312 0,236
 

    Лучше других согласуется с цепью эмпирических точек теоретическая кривая Сs=3Cv,  где Сv = 0,77.  Эта кривая и является расчетной. Все расчеты выполнены в заданиях по инженерной гидрологии. 

         м3/с

         м3/с 
 

       1.3 График объемов притока воды  в водохранилище (стока с водосбора)  в расчетный маловодный год  по месяцам (внутригодовое распределение  стока) 
 

       Неравномерен  сток воды в реке по месяцам. Расходы  воды в январе-феврале обычно от 0,039 до 0,56 м3/с. В апреле и мае по реке идет много воды, расходы увеличиваются до 32...32,9. За апрель-май проходит обычно 60-70 % (до 85 %) от объема годового стока. Затем с июня начинается спад расхода – межень. Расходы колеблются 0,28….0,57 м3/с. В ноябре-декабре расходы небольшие (от 0,05 до 0,57 м3/с), однако больше, чем в январе-феврале-марте, так как запасы грунтовых под промерзшей толщей почвогрунтов на водосборе к концу зимы истощаются.

       В апреле-мае наблюдаются самые большие расходы воды.

       Доля K1 весеннего половодья в объеме годового стока определена по формуле: 

                                                                                                (7) 

       где - сумма средних месячных расходов за месяцы в которых наблюдается половодье, м3/с;

              - сумма средних месячных расходов за все 12 месяцев, м3/с. 

       

       Доля  межени K2, определена по формуле: 

       K2 = 1 - K1,                                                                                                   (8) 

       K2 = 1 – 0,90 = 0,10.

       На  водосборе реки Оша половодье длится 2-3 месяца, межень длится 9-10 месяцев. В средний год за весну проходит около 70% годового стока, а за меженный период только 30%. Это можно схематически изобразить в виде двух прямоугольников – рисунок 2.

  

         Рисунок 2 - Схема внутригодового распределения стока в р.Оша

у д. Трещеткино по гидрологическим сезонам: половодье: K1=0.90, t1=2 мес., межень: K2 = 0.10, t2 = 10 мес. 

       Приток  воды в водохранилище определен  по формуле (1). Расчет внутригодового распределения  стока удобнее вести в табличной  форме и сведен в таблицу 4

       Таблица 4 – Внутригодовое распределение стока 80-95-ти процентной обеспеченности

Период I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год
Q80% 0,18 0,18 0,26 5,2 0,63 0,96 0,4 0,38 0,31 0,27 0,31 0,55 0,8
Q1962 0,19 0,19 0,27 5,33 0,65 0,98 0,41 0,39 0,32 0,28 0,32 0,56 0,82
Q95% 0 0 0 0,84 0 0 0 0 0 0 0 0 0,07
Q1967 0 0 0 0,9 0 0 0 0 0 0 0 0 0,075
T 2,68 2,42 2,68 2,59 2,68 2,59 2,68 2,68 2,59 2,68 2,59 2,68 31,54
W80% 0,48 0,43 0,69 13,47 1,69 2,49 1,07 1,02 0,8 0,72 0,8 1,47 25,13
W95% 0 0 0 2,18 0 0 0 0 0 0 0 0 2,2
 

       График  объемов притока воды в водохранилище (стока с водосбора) в расчетный маловодный год по месяцам (внутригодовое распределение стока) изображен на рисунке 3. 

         

       Рисунок 3 - График объемов притока воды в водохранилище в расчетный маловодный год по месяцам.

       1.4 Расчетный гидрограф катастрофического паводка

       Значение  модульных коэффициентов К определено по формуле: 

        ,                                                                                                  (9) 

         м3/с

       Распределение параметров кривой максимальных расходов сведено в таблицу 5.

       Таблица 5 - Распределение параметров кривой максимальных расходов р. Оша у д. Трещеткино

n Qmax, м3/с К К-1 (К-1)2 P, %
1 74,2 2,26 1,26 1,5876 4,5
2 63,5 1,94 0,94 0,8836 9,0
3 51,1 1,56 0,56 0,3136 13,5
4 44,7 1,36 0,36 0,1296 18,0
5 43,9 1,34 0,34 0,1156 23,0
6 40,7 1,24 0,24 0,0576 27,5
7 39,9 1,22 0,22 0,0484 32,0
8 32,9 1,00 0 0 36,5
9 32,1 0,98 -0,02 0,0004 41,0
10 30,6 0,93 -0,07 0,0049 45,5
11 30,4 0,93 -0,07 0,0049 50,0
12 29,6 0,90 -0,1 0,01 54,5
13 27,0 0,82 -0,18 0,0324 59,0
14 25,8 0,79 -0,21 0,0441 63,5
15 23,4 0,71 -0,29 0,0841 68,0
16 23,4 0,71 -0,29 0,0841 72,5
17 22,8 0,70 -0,30 0,09 77,0
18 21,7 0,66 -0,34 0,1156 82,0
19 12,5 0,38 -0,62 0,3844 86,5
20 10,7 0,33 -0,67 0,4489 91,0
21 7,87 0,24 -0,76 0,05776 99,5
 

       

       Распределение параметров кривой стока при соотношениях CS=CV, CS=2CV, CS=3CV приведено в таблице 6. 

       Таблица 6 - Распределение параметров кривой стока при соотношениях CS=CV, CS=2CV, CS=3CV

 
Р%		  
1		  
3		  
5		  
10		  
20		  
30		  
40		  
50		  
60		  
70		  
80		  
90		  
95
Сs=Cv 2,16 1,93 1,80 1,61 1,38 1,22 1,09 0,963 0,847 0,728 0,599 0,439 0,328
Сs=2Cv 2,34 2,0 1,84 1,60 1,35 1,18 1,04 0,928 0,827 0,725 0,615 0,484 0,395
Сs=3Cv 2,46 2,04 1,85 1,59 1,32 1,15 1,02 0,914 0,818 0,727 0,632 0,521 0,443
 

       Расчетный катастрофический расход воды редкой повторяемости Qm1% (самый большой расход воды в реке повторяемостью один раз за 100 лет), м3/с, определен по формуле: 

        ,                                                                                     (10) 

       где = 2,34 (снято с кривой CS=2CV). 

         м3/с

       Объем воды , млн.м3,  определен по формуле: 

       W= Q1%·T,                                                                                               (11) 

       W=76.8·31.54=146,661 млн.м3 

       Средние суточные расходы воды в годы с  большими максимальными расходами  сведены в таблицу 7.

       Таблица 7 – Средние суточные расходы  воды в годы с большими максимальными  расходами.

        Оша –Трещеткино 1964
        Дата Апрель Май Июнь
        1   74,2 9,43
        2   73,7 8,34
        3   71,0 6,34
        4   68,2 5,16
        5   65,0 3,91
        6   61,6  
        7   58,4  
        8   54,7  
        9   50,3  
        10   45,0  
        11   39,8  
        12   35,8  
        13   32,7  
        14   29,8  
        15   26,7  
        16   23,3  
        17   18,2  
        18   13,2  
        19   11,0  
        20   11,7  
        21 0,79 13,0  
        22 0,87 13,7  
        23 1,34 14,3  
        24 3,21 15,5  
        25 8,86 16,1  
        26 20,4 15,8  
        27 41,8 15,2  
        28 57,8 14,3  
        29 63,7 13,3  
        30 63,7 12,2  
        31   11,1  
 

       Гидрограф катастрофического паводка представлен на рисунке 4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1.5 Потери на испарение и фильтрацию 

       1.5.1 Потери на фильтрацию 
 

       Точно учесть потери воды из водохранилища  на фильтрацию под плотиной, через  плотину, в берегах, в обход плотины  мы не можем, так как еще не знаем  ни высоты плотины, ни напоров, обусловливающих  фильтрационные потери, ни конструкции плотины.

       В водохозяйственных расчетах полезного  объема в данном проекте потери на фильтрацию приняты в размере 1% в  месяц от среднего месячного объема воды при “хороших” гидрогеологических условиях. 
 

       1.5.2 Потери на испарение 
 

       Зная  положение центра тяжести водосбора, по карте путем интерполяции определено испарение с водной поверхности Zв = 470 мм/год, а затем выполнен расчет внутригодового распределения этой величины согласно данным таблицы 8.

       Таблица 8 - Испарение с поверхности малых водоемов южной половины Западной Сибири в процентах от годовой суммы

Месяц IV V VI VII VIII IX X XI
% 3 16 22 21 19 12 6 1
550 16,5 88 121 115,5 104,5 66 33 5,5
 

       Расчет  обеспеченных значений испарения с  водной поверхности и общего увлажнении, а также их разности hИСП, мм удобнее вести в табличной форме и сведен в таблицу 9.

Регулирование стока. 2