Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Гидрология: Учебное пособие

Голосов: 1

В пособии представлен теоретический и справочный материал, даны методические рекомендации по выполнению и оформлению курсовой работы по гидрологии. Курсовая работа включает три раздела: гидрологические расчеты, водохозяйственные расчеты и проектирование гидроузла. Целью курсовой работы является закрепление и пополнение теоретических знаний, а также приобретение некоторых навыков расчетов и конструирования при проектировании гидроузла для нужд водоснабжения.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
      Министерство образования и науки
      Российской Федерации

 Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет




  А. В. САВКИН, С. В. ФЁДОРОВ




       ГИДРОЛОГИЯ
          Учебное пособие




          Санкт-Петербург
               2010
                  1


                     А. А. Савкин, С. В. Фёдоров. Гидрология

УДК 627.824.31:351.793:721.012.1(075.8)

      Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Н. Н. Лапшев (СПбГАСУ);                                                  Введение
                  д-р техн. наук, проф. А. М. Гапеев (СПбГУВК)
                                                                                         Специалисты по водоснабжению и водоотведению в своей дея-
Cавкин, А. А.                                                                       тельности ориентированы на использование водных объектов как ис-
    Гидрология: учеб. пособие / А. А. Савкин, С. В. Фёдоров; СПбГАСУ. –             точников чистой воды и как приемников сточных вод. Чаще всего та-
СПб., 2010. – 98 с.                                                                 кими водными объектами являются реки.
                                                                                         В нашей стране речные ресурсы весьма богаты. Более 32 000 рек
      ISBN 978-5-9227-0288-1                                                        могут использоваться для водоснабжения. Реки имеют самый корот-
                                                                                    кий по сравнению с другими составляющими гидросферы Земного шара
     В пособии представлен теоретический и справочный материал, даны                период условного водообмена (в среднем 16 сут), и в них наиболее ак-
методические рекомендации по выполнению и оформлению курсовой работы.
     Предназначено для студентов специальности 270112.
                                                                                    тивно происходят процессы самоочищения. Эти свойства рек делают
                                                                                    их приоритетными при выборе объектов для водохозяйственного ис-
      Табл. 12. Ил. 26. Библиогр.: 8 назв.                                          пользования.
                                                                                         Именно в этой связи программа курса включает изучение рек, их
                                                                                    режима, расчеты гидрологических параметров речного стока, водохо-
                                                                                    зяйственные расчеты, связанные со стоком рек, и строительство реч-
                                                                                    ных гидротехнических сооружений.
   Рекомендовано редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве
                            учебного пособия.
                                                                                         Таким образом, курсовая работа включает три раздела: гидроло-
                                                                                    гические расчеты, водохозяйственные расчеты и проектирование гид-
                                                                                    роузла.
                                                                                         Способы гидрологических расчетов зависят от объема гидромет-
                                                                                    рической информации в створе проектируемого на реке сооружения.
                                                                                    В учебном пособии рассматривается способ, при котором гидрометри-
                                                                                    ческая информация отсутствует, а исходные данные устанавливаются
                                                                                    по картам изолиний.
                                                                                         Водохозяйственные расчеты охватывают широкий круг вопросов,
                                                                                    но в данном учебном пособии освещаются только приемы установле-
                                                                                    ния параметров водохранилища годичного регулирования стока и оп-
                                                                                    ределения сбросных расходов.
ISBN 978-5-9227-0288-1                © А. А. Савкин, С. В. Фёдоров, 2010
                                                                                         Гидротехнические сооружения по своему назначению подразде-
                                      © Санкт-Петербургский государственный         ляются на водоподпорные, водопроводящие, регуляционные, берего-
                                      архитектурно-строительный университет, 2010   укрепительные и накопительные. Широк спектр используемых в гид-
                                                                                    ротехническом строительстве материалов. В учебном пособии пред-
                                                                                    ставлена информация по проектированию гидроузла, в состав которого
                                                                                    входят земляная насыпная плотина, водосброс и водоспуск.
                                        2                                                                            3


                 А. А. Савкин, С. В. Фёдоров. Гидрология                                      Состав и объем работы

     Необходимость подготовки этого пособия обусловлена дефици-             • Определение полезного объема водохранилища графоанали-
том учебной литературы. По специальности «Водоснабжение и водо-        тическим способом.
отведение» основной учебник «Гидрология и гидротехнические соору-           • Определение «мертвого» и полного объемов водохранилища.
жения» под ред. д-ра техн. наук, проф. Г. Н. Смирнова был выпущен           Построение кривых связей площадей и объемов водохранилища
в 1988 г. тиражом 10 000 экз. К настоящему времени в библиотеках он    и определение отметок: нормального подпорного уровня (НПУ), уров-
сохранился в небольших количествах. Учебники и учебные пособия         ня «мертвого» объема (УМО), уровня форсировки (УФ) и объема фор-
более ранних изданий в библиотеках вообще единичны. При работе         сировки.
над проектом студенту необходим источник информации теоретичес-             Проектирование гидроузла:
кого, нормативного и методического характера. Таким источником              • Выбор типа водоподпорного сооружения и отметки гребня
и должно стать данное пособие.                                         и габаритов земляной насыпной плотины.
                                                                            • Конструирование поперечного сечения тела грунтовой плоти-
                       Цель курсовой работы                            ны и крепление откосов.
                                                                            • Построение плана гидроузла, включающего плотину, берего-
     Целью курсовой работы является закрепление и пополнение           вой водосброс, водоспуск.
теоретических знаний, а также приобретение некоторых навыков                • Расчеты ширины порога водослива и параметров отводящего
расчетов и конструирования при проектировании гидроузла для нужд       канала водосброса.
водоснабжения.                                                              • Расчеты диаметров и конструирование водоспуска.
     Работа по своему составу является комплексной, так как включает        Для учебно-исследовательской работы студентов (УИРС) допол-
в себя гидрологические, водохозяйственные и конструктивные расчеты     нительно могут выполняться фильтрационные расчеты, конструирова-
элементов грунтовой плотины. При выполнении курсовой работы, кроме     ние дренажей и расчеты элементов водосбросного тракта.
данного учебного пособия, рекомендуется использовать нормативную            Отчетный материал представляют в виде пояснительной записки
и справочную литературу.                                               объемом 25–30 листов формата А4 и графического материала – листов
                                                                       формата А1 (А2).
                      Состав и объем работы                                 В пояснительной записке представляют все расчеты, описание
                                                                       и обоснование принятых конструктивных решений. Графический ма-
     Гидрологические расчеты:                                          териал должен включать продольный разрез плотины с геологией
     • Определение нормы стока.                                        Мг 1:5000, Мв 1:500, план гидроузла М 1:5000, два конструктивных
     • Определение расходов и объемов стока заданных обеспечен-        поперечных разреза плотины (по оси русла реки и по водоспуску)
ностей.                                                                М 1:500, поперечный разрез галереи М 1:500, конструкции крепления
     • Определение максимального мгновенного расхода воды поло-        верхового и низового откосов М 1:100, конструкции дренажей и греб-
водного происхождения заданной низкой обеспеченности.                  ня плотины М 1:100, продольный разрез по водосбросу М 1:500, попе-
     • Построение гидрографов маловодного года заданной обеспе-        речный разрез водосброса М 1:1000 (1:500).
ченности.                                                                   Весь материал оформляется с соблюдением требований ЕСКД
     Водохозяйственные расчеты:                                        (ГОСТа).
     • Установление расчетных значений расхода и объема годового
водопотребления.
     • Заключение о необходимом виде регулирования.
                                   4                                                                   5


                  А. А. Савкин, С. В. Фёдоров. Гидрология                                        Глава 1. Гидрологические расчеты

                                                                            навливается по географическим координатам центра тяжести частно-
                                                                            го бассейна водосбора, определяемым по крупномасштабным топо-
            Глава 1. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ                                графическим картам с исследуемой рекой. Площадь частного бассей-
                                                                            на водосбора F заключена между водораздельной линией и линией ство-
     Основной целью гидрологических расчетов для решения инже-              ра расположения плотины.
нерных задач является получение количественных гидрологических                    В исходных данных для курсовой работы модуль стока M0 и пло-
характеристик и определение возможных процессов, способных по-              щадь частного бассейна водосбора F заданы. Норма стока в виде расхо-
влиять на условия работы гидротехнических сооружений. Для целей             да, при площади водосбора, выраженной в км2, вычисляется по формуле
водоснабжения расчет должен установить величины расхода и опреде-
лить уровни их вероятного превышения.                                                                            M 0F 3
                                                                                                          Q0 =        , м /с.                (1)
     В курсовой работе следует определить:                                                                       1000
     • нормы стока в виде расхода Q0 и объема стока W0;
     • расход Q0 и объем стока WP маловодного года заданной обес-                Норма объема годового стока определяется по формуле
печенности;
     • колебание стока в годичном цикле для маловодного и много-
                                                                                                  W0 = Q0 t = 31,536 Q0 ⋅106 , м3/год,       (2)
водного годов;
     • максимальный мгновенный расход заданной обеспеченности
 max
                                                                            где t – число секунд в году, равное 31,536 ⋅ 106.
QP    половодного происхождения. Необходимо построить гидрогра-
фы маловодного года и половодья многоводного года.                               1.2. Определение расхода QP и объема годового стока WP
    Результаты вычислений по маловодному году (высокой обеспе-                                 заданной обеспеченности
ченности) используются в водохозяйственных расчетах для установ-
ления полезного объема водохранилища. Данные по многоводному году                Расход QP и объем годового стока WP вычисляются одинаково для
                                                                    max
(низкой обеспеченности) о максимальном мгновенном расходе          QP       высокой и низкой обеспеченности через модульный коэффициент KP
необходимы для расчета водопропускных сооружений.                           и норму стока:
     Расчеты выполняются для неизученной реки, т. е. при отсутствии
гидрометрической информации. Определение параметров стока при                                              QP = KP Q0, м3/с,                 (3)
заданной обеспеченности осуществляется через норму стока и модуль-
ные коэффициенты.                                                                                          WP = KP W0, м3/с.                 (4)

                   1.1. Определение нормы стока                                  Модульный коэффициент определяется из таблицы трехпарамет-
                                                                            рического гамма-распределения (прил. 1) для высокой и низкой обеспе-
     При отсутствии гидрометрических данных норма стока опреде-             ченности по заданному значению коэффициента вариации СV и соотно-
ляется через модуль стока M0 (расход с единицы площади водосбора),
                                                                            шению CS / CV (CS – коэффициент асимметрии). Соотношение CS / CV для
который определяется по карте изолиний среднего многолетнего годо-
                                                                            равнинных рек зон избыточного и переменного увлажнений следует при-
вого стока рек СССР (лист 1 прил. 1 [1]). Значение M0 (л/(с ⋅ км2)) уста-
                                                                            нять равным 2. Коэффициент вариации для неизученных рек может оп-
                                    6                                                                             7


                 А. А. Савкин, С. В. Фёдоров. Гидрология                                               Глава 1. Гидрологические расчеты

ределяться по эмпирическим формулам или карте изолиний для пара-                       К первой категории рельефа относятся реки, бóльшая часть кото-
метра CV (лист 2 прил. 1 [1]) методом, аналогичным описанному в разде-            рых располагается в пределах холмистых возвышенностей; ко второй –
ле 1.1; для выполнения курсовой работы значение CV задано.                        реки, в бассейнах которых холмистые возвышенности чередуются
      При определении модульного коэффициента KP необходимо вы-                   с низменностями между ними; к третьей – реки, расположенные в пре-
полнить интерполяцию, если значение CV не совпадает с табличным                   делах плоских низменностей, а также реки, имеющие широкие забо-
(см. пример расчета).                                                             лоченные поймы;
                                                                                       μ – коэффициент, учитывающий неравенство статистических
          1.3. Определение максимального мгновенного                              параметров слоя стока и максимальных расходов воды (табл. 2);
            расхода воды половодного происхождения                                                                                                      Таблица 2
                 заданной низкой обеспеченности                                                          Значение коэффициента μ

     Этот расход, наряду с гидрографом весеннего половодья, нужен                                                                      P, %
                                                                                        Природная зона
для расчета сбросного расхода водопропускных сооружений, установ-                                           0,1          1        3        5      10       25
ления объема форсировки и режима работы водохранилища.                                Тундра и лес          1,02        1,0      0,97     0,96   0,93     0,90
     При отсутствии данных гидрометрических наблюдений расчет-                        Лесостепь             1,04        1,0      0,96     0,93   0,89     0,80
ный максимальный расход весеннего половодья при площадях водо-
сбора на европейской территории страны с площадью до 20 000 км2
                                                                                       hP – расчетный слой суммарного весеннего стока, мм, с ежегод-
определяется по редукционной формуле (33) [2]:
                                                                                  ной вероятностью превышения P % (соответствующей QP низкой обес-
                                                                                  печенности):
                                K 0 hP μ δ δ1 δ 2 F                                                           hP = K P h0 ,                      (6)
                        QP% =                       ,                       (5)
                                   ( F + F1 ) n 1
                                                                                  где KP определяется из прил. 1 ( K P = f ( P, CV , C S ) , значения P и CV
                                                                                  приведены в задании. В работе сделать допущение совпадения статис-
где K0 – коэффициент дружности весеннего половодья, зависящий
                                                                                  тических параметров изменчивости слоя стока и максимальных расхо-
от природной зоны и типа рельефа, определяемый через реки-аналоги.
                                                                                  дов, т. е. значение CV будет одинаковым при установлении KP для опре-
В курсовой работе K0 можно ориентировочно установить из табл. 1.
                                                                                  деления как расходов QP, так и для слоя стока hP;
                                                                                        h0 – среднемноголетний слой стока половодья, определяется по
                                                                Таблица 1
                                                                                  рекам-аналогам или по карте изолиний среднемноголетнего слоя стока
                      Значение коэффициента K0
                                                                                  (лист 6 прил. 1 [1]). В работе задано;
                                              Категории рельефа                         δ – коэффициент, учитывающий влияние водохранилищ, прудов
            Природная зона                                                        и проточных озер, определяется по формуле
                                           1          2         3
    Тундра и лес:                        0,010      0,008     0,006
    Европейская территория России
                                                                                                                            1
                                                                                                                   δ=              ,                                (7)
    Лесостепь и степь:                   0,020          0,015   0,012                                                   1 + С f оз
    Европейская территория России
    (без Северного Кавказа)                                                       где С – коэффициент, зависящий от среднемноголетнего слоя стока ве-
                                                                                  сеннего половодья (табл. 3);
                                    8                                                                                     9


                   А. А. Савкин, С. В. Фёдоров. Гидрология                                                 Глава 1. Гидрологические расчеты

                                                                 Таблица 3                                                                           Таблица 4
                        Значение коэффициента С                                                             Значения параметров n1 и F1

    h0 , мм   100 и более       99÷50               49÷20     Менее 20                                                           Для равнинных рек
                                                                                               Природная зона
    С             0,2           0,2÷0,3             0,3÷0,4     0,4                                                             n1               F1
                                                                                       Тундра и лес                            0,17              1
     fоз – средневзвешенная озерность водосбора в %, в работе задана;                 Примечание. Данные табл. 2–4 взяты из рекомендуемых приложений СНиП [2].
     δ1 – коэффициент, учитывающий снижение максимального рас-
хода воды в «залесённых» бассейнах, определяется по формуле                                   1.4. Построение гидрографов маловодного года
                                                                                                           P % обеспеченности
                                                α1
                                   δ1 =                 ,                    (8)
                                          ( f л + 1) n2                                 Для определения возможности обеспечения речным стоком бес-
                                                                                   перебойного водоснабжения на заданный расход водопотребления
где α1 – коэффициент, зависящий от природной зоны и расположения                   и установления необходимости и возможности регулирования стока
леса на водосборе (равномерное, в верхней или нижней части водо-                   и его вида необходимо выполнить анализ изменчивости низкого стока
сбора);                                                                            в годовом цикле. Анализ выполняется на гидрографе, построенном
     n2 – коэффициент, зависящий от почвогрунтов под лесом.                        по значениям среднедекадных расходов. Среднедекадные расходы QPi
                                                                                   определяются через среднегодовой расход маловодного года QP и мо-
     В работе принять α1 = 1,0 ; n2 = 0,22 (для лесной зоны с равномер-
                                                                                   дульные коэффициенты K i = QPi QP , характеризующие внутригодо-
ным расположением леса). Данные для α1 и n 2 принимаются
                                                                                   вую изменчивость стока (в разделе 1.2 модульные коэффициенты ха-
из прил. 13 [2];
                                                                                   рактеризуют изменчивость среднегодовых расходов).
      f л – «залесённость» водосбора в %, в работе задана;                              Значения модульных коэффициентов Ki для декад принимаются
     δ 2 – коэффициент, учитывающий снижение максимального рас-                    по реке-аналогу, имеющей подобные характеристики формирования
хода воды заболоченных бассейнов, определяется по формуле                          стока (прил. 2). Река-аналог указана в задании.
                                                                                        Результаты вычислений представляют в табличной форме (табл. 5):
                            δ 2 = 1 − β ⋅ lg (0,1 f б + 1),                  (9)
                                                                                                                                            Таблица 5
                                                                                       Среднедекадные расходы маловодного года, P % обеспеченности
где β – коэффициент, учитывающий тип болот и преобладающий со-
став почвогрунтов вокруг болот, изменяется в пределах 0,3÷0,8. В ра-                    Гидрологические                            Декады
боте принять β = 0,8 ;                                                                   характеристики        1    2    3     4                35   36   36,5
                                                                                       Ki
      f б – относительная площадь болот в %, в работе задана;
                                                                                       QPi = Ki QP, м3/с
     n1 – показатель степени функции;
     F1 – дополнительная площадь водосбора, учитывающая сниже-
                                                                                      Примечание. Для контроля вычислений:      ∑QPi   36,5 = QP .
ние редукции, км2 (данные приведены в табл. 4).
                                       10                                                                                11


                 А. А. Савкин, С. В. Фёдоров. Гидрология

     По установленным среднедекадным расходам строится гидрограф –
график изменения расхода как функция времени в годовом цикле.
На оси ординат откладываются расходы, а на оси абсцисс – время.                   Глава 2. ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСЧЕТЫ
Шкала расходов должна охватывать диапазон от нуля до максимально-
го табличного значения, а шкала времени – от начала января до конца          В курсовой работе водохозяйственные расчеты сводятся к уста-
декабря. Масштаб шкалы расходов MQ может быть принят: 1 см –            новлению объема водохранилища и его составляющих, определению
0,5(1,0), м3/с; масштаб шкалы времени Mt: 1 см – 1 декада (формат А3)   характерных уровней в водохранилище и сбросного расхода.
или 1 см – 2 декады (формат А4). Гидрограф строится на миллиметро-           Составляющими объема водохранилища являются:
вой бумаге и имеет вид гистограммы, поскольку в пределах декады              • полный объем Vв – объем, находящийся между ложем водохра-
расходы принимаются неизменными. На графике должны быть нане-           нилища и зеркалом воды при НПУ, является главным емкостным пара-
сены линии с ординатами Q0, QP маловодного года, Qнт – расход водо-     метром водохранилища;
потребления, Qбр – расход водопотребления с учетом потерь стока на           • полезный объем Vп – основной рабочий объем, который исполь-
испарение и фильтрацию.                                                 зуется для обеспечения бесперебойной водоподачи и является, собствен-
                                                                        но, объемом регулирования, он располагается между НПУ и УМО;
                                                                             • «мертвый» объем Vм – объем, в регулировании не используе-
                                                                        мый и предназначенный главным образом для аккумуляции твердого
                                                                        стока, а также для обеспечения санитарно-технических требований,
                                                                        качества воды и бесперебойной работы водозаборных сооружений при
                                                                        полной сработке полезного объема. Vм заключен между ложем водо-
                                                                        хранилища и УМО;
                                                                             • объем форсировки Vф является резервным объемом и предназ-
                                                                        начен для срезки максимальных расходов половодий и паводков в це-
                                                                        лях уменьшения размеров водосбросных сооружений. Заключен меж-
                                                                        ду НПУ и УФ.
                                                                             Характерные уровни водохранилища (рис. 1):
                                                                             НПУ – нормальный подпорный уровень. Является проектным уров-
                                                                        нем наполнения водохранилища, по которому рассчитывается гидро-
                                                                        узел и его влияние на прилегающие территории. НПУ может поддер-
                                                                        живаться плотинами в течение длительного периода;
                                                                             УМО – уровень «мертвого» объема – предельно допустимый уро-
                                                                        вень опорожнения водохранилища;
                                                                             УФ – форсированный уровень – предельно допустимый уровень
                                                                        кратковременного превышения НПУ при пропуске многоводных
                                                                        паводков.


                                   12                                                                    13


                  А. А. Савкин, С. В. Фёдоров. Гидрология                                       Глава 2. Водохозяйственные расчеты


                   УФ
                                                                                 Гарантированный объем отдачи с учетом 20 % потерь Wбрутто
                                                                            (далее Wбр):
                   НПУ        Vф                                                                       Wбр = 1,2 Wнт, м3/год,                    (12)
                                                      Vв = Vп + Vм

                        Vп                                                  где Qбр и Wбр являются определяющими при установлении необходи-
                                                                            мости регулирования стока, при обеспечении гарантированной отдачи
                   УМО
                                                                            и определении полезного объема водохранилища Vп.
                                                                                 Нагляднее всего необходимость регулирования проявляется
             Vм                                                             на гидрографе маловодного года. Если линия Qбр, проведенная парал-
                                                                            лельно оси абсцисс, будет располагаться выше линии гидрографа
                                                                            в какие-то декады, то в эти декады будет дефицит стока и необходимо
          Рис. 1. Характерные объемы и уровни водохранилища                 создать резерв для его компенсации, т. е. выполнить регулирование стока
                                                                            водохранилищем. Вид регулирования устанавливается из сопоставле-
        2.1. Обоснование установления исходных данных                       ния Wбр и WP% маловодного года. При WP% > Wбр возможно годичное
           для расчета полезного объема и заключения                        регулирование. Когда WP% < Wбр < W0 , регулирование многолетнее.
             о необходимом виде регулирования стока
                                                                                 Из гидрографа можно установить и полезный объем водохрани-
     Для обеспечения расчетного характерного расхода водопотреб-            лища. Площадь гидрографа S с учетом масштабов графика MQ и Mt
ления при определении полезного объема водохранилища необходимо             соответствует объему годового стока:
учесть потери воды из него на испарение и фильтрацию. Потери могут
быть определены при известных параметрах водохранилища и плоти-                                          WP% = S MQ Mt.                          (13)
ны, которые на данной стадии расчетов не установлены. В соответ-
ствии с накопленным опытом проектирования и эксплуатации, сред-                    Объем дефицита стока Wдеф характеризует площадь между лини-
нее значение суммарных потерь для различных климатических и гео-            ей Qбр и нижележащей линией гидрографа. Определение полезного
логических условий составляет 20 % объема водопотребления –                 объема зависит от формы гидрографа.
                                                                                   Если дефицит стока Wдеф располагается в одном диапазоне кален-
ãàðàí òèðî âàí í î é î òäà÷è Wнетто (далее Wнт):
                                                                            дарной последовательности (от конца половодья до его начала),
                                                                            т. е. имеет место одна межень в годовом цикле стока, то Wдеф будет по-
                       Wнт = 31,536 ⋅ 10 6 ⋅ Qнт , м3/год,           (10)   лезным объемом водохранилища Vп и водохранилище будет иметь один
                                                                            такт сработки.
где Qнт – расход водопотребления (гарантированный расход отдачи),                  Во втором случае над линией Qбр могут быть два (или несколько)
значение которого в курсовой работе принять равным расходу указан-          избыточных объема стока Wполоводья (Wпол) и Wпаводка (Wпав), что на гидро-
ной в задании декады.                                                       графе выразится двумя (или несколькими) не связанными во времени
     Расход гарантированной отдачи с учетом 20 % потерь Qбрутто             дефицитами стока (например, в период осенне-зимней межени Wдеф1
(далее Qбр) составит                                                        и в период летней межени Wдеф2). Полезный объем водохранилища Vп
                                                                            назначается по большему дефициту. Работа водохранилища в этом слу-
                               Qбр = 1,2 Qнт, м3/с.                  (11)   чае будет двухтактной, т. е. будет два цикла сработки. Определение Vп
                                     14                                                                        15


                 А. А. Савкин, С. В. Фёдоров. Гидрология                                   Глава 2. Водохозяйственные расчеты

по гидрографу, имеющему вид гистограммы, можно проводить для             а за последний в году неполный интервал
оценочных целей, так как площади, подсчитанные по осредненным
декадным расходам, могут отличаться от площадей, подсчитанных                                     WP 36,5 = QPi ⋅ 432 000, м3.                     (15)
по гидрографу, построенному по среднесуточным расходам. В курсо-
вой работе эта оценка не обязательна.
                                                                                                                                     Таблица 6
                                                                             Вычисление объемов стока маловодного года P % обеспеченности
      2.2. Определение полезного объема водохранилища Vп
                                                                                                                                 Суммарный сток
         годичного регулирования графическим методом                                   Средние расходы    Величина стока
                                                                                                                                  на последний
                                                                              Декада    за декаду QPi,     за декаду WPi,
                                                                                                                                 день декады WP,
     На практике при использовании графического метода строится                              м3/с              106 м3
                                                                                                                                      106 м3
интегральная кривая стока, по которой и устанавливается полезный                 1            2                   3                     4
объем.                                                                          10
     Интегральная кривая стока является графическим отображением                11
                                                                                12
изменения объема стока во времени. При годичном регулировании стока
                                                                                 –
интегральная кривая строится в прямоугольной системе координат                   –
на миллиметровой бумаге. На оси ординат откладывается объем стока               36
в млн м3, а на оси абсцисс – время в декадах. При выборе масштабов             36,5
MW и Mt следует иметь в виду, что целью построения графика является              1
установление объемов, поэтому детализация шкалы объемов должна                   2
быть выше, чем у шкалы времени. Рекомендуется принимать следую-                  3
                                                                                 –
щее соотношение длин осей координат: шкала объемов / шкала време-                –
ни = 3/2. Интегральной кривой удобнее пользоваться, если она постро-             8
ена не для календарного, а для водохозяйственного года. Водохозяй-               9
ственный год начинается с момента, когда после зимней межени сток
превышает отдачу, т. е. годовой цикл начинается с половодья.                  В графе 4 сток представляется от первой строчки до последней
     Для построения интегральной кривой необходимо вычислить             нарастающим итогом. Данные граф 1 и 4 являются координатами то-
объемы стока за интервалы с последовательной временнóй связью. Так       чек на поле графика. Соединив их плавной линией, получим интег-
как исходными данными являются среднедекадные расходы заданной           ральную кривую стока. Эта линия имеет восходящий характер, так как
обеспеченности, то интервал времени составит одну декаду. Вычисле-       сток в реке непрерывен и объем стока за рассматриваемое время будет
ния представляются в табличной форме (табл. 6).                          возрастать.
     В табл. 6 водохозяйственный год начинается с 10-й декады и за-           Важным свойством интегральной кривой является то, что расход
канчивается 9-й декадой, в связи с этим началом координат будет          в любой момент времени характеризуется тангенсом угла наклона ка-
на абсциссе 9-я декада на ординате 0.                                    сательной к оси абсцисс и численно будет равен расходу при учете
     Данные для граф 1 и 2 берутся из табл. 5. В графе 3 расчет объема   масштабов шкал графика:
стока за декаду определяется так:
                                                                                                                MW
                          WPi = QPi ⋅ 864 000, м3,                (14)                              Q = tg α       , м3/с.                         (16)
                                                                                                                Mt
                                   16                                                                      17


                 А. А. Савкин, С. В. Фёдоров. Гидрология                                   Глава 2. Водохозяйственные расчеты

     Именно потому, что к интегральной кривой, при определении           ки на интегральной кривой будет на участке между последующей ка-
полезного объема водохранилища, проводятся касательные, она долж-        сательной на выпуклом перегибе и конечной точкой графика. Второй
на быть плавной, а не ломаной линией.                                    объем дефицита стока Wдеф2 – это расстояние между последней касатель-
     Прямая, соединяющая начало координат и конец интегральной           ной и линией, параллельной линии Qбр, проведенной в конечной точке
кривой с ординатой WP% и абсциссой T, своим тангенсом угла наклона       интегральной кривой. Все расстояния измеряются в масштабе шкалы
характеризует средний годовой расход маловодного года:                   ординат и вдоль нее. При наличии двух дефицитов стока Wдеф1 и Wдеф2
                                                                         полезный объем Vп будет равен большему из двух дефицитов (рис. 2, 3).
                                 WP %
                                      = QP .                      (17)
                                   T                                                   W, м3         Wп = Wдеф
      На поле графика несложно провести линию потребления (отда-
                                                                                                    Wдеф
чи), которая при постоянной отдаче будет прямой, соединяющей нача-
ло координат с точкой, имеющей ординату в конце водохозяйственно-
го года, т. е. эта точка лежит на вертикали, где отложена WP%. Тангенс
угла наклона линии потребления характеризует Qбр. Следовательно, зная                                                      Wбр
угол наклона линии, характеризующей Qбр, с помощью касательных,                                              Qбр
параллельных этой линии, можно выявить на интегральной кривой точ-
ки с совпадающими значениями расхода стока и расхода потребления.
      Касательные проводятся во всех точках перегиба, а в конце ин-
тегральной кривой проводится линия, параллельная линии Qбр, но она
не является касательной.
      С помощью касательных на интегральной кривой выделяются                            Рис. 2. Определение Vп при однотактной
объемы и периоды дефицита стока как участки интегральной кривой,                                  работе водохранилища
где угол наклона интегральной кривой меньше угла наклона линии
                                                                                        W, м3         Vп = Wдеф1
потребления Qбр. Измерив расстояние вдоль оси ординат между двумя
касательными или касательной в последней выпуклой точке и линией                                        Wдеф2
параллельной линии Qбр в конце интегральной кривой, устанавливает-
                                                                                                   Wдеф1
ся дефицит стока Wдеф.
      При определении полезного объема водохранилища могут быть
                                                                                                                           Wбр
случаи с одним участком дефицита стока, что указывает на однотакт-
ную работу водохранилища, и тогда Vп = Wдеф (рис. 2), либо с двумя                                         Qбр
и более участками, тогда работа водохранилища будет двухтактной
с независимым или зависимым циклом. При независимом цикле каса-                                            Wдеф1 > Wдеф2
тельная в точке с выпуклым перегибом при продолжении вправо пере-
секает интегральную кривую стока. Расстояние, измеренное между этой
касательной и последующей касательной в точке с вогнутым переги-
бом, даст значение дефицита стока Wдеф1. Этот дефицит будет соответ-                      Рис. 3. Определение Vп при двухтактной
ствовать первому такту сработки водохранилища. Второй такт сработ-                                 работе водохранилища

                                   18                                                                        19



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика