Розрахунок водосховища багаторічного регулювання

ДЕПАРТАМЕНТ ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Волгоградська державна сільськогосподарська академія

Кафедра: _____________________
Дисципліна: Регулювання стоку
Курсова робота
Прийняла:
Попова Ольга Василівна
Виконала: студентка третього курсу,
заочного відділення, групи 35 ЕМЗ, 04/040
Фастова Надія Олександрівна

Волгоград 2007р.

ЗМІСТ

ДАНІ ПО ВАРІАНТУ
1	Побудова батиграфической кривих водосховища.
2	Визначення мінімального рівня води УМО.
3	Розрахунок водосховища сезонно-річного регулювання стоку
4.	Визначення режиму роботи водосховища балансовим таблично-цифровим розрахунком
5	Інтегральні (календарні) криві стоку і віддачі
.	Розрахунок водосховища багаторічного регулювання.
7.	Визначення регулюючого впливу водосховища на максимальний

ДАНІ ПО ВАРІАНТУ
ВАРІАНТ 0. Річка Сура, с. Кадишева, площа водозбору F = 27 900 км ^2, залісненій 30%, боліт немає, середнє багаторічне кількість опадів 682 мм.
Середньомісячні і середньорічні витрати води і модулі стоку

Роки	Січень	Лютий	Березень	Квітень	Травень	Червень	Липень	Серпень	Вересень	Жовтень	Листопад	Грудень	Рік	М л / с * км 2	Ма л / с * км 2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
1964	47,6	42,6	44,9	699	259	94,7	66,8	60,8	51,0	49,7	44,3	42,5	125	4,48	4,23
1965	37,9	41,2	56,1	574	148	71,4	53,3	50,1	46,8	48,4	45,1	55,2	102	3,66	3,54
1966	46,4	42,9	141	380	85,5	55,6	47,6	42,2	42,3	43,1	43,9	37,2	83,9	3,01	2,66
1967	27,6	33,2	36,3	332	94,6	53,9	44,4	46,1	38,4	40,4	36,9	31,4	67,9	2,43	2,47
1968	32,8	27,2	48,9	767	113	72,1	79,0	45,3	42,2	45,2	51,8	15,4	112	4,01	3,72
1969	27,4	23,0	20,0	636	104	68,1	67,4	52,4	45,5	64,9	76,8	73,7	105	3,76	2,42
1970	54,5	55,1	48,8	1120	137	77,5	54,7	48,1	48,9	52,3	66,2	44,7	151	5,41	4,24
1971	43,8	40,3	95,6	565	104	58,6	51,8	42,0	36,7	48,4	60,1	63,4	101	3,62	2,88
1972	32,7	26,4	48,6	333	67,4	51,2	44,6	26,2	27,4	37,2	48,1	60,6	67,0	2,40	1,71
1973	34,3	32,0	37,3	308	86,4	56,6	56,1	66,2	57,8	66,9	94,4	67,9	79,5	2,85	2,40

Басейн - аналог - р. Сура, м. Пенза.
Середня багаторічна величина річного стоку (норма) М _оа = 3,5 л / с * км ^2, С _{v =} 0,27.

Відмітки Н, м	220	222	224	226	228	230	232	234	236	238	240	242
Площі , Км 2	0	10	22	38	56	76	98	124	152	188	230	278

Сезонне:

Місяці	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Рік
U, млн. м 3	40	40	40	40	150	150	150	150	40	40	40	40	920
П, мм	60	60	60	84	144	166	180	185	142	84	60	60

Багаторічна: U _бр = 2800 млн. м ^3, Р = 80%, r = 0.
Таблиця для визначення параметрів при підрахунку максимальної витрати талих вод

Варіант	Річка-пункт	F 1		k o		n 1	h	C v		n 2
0	Сура-Кадишева		2		0,020	0,25	80	0,40	1,30	0,20	0,8

1. Побудова батиграфической кривих водосховища.
Топографічна (батиграфической характеристика являє собою графічне зображення залежностей площі водосховища та його обсягу від висотних відміток або глибин, що відповідають різним рівням наповнень: V = V (H) - крива обсягів, = (H) - крива площ, h _сер = h _сер (H) - крива середніх глибин і   L = L (H) - крива критерію літоралі.
Визначення цих характеристик проводять шляхом обробки топографічних планів району затоплення, причому для кожного проектованого гідровузла становлять характеристики для різних варіантів створів і на основі техніко-економічних розрахунків вибирають оптимальний варіант.
Крива площ будується за результатами планіметрірованія плану в горизонталях. При цьому допускається, що водна поверхня водоймища горизонтальна, що справедливо для відносно великих слабопроточних водосховищ, ухил водної поверхні яких незначний. Обсяги, площі дзеркала та рівні, обчислені при допущенні горизонтальності, називаються статичними.
Розрахунок батіграфічесікх кривих водосховища
Таблиця № 1

Індикатор рівня, м	Глибина h, м	Площа дзеркала, км 2		Різниця, м. Δ H	Ємність, млн. м 3		Середня глибина, м h ср	Літораль
					Обсяг окремого шару, Δ V	Обсяг V		Н			L
1	2	3	4	5	6 = (4) * (5)	7	8 = (7) / (3)	9	10	11	12 = (11) / (10)
220		0	5 16 30 47 66 87 111 138 170 209 254	2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2	10 32 60 94 732 174 222 276 340 418 508	0	0	220	0	0	-
222	2	10				10	1	222	10	10	1
224	4	22				42	1,91	224	22	12	0,54
226	6	38				102	2,68	226	38	16	0,42
228	8	56				196	3,50	228	56	18	0,32
230	10	76				328	4,32	230	76	20	0,26
232	12	98				502	5,12	232	98	22	0,22
234	14	124				724	5,84	234	124	26	0,21
236	16	152				1000	6,58	236	152	28	0,18
238	18	188				1340	7,13	238	188	36	0,19
240	20	230				1758	7,64	240	230	42	0,18
242	22	278				2268	8,16	242	278	48	0,17

Для встановлення залежності V = V (H) визначають обсяги по шарах: Δ V = Δ H, де - Площі дзеркала водосховища при відмітках Н _i і Н _i + _1; обсяг першого від дна параболоїда Δ V ₁ = 2 / 3 * ΔH _0-1.
Об'єм води у водосховищі за будь-якої позначки рівня наповнень обчислюється шляхом послідовного підсумовування обсягів окремих шарів, починаючи з найнижчої точки, V ₁ = .
Для побудови кривої середніх глибин водосховища h _сер визначають середні глибини при різних рівнях наповнень, як:
h _сер = .
Площа літоралі - це площа мілководдя з глибинами 2м і менше. Площа літоралі визначають:
,
де - Площа дзеркала водосховища при відмітці рівня Н, м;
-Площа дзеркала водосховища при позначці Н- 2 м .
Критерій літоралі - це відношення площі літоралі до площі дзеркала водосховища при цій же позначці.
.
На рис. 1 показані батиграфической криві водосховища (додається).

2 Визначення мінімального рівня води УМО.
Мінімальний рівень води відповідає рівню мертвого обсягу УМО. Мертвий об'єм водосховища розташований нижче рівня найбільшого можливого спорожнення водосховища і необхідний для його нормальної експлуатації.
Мертвий об'єм визначають з ряду умов:
а) санітарно-технічних;
б) замулення;
в) з умов забезпечення командування над зрошувальними каналами;
г) з умови напору на ГЕС;
д) з умови судноплавства;
е) з умови рибництва.
У нашій роботі потрібно визначити мертвий об'єм водосховища, виходячи з санітарно-технічних умов. Для забезпечення нормальної якості води і глибин нормами приймаються h _ср 2,5 м і .
За кривою Нср = Нср (Н) (мал. № 1) для Нср = 2,5 м визначимо УМО = 225,5 м абс. і відповідно до цієї позначки по V = V (Н) визначимо V _мо = 85 млн.м ^3. Задаємося L _{літораль} = 0,35 і визначаємо відповідно мертвий обсяг = 175 млн.м ³ при позначці УМО = 227,5.
3. Розрахунок водосховища сезонно-річного регулювання стоку.
Сутність сезонного регулювання стоку полягає в накопиченні води у водосховищі в багатоводні періоди року з метою покриття недоліків у припливі над споживанням в маловодні періоди.
Відмінною особливістю сезонного регулювання є використання стоку тільки в межах одного водогосподарського року, причому розмір споживання нижче розрахункового стоку заданої ймовірності перевищення.
У прямій задачі знаходять корисну ємність водосховища при відомому притоці, планової віддачі, величинах втрат води і початковому наповненні. Період, протягом якого відбувається заповнення ємності, називається періодом накопичення, а періодом часткового або повного спорожнення відповідає спрацювання. Надлишки стоку над споживанням скидаються без використання на корисні цілі в нижній б'єф і називаються холостими скидами.
Корисний об'єм водосховища визначають шляхом зіставлення розрахункового стоку і корисної віддачі. Розрахунковий гідрограф, виражений в обсягах місячного стоку (млн. м ³⁾ - це результат розрахунку всерединірічного розподілу стоку методом компонування. (Табл. № 2).
Аналізуючи дані, помічаємо:
1) що у VIII місяці W <U, отже, необхідно регулювання стоку;
2) оскільки W року> U року, то досить сезонного регулювання стоку;
3) надлишки (Δb) безперервно тривають з вересня по липень і в сумі становлять 1833,46 млн.м ^3, недолік стоку (Δd) спостерігається тільки в серпні і становить 17,18 млн.м ^3.
Чергування періодів накопичення та подальшої спрацювання називається тактом роботи водосховища. У розглядаємо прикладі водосховище наповнюється і спорожняється 1 раз і за характером роботи є однотактним.
\ S
Рис. № 3
Початок розрахункового водогосподарського року припадає на момент, коли приплив починає перевищувати споживання; в нашому випадку - з вересня місяця.
Так як недолік припливу (Δd) є єдиний в протягом року, то його величина дає нам необхідний корисний об'єм нашого водосховища, тобто V _плз = 17,18 млн.м ^3.
Повний об'єм водосховища визначимо:
V _ПЛН = V _НПУ = V _плз + V _мо = 17,18 + 175 = 192,18 млн.м ^3.
Висотна відмітка нормального підпірного рівня Н _НПУ визначимо по кривій обсягів V = V (H), Н _НПУ = 228 м абс.

4. Визначення режиму роботи водосховища балансовим таблично-цифровим розрахунком.
Розрахунок проводиться за місячними інтервалами часу для водогосподарського року при заданих умовах регулювання.
Розрахунок проходить у два етапи:
- Попередній (без урахування втрат води на випаровування та фільтрацію);
- Остаточний (з урахуванням останніх).
У графі (6) в 1-му рядку виписуємо мертвий об'єм V _мо = 175 млн.м ^3.
Далі по ходу часу, тобто на кінець наступного місяця, обчислюємо фіктивні наповнення, не обмежені заданими межами V _НПУ та V _мо у вигляді V _ф = V _н + (W _p-U).
Якщо V _ф ≥ V _НПУ,, у графі (6) записуємо V _НПУ; надлишковий обсяг води V _ф - V _НПУ = S спрямовуємо на скидання (графа 7).
Якщо V _ф <V _НПУ та V _ф> V _мо, то V _к = V _ф.
Якщо V _н = V _мо, то V _к = V _мо. (V _н - наповнення на початок місяця, V _к - на кінець місяця).
У кінці останнього місяця отримуємо V _к = V _мо.
Сумарний річний обсяг скидання дорівнює різниці річних обсягів стоку і корисної віддачі.
Розрахунок наведено в таблиці № 3.
За другим варіантом правил регулювання проводять проти ходу часу, починаючи з останнього місяця водогосподарського року, нижче якого в графу (8) записуємо V _к = V _мо.
V _н = V _к - (W _p-U).
Дефіцити стоку додаємо, надлишки - віднімаємо, скиди здійснюємо при мертвому обсязі. При цьому виконуються наступні умови:
1) якщо V _н <V _НПУ,, то V _к = V _н;
2) якщо V _н> V _НПУ, то V _к = V _НПУ;
3) якщо V _н> V _мо, то V _к = V _мо, а різниця V _мо - V _н = S (має місце скидання).
Контроль обчислень сума W _p - суммаU = суммаS.
Другий етап розрахунку включає визначення втрат.
Середній обсяг обчислюється:
V _ср = (V _н + V _до) / 2.
Середню площа дзеркала знаходимо з топографічного характеристиці (рис. № 1) залежно від середнього обсягу.
Далі знаходимо корисний об'єм водосховища з урахуванням втрат за правилами, викладеним вище.
V ^/ _плз = 34,9 млн. м ^3.
Подальший розрахунок аналогічний розглянутому раніше.
V ^/ _НПУ = 209,9 млн. м ^3.

Графіків по 1-му і 2-му варіанту показані на малюнку № 4 і № 5 (додається).
5. Інтегральні (календарні) криві стоку і віддачі.
Різницева інтегральна (сумарна) крива характеризує послідовний хід змін величин Σ (W _p-U) у часі, тобто Σ (W _p-U) = f (T) або ΣW _p-ΣU = f (T). Для побудови різницевої інтегральної кривої обчислення проводиться за таблицею № 5.
Різницева сумарна крива має такі властивості:
1) якщо Wp> U - крива йде вгору, період надлишків;
2) якщо Wp <U - крива йде вниз, період недоліків;
3) якщо Wp = U - крива має перегин, перехід від надлишків до недоліків і навпаки (при багатотактного роботі водосховища).
Корисний об'єм водосховища по різницевої сумарною кривої, виходячи з її властивостей, визначається як найбільше з вертикальних відстаней між попередньою найвищою і подальшої найнижчою точками (рис. 6).
Графік роботи водосховища по 1-му варіанту будується так: з кожної точки перегину проводять вниз вертикальні (допоміжні) лінії, від початку координат (від нуля) відкладають ординату, рівну Vплз, і від цієї точки проводять горизонтальну лінію до перетину з першою вертикальною лінією.
Точка перетину горизонтальної лінії з розносної сумарною кривої дає початок першого скидання, а перетинання з вертикаллю - кінець його. У період скидання водосховищі стоїть наповненим до Н _НПУ.
З першої точки перегину проводять горизонтальну лінію до другої вертикалі. Перетин цієї лінії з різницевої сумарною кривої дає початок другого скидання.
Від першого (а також від другої в залежності від такту роботи водосховища) точки перегину відкладають вниз V _плз і знаходять період заповнення водосховища.
Початок спрацювання водосховища відповідає кінця скидання. Обсяги скидів рівні їх кінцевим ординатам.
Повна інтегральна (сумарна) крива характеризує послідовний хід змін обсягів стоку в часі, будуватися за рівнянням W = ,
а при ступінчастому графіку W = .
Будь-яка i-я ордината сумарною кривою є обсяг води, притікає від початку розрахункового періоду до моменту t _i.
На малюнку 7 побудована повна сумарна крива припливу W _p = f (T) і повна сумарна крива віддачі U = f (T) за даними таблиці № 5.
Основні властивості повної сумарної кривої:
1. Якщо Q = const, то сумарна крива - пряма лінія.
2. При ступінчастому гідрограф сумарна крива - ламана лінія.
3. Тангенс кута нахилу до осі абсцис, дотичній, проведеної до сумарної кривої в даній точці паралельно кривої віддачі - витрата в даний момент, тангенс кута нахилу січної (або ланки ламаної лінії) - середня витрата за даний період.
Корисний об'єм водосховища за способом повної сумарної кривої визначається як найбільша вертикальна відстань між попередніми верхніми і наступними нижніми дотичними W _p = f (T) паралельно кривої споживання U = f (T) за умови, що верхня дотична не перетинає сумарну криву до точки нижнього торкання. Завжди спочатку по ходу часу має бути верхнє дотик, а потім нижню.
Побудова графіка роботи водосховища по 2-му варіанту регулювання з моменту, коли V = 0, тобто від крайньої правої точки кривої W проводимо вліво нижню дотичну, паралельну кривої U і до перетину з кривою W. Ця точка буде відповідати кінця скидання і початку наповнення (малюнок 7).
Скорочена інтегральна (сумарна) крива будується за рівнянням
W ^/ = ,
де Q _о - деякий постійний витрата (рис. 8).
У роботі в якості постійної витрати приймаємо середньомісячний приплив
Wср = Qср * t = = 228,02 млн.м ^3.
Ординати скороченою сумарною кривої припливу W ^/ =
(Графа 10, таблиці № 5).
Ординати скороченою сумарною кривої споживання:
U ^/ = (Графа 11).
Корисний об'єм і графік роботи визначається за тим же правилом, що і для повної сумарної кривої.

6. Розрахунок водосховища багаторічного регулювання.
Багаторічна регулювання проектується у разі, коли річна віддача з урахуванням втрат перевищує розрахунковий стік за рік.
При багаторічному регулюванні водосховище наповнюється водою в багатоводні роки з метою покриття недоліків припливу в маловодні роки. Віддача виражається коефіцієнтом зарегулювання.
Обсяг водосховища багаторічного регулювання обчислюється:
V _ПЛН = V _НПУ = V _мн + V _сез + V _мо,
де V _мн - багаторічна складова ємності водосховища;
V _сез - сезонна складова;
V _мо - мертвий об'єм.
Коефіцієнт ємності обчислюється:
β _ПЛН = β _мн + β _сез + β _мо, де β _мн = V _мн / W _о, β _сез = V _сез / W _о, β _мо = V _мо / W _о.
За графіком Г.Г. Сванідзе визначається β _мн як функція β _мн = f (P, a, C _v, C _s, r). При Р = 80%, а = 0,9, C _v = 0,27, C _s = 0,54, r = 0, β _мн = 0,20.
V _мн = β _мн * W _про = 0,20 * 2736,27 = 547,25 млн. м ^3.
Сезонна складова ємності водосховища, якщо тривалість межені в частках від року становить t = 9 / 12 = 0,75.
Частка межені в річному стоці визначається за міжсезонного розрахунку за методом компонування (розрахунково-графічна робота з гідрології) m = W _{р. між} / W _{р рік} = 378,82 / 992,347 = 0,38.
За формулою β _сез = а (tm) = 0,9 (0,75-0,38) = 0,33,
V _сез = β _сез * W _о = 0,33 * 2736,27 = 902,97 млн. м ^3.
Визначення корисного об'єму і повного обсягу водосховища багаторічного регулювання:
V _плз = V _НПУ = V _плз + V _мо = 547,25 +902,97 +175 = 1625,22 млн. м ^3.

7. Визначення регулюючого впливу водосховища на максимальний стік.
q _сб = Q _макс (1 - V _ф / W _п),
де Q _{макс -} розрахунковий максимальний витрата, що дорівнює 151 м ³ / сек, обчислений у пункті 2 розрахунково-графічної роботи з гідрології;
W _п - обсяг повені (паводку), що визначається за формулою:
W _п = 1 / 2 Q _макс * Т,
де Т - тривалість паводку в с, тобто 86 400 з * t _добу (для всіх варіантів t _сут = 24).
У прикладі W _п = 1 / 2 * 151 * 86400 * 24 = 156,56 млн. м ^3.
Схема розрахунку: 1. задаємося величиною шару форсировки h _ф = 0,5, 1,0, 1,5; 2,0; 2,5 м .
2. для кожного шару по кривій V (Н) знаходимо V _ф = V _НПУ + h _ф - V _НПУ.
V _{ф0, 5} = 228,5 м-228м = 215-192,18 = 22,82 млн. м ^3.
V _ф1 = 229 м-228м = 250-192,18 = 57,82 млн. м ^3.
V _{ф1, 5} = 229,5 м-228м = 280,5-192,18 = 88,32 млн. м ^3.
V _ф2 = 230 м-228м = 330-192,18 = 137,82 млн. м ^3.
V _{ф2, 5} = 230,5 м-228м = 345-192,18 = 152,82 млн. м ^3.
3. За формулою для кожного h _ф обчислюємо q _СБ
q 1 _сб = 151 * (1-22,82 / 156,56) = 128,99
q 2 _сб = 151 * (1-57,82 / 156,56) = 95,23
q 3 _сб = 151 * (1-88,32 / 156,56) = 65,81
q 4 _сб = 151 * (1-137,82 / 156,56) = 18,07
q 5 _сб = 151 * (1-152,82 / 156,56) = 3,61
4. Будуємо криву скидних витрат q _сб = q _сб (h _ф) (малюнок № 9).
5. Визначаємо витрати, що пропускалися водозливом з широким порогом, задаючись різною шириною водозливу b = 100, 200, 300, 400 за формулою
Q _в = mb 2g * h ^{3 / 2,} де = 0,42.
Обчислення зводимо в таблиці.
Розрахунок витрат через водозлив
Таблиця № 6

h ф, м	q м 3 / сек
	При b = 100 м	При b = 200 м	При b = 300 м	При b = 400 м
0,5	110,62	221	331,8	442,47
1,0	186	372	558	744
1,5	252	504	756,46	1008,6
2,0	312,8	625,7	938,6	1254,5

Будуємо три кривих залежності q _в = q _в (h _ф) (малюнок № 9).
Перетин цих кривих з кривою q _сб = q _сб (h _ф) відповідає гідравлічно найпродуктивніший режим.
Для всіх отриманих точок перетину виробляємо техніко-економічний розрахунок загальної вартості гідровузла. У роботі умовно приймаємо точку перетину, найбільш близьку за величиною h _ф = 2 м.
У нашому прикладі h _ф = 0,6 при b = 100 м, q _сб = 125 м ³ / сек.
Форсований підпірний рівень ФПУ = НПУ + h _ф = 228 м +0,6 = 228,6 м. абс., ​​Що відповідає максимальному обсягу водосховища 195 млн. м ³ На малюнку № дані гідрограф повені і ємність форсування. (Для всіх варіантів Q _макс проходить на 8-у добу).