Потери воды на испарение и фильтрацию из проектируемого водохранилища оцениваются в зависимости от климатических и гидрогеологических условий его территории.
Среднемесячные объемы потерь воды на испарение в теплый (безледоставный) период определяются в виде произведения средней за расчетный период площади водной поверхности водохранилища на слой испарении с воды, который в условиях Северо-Запада и Центра Европейской части РФ изменяется от 10 … 20 мм в позднеосенние месяцы (IХ – ХI) до 50…150 мм – в поздневесенние и летние (IV-VIII).
Данные по внутригодовому распределению слоя испарения с воды приводятся в ТСН или в территориальных Справочниках по ресурсам поверхностных вод. Годовой объем потерь воды на испарение находится путем суммирования среднемесячных объемов воды, испарившейся из водохранилища.
Приближенная оценка годового объем потерь воды на испарение с водной поверхности водохранилища производится по формуле:
Uи = (ωумо + ωпол) * hи / 2, (21)
где - ωумо, ωпол - площад и зеркала воды в водохранилище при УМО и НПУ соответственно (м2); устанавливаются по кривой ω = f (H) на рисунке рис.3;
|
|
hи - годовой слой испарения с водной поверхности (м); принимается по данным, помещенным в ТСН или в территориальных Справочниках по ресурсам поверхностных вод.
Для условий Северо-Запада и Центра Европейской части РФ величина hи изменяется от 0,30 м в Мурманской области до 0,5 м в Ленинградской и до 0,70 м в Рязанской областях.
Приближенная норма потерь воды на фильтрацию воды в ложе, берега и плотину водохранилища составляет в среднем за год Кф = 5…10, 10…20 и 20…40% и более (по Я.Ф. Плешкову) от среднего объема водохранилища соответственно для слабопроницаемых, средних и хорошо проницаемых пород, слагающих ложе и берега водохранилища:
Uф = (Wумо + Wпол) * Кф /(2 * 100), (22)
где Wумо, Wпол – объемы воды в водохранилище при УМО и НПУ соответственно (м3); определяются расчетом (см. задачу 3);
Кф – относительные потери на фильтрацию, %.
Суммарный объем годовых потерь воды из водохранилища на испарение и фильтрацию будет равен:
Uсум = Uи + Uф (23)
Коэффициент потерь по отношению к водоотдаче (нетто) определяется по формуле:
Кб = 1 + (Uсум / 31,54 * 106 * Uн) (24)
где Uн – полезная водоотдача (нетто), м3.
При сравнении полученного расчетом коэффициента потерь с приближенно принятым ранее (задача 2) в расчетах полного водопотребления (брутто) Кб = 1,07, устанавливают величину их расхождения. Если она значительная (более 10%), то необходимо провести повторный расчет полезного и полного объемов водохранилища.
Для расчета максимальных сбросных расходов воды из водохранилища в периоды пропуска половодья и паводков через водослив в гребне плотины при массовом проектировании сооружений и на предпроектных этапах применяется приближенный метод Д. И. Кочерина. Он применим для одиночного водослива без затворов. Причем отметка гребня водослива должна совпадать с НПУ, а водохранилище к началу половодья (паводка) - заполнено до НПУ. Для более точных расчетов необходимо учесть реальную форму гидрографа стока, конструктивные особенности водосбросных сооружений, потери воды на испарение и фильтрацию в период сброса воды из водохранилища.
|
|
В соответствии с методом Д. И. Кочерина максимальные сбросные расходы воды для нормальных и чрезвычайных условий эксплуатации водохранилищного узла определяются по формуле:
Qсбр = βв * Qр% * (1 - Wрег/ Wр%), (25)
где βв – коэффициент, учитывающий форму гидрографа стока; принимается для треугольной формы равным 1, трапецеидальной – 1,2, параболической (по Д. Л. Соколовскому) – 0,85;
Qр% - максимальный расход весеннего половодья или дождевого паводка расчетной обеспеченности, м3/с;
Wр% - объем стока воды в водохранилище за половодье или дождевой паводок расчетной обеспеченности, млн. м3);
Wрег - регулирующий объем водохранилища, млн. м3.
Величина Wрег находится по формуле:
Wрег = Wфпу - Wпол, (26)
где Wфпу, Wпол – объемы воды в водохранилище при отметках ФПУ и НПУ соответственно (млн. м3); определяются по топографической кривой W = f (H).
Пример
Исходные данные:
Результаты расчетов, приведенные в задачах 5 и 6.
Годовой слой испарения воды из водохранилища hи = 0,55 м (определен по данным территориального Справочника «Ресурсы поверхностных вод»).
Дно и берега водохранилища сложены слабопроницаемыми грунтами (средние и тяжелые суглинки).
Форма расчетного гидрографа максимального стока принята треугольной.
1. Приближенную оценку годового объема потерь воды на испарение с водной поверхности водохранилища произведем по формуле (21), в которой ωумо, ωпол - площади зеркала воды в водохранилище при УМО и НПУ соответственно (м2) установим по кривой ω = f (H) на рисунке (прил.5):
ωумо = 0,40 млн. м2, ωпол = 2,75 млн. м2.
hи - годовой слой испарения с водной поверхности (м); принимаем по данным территориального Справочника «Ресурсам поверхностных вод» равным 0,55 м.
Uи = (ωумо + ωпол) * hи / 2 =
= (0,40 * 106 + 2,75 * 106) * 0,55/ 2 = 0,87 млн.м3.
2. Определим величину потерь воды на фильтрацию в дно, берега и плотину водохранилища по формуле (22), в которой объемы воды в водохранилище при УМО и НПУ составляют: Wумо = 0,80 млн.м3, Wпол = 7,8 млн.м3 (см. задачу 7).
Относительные потери на фильтрацию приняты приближенно по Я.Ф.Плешкову для слабопроницаемых грунтов равными Кф = 10% от среднего объема воды в водохранилище.
Тогда:
Uф = (Wумо + Wпол) * Кф / (2 * 100) =
= (0,80 * 106 + 7,8 * 106) * 10 / (2 * 100) = 0,43 млн.м3.
3. Суммарный объем годовых потерь воды из водохранилище на испарение и фильтрацию равен:
Uсум = Uи + Uф = 0,87 * 106 + 0,43 * 106 = 1,30 млн. м3.
Коэффициент потерь по отношению к водоотдаче (нетто) составит:
Кб = 1 + (Uсум / 31,54 * 106 * Uн) =
= 1 + (1,30 * 106 / 31,54 * 106 * 0,82) = 1,05.
При сравнении полученного коэффициента потерь с приближенно принятым в расчетах полного водопотребления (брутто) Кб = 1,07 отметим их небольшое расхождение (менее 2%). Если бы оно было более значительным, то необходимо было бы провести повторный расчет полезного и полного объемов водохранилища (задача 6).
4. Определим в соответствии с методом Д. И. Кочерина, максимальные сбросные расходы воды для нормальных и чрезвычайных условий эксплуатации водохранилищного узла по формуле (25), в которой коэффициент, учитывающий форму гидрографа стока, принимается для треугольной формы равным βв = 1.
Максимальные расходы и объемы весеннего половодья и дождевого паводка расчетной обеспеченности принимаем по результатам расчетов задачи 5:
|
|
а) весеннее половодье:
Q2% = 77.6 м3/с, Q0.5% =87.3 м3/с.
W2% = 81.5 млн.м3, W0.5% = 89.9 млн.м3.
б) дождевой паводок:
Qс2% = 37,9 м3/с, Qс0.5% =55,4 м3/с.
Wл2% = 20,7 млн.м3, Wл0.5% = 30,2 млн.м3.
Величину Wрег находим по формуле (26), в которой
Wфпу, Wпол – объемы воды в водохранилище при отметках ФПУ и НПУ соответственно (млн.м3); определим по топографической кривой W = f (H).
Wфпу = 14,0 млн.м3, Wпол = 7,8 млн.м3.
Wрег = Wфпу - Wпол = 14,0 – 7,8 = 6,2 млн.м3.
Тогда, величины сбросных расходов воды для нормальных (р=2%) и чрезвычайных (р=0,5%) условий эксплуатации водохранилищного узла составят:
а) весеннее половодье
Qсбр = βв * Q2% * (1 - Wрег/ W2%) =
= 1,0 * 77,6 * (1 – 6,2 / 81,5) = 71,7 м3/с (нормальные).
Qсбр = βв * Q0,5% * (1 - Wрег/ W0,5%) =
= 1,0 * 87,3 * (1 – 6,2 / 89,9) = 81,3 м3/с (чрезвычайные).
б) дождевой паводок
Qсбр = βв * Qс2% * (1 - Wрег/ Wл2%) =
= 1,0 * 37,9 * (1 – 6,2 / 20,7) = 26,5 м3/с (нормальные).
Qсбр = βв * Qс0,5% * (1 - Wрег/ Wл0,5%) =
= 1,0 * 55,4 * (1 – 6,2 / 30,2) = 44,3 м3/с (чрезвычайные).
Литература
1. СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. Госстрой России. М., 2004.
2. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик». - Л., Гидрометеоиздат, 1984.
3. Ресурсы поверхностных вод СССР. Ч. 1-2. Л., Гидрометеоиздат, 1972-75.
4. Железняков Г.В. и др. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока. – М., Колос, 1984.
5. Гидрология и гидротехнические сооружения: Уч. для Вузов / Г.Н. Смирнов и др. М., Высш. шк., 1988.
6. СП 11-103-97. Инженерно-гидрометеорологические изыскания. Госстрой России. М., 1998.
7. СНиП 2.04.03 - 85. Канализация. Наружные сети и сооружения. М., 1986.
8. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М., 1986.
9. Андреев О.В. и др. Русловые и гидравлические расчеты при проектировании переходов через водотоки. Уч. пособие. М., 1989.
10. Копыленко В.А., Переселенкова И.Г. Проектирование мостового перехода на пересечении реки трассой железной дороги. Уч. пособие для Вузов ж.-д. трансп./Под ред. В.А. Копыленко.- М.: Маршрут, 2004.
Приложение 1
Варианты заданий к задачам 1…3.
Ряды максимальных расходов Qi, м3/с
Год | Вариант | |||||||
Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | |
Продолжение прил. 1
|
|
Год | Вариант | |||||||
Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | |
Продолжение прил. 1
Год | Вариант | |||||||
Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | |
Продолжение прил. 1
Год | Вариант | |||||||
Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | |
Продолжение прил. 1
Год | Вариант | |||||||
Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | |
Продолжение прил. 1
Год | Вариант | |||||||
Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | |
Продолжение прил. 1
Год | Вариант | |||||||
Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | Река А, xi м3/с | Река В, уi, м3/с | |||
Приложение 2
Варианты к задаче 4
Исходные данные для расчетов максимального стока
при отсутствии данных гидрометрических наблюдений
№№ варианта | F, км2 | Fm, км2 | f л, % | fб, % | L, км | I | Р, % |
0,5 0,7 1,0 1,2 2,0 2,3 4,0 4,1 9,0 8,7 3,5 6,7 0,9 | 8,0 | 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 8,5 6,8 6,8 7,5 4,8 8,2 1,8 5,6 3,1 | 0,1 0,1 0,1 0,1 0,05 0,05 0,05 0,05 0,01 0,007 0,005 0,001 0,008 0,03 0,03 0,03 0,001 0,001 0,005 0,02 0,005 0,08 0,1 0,07 0,1 | 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 |
Приложение 3
Клетчатка вероятности, спрямляющая кривые обеспеченности при Сs = 2 Сv
Приложение 4