Водохранилище сезонного регулирования и водоотводящий канал

Министерство образования  Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический  Университет

Факультет энергетического  строительства

Кафедра «Водоснабжение и  водоотведение»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

на тему «Водохранилище сезонного  регулирования и водоотводящий  канал»

 

Вариант 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:                                                              ст.гр.110319  Муха Т.А.

 

Руководитель:                                                            проф.  Михневич Э.И.

 

 

 

Минск, 2011

Содержание:

 

Страница

 

  1. Построение многолетнего гидрографа, эмпирической и аналитической

кривых обеспеченности годового стока реки.

    1. Формирование статистического ряда. Построение

многолетнего гидрографа годового стока…………………………. .. 4

    1. Определение среднемноголетнего расхода воды и

модульных коэффициентов…………………………………………... 6

    1. Проверка однородности ряда наблюдений………………………….. 8
    2. Проверка эмпирической кривой обеспеченности…………………... 8
    3. Расчет и построение аналитической кривой обеспеченности……. 12
    4. Определение среднеквадратичной погрешности расчета

параметров кривой обеспеченности……………………………….. .14

  1. Определение суммарных потребностей в воде и притоков воды;

построение гидрографа среднемесячных расходов и водопотребления.

2.1 Определение потребностей  в воде, построение гидрографа

      водопотребления…………………………………………………… . 15

2.2 Расчет среднемесячных  расходов воды, построение гидрографа

      притока……………………………………………………………… .18

  1. Расчет сезонного регулирования стока без учета потерь воды.

3.1 Расчет и построение  морфометрических (батиграфических)

      кривых водохранилища………………………………………………20

3.2 Расчет полезного объема  водохранилища таблично-цифровым

      способом  без учета потерь воды……………………………………. 23

3.3 Расчет заиления и  мертвого объема водохранилища………………26

  1. Расчет сезонного регулирования стока с учетом потерь воды;

построение графика работы водохранилища.

4.1 Расчет потерь воды  из водохранилища……………………………..28

4.1.1 Потери на испарение……………………………………….. .28

4.1.2 Потери на фильтрацию………………………………………33

4.1.3 Потери на льдообразование…………………………………34

4.2 Расчет полезного объема  водохранилища с учетом потерь

      воды и  построение графика его работы……………………………. 37

4.3 Определение сопряженных  характеристик водохранилища

      и показателей  регулирования стока…………………………………40

  1. Гидравлический расчет водоотводящего канала.

5.1 Сечение гидравлически  наивыгоднейшего профиля………………42

5.2 Гидравлический расчет  канала при заданной глубине  русла……...45

  1. Список использованных источников……………………………………50

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

 

ЗАДАНИЕ

 

  1. Построение многолетнего гидрографа, эмпирической и

аналитической кривых обеспеченности (кривых распределения ежегодных вероятностей превышения) годового стока реки.

 

    1. Формирование статистического ряда. Построение многолетнего

гидрографа годового стока.

 

В графы 2 и 3 таблицы 1.1 занесем  из задания данные о средних значениях  расходов воды за каждый календарный  год в период с 1981 по 2010. На основании занесенных данных сформируем статистический ряд, разместив в графе 4 значения годовых расходов воды (из графы 3) в убывающем порядке.

Для наглядности строим ступенчатый  многолетний гидрограф расходов воды для календарного и статистического  рядов, где по оси абсцисс отложим  года, а по оси ординат – расходы  воды (рис. 1.1).

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1 Многолетний гидрограф  годового стока реки

 

    1. Определение среднемноголетнего расхода воды и модульных

коэффициентов.

 

Найдем сумму значений n членов (n=30) убывающего ряда и запишем в последнюю строку графы 4 (таблица 1.1). Первый параметр этого ряда, т.е. его среднее значение за многолетний период, определим по формуле 1.1:

                                         (1.1)

                          .

Выразим значения всех параметров убывающего ряда в модельных коэффициентах (в долях среднего значения) Ki и запишем в графу 6 (таблица 1.1):

                                                         (1.2)

 

   ; ; ;

    ; ; ;

    ; ; ;

    ; ; ;

    ; ; ;

    ; ; ;

    ; ; ;

    ; ; ;

   ; ; ;

   ; ; .

 

Для контроля вычислений найдем сумму полученных значений. Она должна быть равна числу членов ряда n, т.е.

 

                                      (1.3)

      .

Полученная сумма равна  числу членов ряда n = 30, т.е. расчет выполнен верно.

 

 

    1. Проверка однородности ряда наблюдений.

 

Выявим с помощью критерия Диксона наличие в составе  данного ряда

нерепрезентативных (т.е. резко  отклоняющихся) членов вследствие естественных обстоятельств, не характерных для  периода наблюдений заданной продолжительности, или вследствие каких-либо грубых ошибок.

Найдем значения критерия для крайних членов выборки –  наибольшего и наименьшего:

,                                       (1.3)

,                                       (1.4)

где К1 и К3 – значения модульных коэффициентов первого и третьего членов статистического ряда; Кn и Кn-2 – значения модульных коэффициентов последнего и третьего снизу членов ряда.

Для статистического ряда с числом членов, равным n=30, получим:

 

 

Т.к. и , то гипотеза сомнительна.

 

    1. Построение эмпирической кривой обеспеченности

 

Ординатами точек эмпирической кривой являются значения всех членов статистического ряда. Абсциссы определяют по выражению:

                            (1.5)

где – обеспеченность рассматриваемого члена со значением ; – номер члена в убывающем ряду; – общее число членов ряда.

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; .

 

Значения Ki получим из табл. 1.1 (графа 6).

По полученным данным (рi; Ki) наносим точки эмпирической кривой (рис. 1.2). Необходимо визуально убедиться, что не осталось резко отклоняющихся точек, свидетельствующих о неоднородности соответствующих членов ряда.

Повторяемость N расхода заданной обеспеченности (число лет N, в течение которых такой расход повторяется в среднем 1 раз) можно определить по формулам:

                (1.6)

             (1.7)

Повторяемость расхода заданной обеспеченности при n = 30 лет:

 

 

 

Таблица 1.1 Расчет координат  эмпирической кривой обеспеченности годового стока реки и исходных данных для  определения статистик λ.

 

 

Календарный ряд

Убывающий ряд

год

Qгод i, м3/с 

Qгод i, м3/с  

p=[m/(n+1)100% 

Ki=Qгод i/ Qгод 

lgKi 

KilgKi 

1

2

3

4

5

6

7

8

1

1981

24,00

52,00

3,226

1,88

0,2750

0,5180

2

1982

22,00

44,20

6,452

1,60

0,2044

0,3273

3

1983

27,20

40,00

9,677

1,45

0,1610

0,2333

4

1984

21,80

37,40

12,903

1,35

0,1319

0,1786

5

1985

40,00

36,40

16,129

1,32

0,1201

0,1583

6

1986

27,40

36,00

19,355

1,30

0,1153

0,1503

7

1987

25,80

30,60

22,581

1,11

0,0447

0,0495

8

1988

25,40

27,40

25,806

0,99

-0,0033

-0,0032

9

1989

22,20

27,20

29,032

0,99

-0,0065

-0,0064

10

1990

23,00

26,00

32,258

0,94

-0,0260

-0,0245

11

1991

24,00

26,00

35,484

0,94

-0,0260

-0,0245

12

1992

36,40

25,80

38,710

0,93

-0,0294

-0,0275

13

1993

25,80

25,80

41,935

0,93

-0,0294

-0,0275

14

1994

21,00

25,40

45,161

0,92

-0,0362

-0,0333

15

1995

24,00

25,20

48,387

0,91

-0,0396

-0,0362

16

1996

22,80

24,60

51,613

0,89

-0,0501

-0,0446

17

1997

26,00

24,00

54,839

0,87

-0,0608

-0,0529

18

1998

25,20

24,00

58,065

0,87

-0,0608

-0,0529

19

1999

24,60

24,00

61,290

0,87

-0,0608

-0,0529

20

2000

23,20

23,60

64,516

0,85

-0,0681

-0,0582

21

2001

22,60

23,20

67,742

0,84

-0,0755

-0,0635

22

2002

23,60

23,00

70,968

0,83

-0,0793

-0,0661

23

2003

52,00

22,80

74,194

0,83

-0,0831

-0,0686

24

2004

26,00

22,80

77,419

0,83

-0,0831

-0,0686

25

2005

21,20

22,60

80,645

0,82

-0,0869

-0,0711

26

2006

44,20

22,20

83,871

0,80

-0,0947

-0,0761

27

2007

36,00

22,00

87,097

0,80

-0,0986

-0,0786

28

2008

37,40

21,80

90,323

0,79

-0,1026

-0,0810

29

2009

30,60

21,20

93,548

0,77

-0,1147

-0,0881

30

2010

22,80

21,00

96,774

0,76

-0,1188

-0,0904

Итого

    

828,20

  

30,00

-0,3819

0,4188


 

 

 

 

Рис. 1.2 “Кривая обеспеченности годового стока” 

 

 1.5 Расчет и построение аналитической кривой обеспеченности

Для построения аналитической  кривой обеспеченности необходимо определить два остальных ее параметра: коэффициенты вариации Cv и асимметрии Cs. Коэффициент вариации характеризуется отношением среднего квадратичного отклонения ряда к его среднеарифметическому:

 а коэффициент асимметрии – отношением среднего значения отклонений в кубе (среднее кубическое отклонение) к среднему квадратическому в кубе . Численные значения Cv и Cs могут определяться различными методами. В данном проекте будем использовать метод наибольшего правдоподобия. Для этого вычислим значения второй и третьей статистик:

                                            (1.8)

                                        (1.9)

Подставив имеющиеся данные, получим следующие значения статистик:

 

 

 

По номограмме (приложение 1) определим значения параметров Cv и Cs аналитической кривой обеспеченности трехпараметрического гамма-распределения:

 

Пользуясь таблицей ординат  кривых трехпараметрического гамма-распределения (приложение 2) и прибегая к интерполяции, выписываем в таблицу 1.2 координаты аналитической кривой (рi; Ki) по установленным в п. 1.5 значениям коэффициента Cv и соотношением Cs/ Cv.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2 Координаты аналитической  кривой обеспеченности годового стока.

р, %

0,1

0,5

1

3

5

10

20

30

40

Кi

2,566

2,076

1,896

1,611

1,496

1,337

1,175

1,077

1,017

р, %

50

60

70

80

90

95

97

99

99,9

Кi

0,949

0,892

0,845

0,791

0,724

0,677

0,65

0,6

0,533


Эту кривую совместим на одном графике с эмпирической кривой и визуально оценим степень согласования.

 

1.6 Определение среднеквадратической погрешности расчета параметров кривой обеспеченности 
 Относительную среднеквадратичную погрешность расчета параметров кривой обеспеченности определяют по выражениям:

  • для среднего значения

                                 (1.10)

.

 

  • для коэффициента Cv

                         (1.11)

.

 

  1. Определение суммарных потребностей в воде и притоков воды;

построение гидрографа среднемесячных расходов и водопотребления.

 

    1. Определение потребностей в воде, построение гидрографа

водопотребления

Исходные данные для установления потребностей в воде отражают суммарные  потребности в воде для различных  целей (водоснабжения, мелиорации, рыбного  хозяйства и др.). Проверим, достаточны ли заданные пропуски в нижний бьеф для обеспечения требований охраны природы.

В условиях РБ необходимо, чтобы  расходы воды в реках не опускались ниже минимально допустимых :

                               (2.1)

где                 ;

 – минимальные среднемесячные расходы в году 95% – ной обеспеченности отдельно для летне–осеннего и зимнего периодов.

                                        (2.2)

где модуль стока минимальный  месячный для летне-осенней и  зимней межени равен соответственно и

.

Коэффициенты вариации и  асимметрии для летне-осеннего периода  равны соответственно ; для зимнего периода - .

Рассчитаем  и соответственно для летне-осеннего и зимнего периодов:

  1. летне-осенний ():

т.е. .

Таким образом, используя  приложение 2, с помощью интерполяции определим значение коэффициента :

.

 

 

 

  1. Зимний (:

т.е. .

Используя приложение 2, с  помощью интерполяции определим  значение коэффициента :

.

 

 

 

Данные о необходимых  расходах воды во все месяцы занесем  в соответствующие графы 2,3,4 таблицы 2.1. В графу 5 занесем расчетные  значения потребностей в нижнем бьефе (большие из указанных для каждого  месяца в графах 3 и 4). Суммарные потребности  (суммы граф 2 и 5) в графе 6 выражают в м3/с, а затем переводят в объемы, млн.м3 (графа 7). Продолжительность соответствующих месяцев составляет 2,68; 2,42 и 2,59 млн.с. (в зависимости от числа суток в месяце). На основании таблицы 2.1 строим гидрограф водопотребления (рис. 2.1).

 

 

 

 

 

Таблица 2.1.                                     Определение потребностей в воде

             

Месяц

Утилитарные потребности в воде, м3/с

Попуск в нижний бьеф для целей  охраны природы, Qmin.доп., м3/м

Расчетный попуск в НБ, Qнб.р., м3/с

Суммарные потребности в воде

Забор из верхнего бьефа, Qвб

Попуск в нижний бьеф, Qнб

Гр.2+Гр.5, Qi, м3/с

Ui, млн. м3

1

2

3

4

5

6

7

III

2,40

1,60

1,397

1,60

4,00

10,720

IV

4,80

3,00

0,954

3,00

7,80

20,202

V

4,80

3,00

0,954

3,00

7,80

20,904

VI

4,80

3,00

0,954

3,00

7,80

20,202

VII

4,80

3,00

0,954

3,00

7,80

20,904

VIII

4,80

3,00

0,954

3,00

7,80

20,904

IX

4,80

3,00

0,954

3,00

7,80

20,202

X

4,80

3,00

0,954

3,00

7,80

20,904

XI

2,40

1,60

1,397

1,60

4,00

10,360

XII

2,40

1,60

1,397

1,60

4,00

10,720

I

2,40

1,60

1,397

1,60

4,00

10,720

II

2,40

1,60

1,397

1,60

4,00

10,254

           

196,996


 

 

    1. Расчет среднемесячных расходов воды, построение гидрографа

притока

Полагая, что среди водопотребителей имеются принадлежащие к I категории надежности, в качестве расчетной принимаем приточность маловодного года 95% обеспеченности. Средний для такого года расход находят по аналитической кривой обеспеченности годового стока:

 

Объем стока за расчетный  маловодный год определяют по выражению:

 

где 31,54 – продолжительность  года, млн.с.

Сопоставление этой величины с суммарными потребностями в  воде (см. табл. 2.1) показывает возможность  обеспечения их водными ресурсами. Если суммарные потребности U меньше стока расчетного маловодного года Wгод.95 (198,880 млн.м3 <589,483 млн.м3), то регулирование стока обеспечивают созданием водохранилища сезонного регулирования.

Для построения гидрографа притока необходимо заполнить табл. 2.2.

Расчет будем вести  по водохозяйственному году, за начало которого принимаем март – начало многоводного сезона. Для заполнения гр.2 используем типовое внутригодовое  распределение стока. Из него в гр.2 перенесем относительные значения месячного стока wмес.i (в %), а затем в гр.3 занесем абсолютные значения, которые вычислим по выражению:

                             (2.4)

Т.к. есть совпадение сумм месячных значений за год соответственно со 100 % и Wгод.95 , то следует сделать вывод о том, что вычисления произведены верно.

Для нахождения среднемесячных расходов запишем в гр.4 количество секунд в соответствующем месяце, а затем по формуле  найдем среднемесячный расход . По значениям среднемесячного расхода построим гидрограф притока (рис. 2.1), который совместим на одном графике с гидрографом водопотребления.

 

 

 

Таблица 2.2    Среднемесячные расходы воды в реке в маловодный год при р=95%

             
 

Месяц

Месячный сток от годового стока  заданной обеспеченности, Wмес.i, %

Объем стока за месяц, Wмес.i, млн.м3

Количество секунд в месяце ti, млн.с.

Среднемесяный расход Qср.мес., м3/с

  
   
 

1

2

3

4

5

  
 

III

18,6

109,644

2,68

40,912

  
 

IV

55,7

328,342

2,59

126,773

  
 

V

6,4

37,727

2,68

14,077

  
 

VI

3,2

18,863

2,59

7,283

  
 

VII

1,4

8,253

2,68

3,079

  
 

VII

0,7

4,126

2,68

1,540

  
 

IX

1,0

5,895

2,59

2,276

  
 

X

2,9

17,095

2,68

6,379

  
 

XI

4,4

25,937

2,59

10,014

  
 

XII

3,1

18,274

2,68

6,819

  
 

I

1,6

9,432

2,68

3,519

  
 

II

1,0

5,895

2,42

2,436

  
   

100

589,483

31,54

18,759

  

 

Рис. 2.1 «Гидрограф среднемесячных расходов притока и потребления  воды»

 

  1. Расчет сезонного регулирования стока без учета потерь воды.

 

    1. Расчет и построение морфометрических (батиграфических)

кривых водохранилища.

К основным морфометрическим характеристикам водохранилища  относят батиграфические зависимости  площади водной поверхности W и объема воды в водохранилище V от уровня H. Кривую W=f(H) называют кривой площадей водной поверхности водохранилища; кривую V=f(H) – кривой объемов водохранилища, а вместе – батиграфическими кривыми.

Для построения данных кривых заполним таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1 Координаты кривых объемов и площадей водохранилища.

Отметка уровня водохранилища Hi, м

Площадь зеркала Wi, км2

Средняя площадь зеркала Wср.i, км2

Высота слоя DНi, м

Объем слоя DVi, млн м3

Объем водохранилища V, млн.м3

1

2

3

4

5

6

117,5

0,0

      

0

0,693 

2,5

1,733 

120,0

1,04

1,733

8,050 

2,5

20,125

122,5

18,7

21,858

33,267

2,5

83,168

125,0

50,4

105,026

62,294

2,5

155,735

127,5

75,0

260,761

100,327

2,5

250,818

130,0

128,0

511,579

     

 

 

Послойно определим объемы воды между смежными горизонталями.

Объем слоя DVi (графа 5):

                                 (3.1)

где – средняя площадь зеркала воды между смежными горизонталями, км2.

Высоту слоя воды (графа 4) определяют как разность между отметками (графа 1) соседних горизонталей:

Объем первого придонного слоя речной долины DV1 определяют по формуле усеченного параболоида:

                               (3.2)

 

где соответственно

Для остальных горизонталей значения (графа 3) вычисляют по формуле усеченной пирамиды:

                         (3.3)

 

 

 

 

Объемы слоев воды DVi между смежными горизонталями равны соответственно:

 

 

 

 

Последовательно суммируя объемы слоев воды DVi, получим объемы Vi (графа 6), вмещаемые в чаше будущего водохранилища ниже горизонталей с отметками Нi. Для первой горизонтали V1=DV1=1,733 млн.м3, а для последующих:

                                                            (3.4)

 

 

 

 

 

 

Полный объем воды, находящийся  ниже отметки верхней горизонтали  последнего слоя, равен сумме всех частных объемов, расположенных  ниже этого уровня:

 

 

РИСУНОК 3.1 

3.2 Расчет полезного  объема водохранилища таблично-цифровым  способом без учета потерь  воды.

Определение параметров водохранилища  можно вести 2 способами: графическим  и таблично-цифровым. Графический  способ основан на использовании  интеграционных кривых стока и потребления. На практике он применяется редко.

Балансовые расчеты водохранилищ таблично-цифровым способом широко распространены в практике водохозяйственного проектирования, их рекомендуется вести по форме  таблицы 3.2. Расчет годового регулирования  стока удобно проводить по водохозяйственному году, за начало которого принимаем  начало многоводного сезона. Данные о  расчетном стоке Wp=Wмес, отдаче U занесем в хронологической последовательности из таблиц 2.2 и 2.1 в графы 2 и 3 таблицы 3.2.

Сопоставим помесячно  сток и отдачу и вычислим избытки  Wизб.=( Wp –U) и дефициты Wд= -(Wp –U) и запишем их соответственно в графы 4 и 5 таблицы 3.2.

Расчет полезного объема Vплз выполним следующим образом. Вначале выберем месяц на исходе межени (обычно февраль или иногда октябрь), в конце которого можно полностью (до нуля) сработать воду в пределах полезной емкости. Затем, начиная с этого месяца, последовательно прибавим значения дефицитов (ходом «снизу вверх») и определим объем воды, который может покрыть все дефициты до конца межени. Этот объем воды, представляющий наибольшую сумму дефицитов, и является полезным объемом водохранилища Vплз  (без учета потерь).

Водохранилище сезонного регулирования и водоотводящий канал 📙 Курсовая → 🆔 55757

Водохранилище сезонного регулирования и водоотводящий канал 📙 Курсовая → 🆔 55757

Водохранилище сезонного регулирования и водоотводящий канал