3. Расчет водохранилища многолетнего регулирования

Полезный объем водохранилища многолетнего регулирования стока условно делят на многолетнюю и сезонную составляющие:

V_плз = V_мн + V_сез. (47)

Сток, отдачу, объем водохранилища и другие параметры при многолетнем регулировании выражаются в относительных единицах, т. е. в долях среднемноголетне­го объема стока W_о.

Сток в долях среднемноголетнего объема стока называется модульным коэффициентом стока:

Кi = W_i/W_о. (48)

Отдача водохранилища - коэффициентом регулирования стока:

α = U/W_о. (49)

Объем водохранилища характеризуется коэффициентом емкости водохранилища:

β_п = V_плз/W_о. (50)

Уравнение (47) можно записать в виде:

V_плз = β_мн W_о+β_сез W_о = (β_мн +β_сез) W_о.

Задача сводится к определению коэффициентов многолетней и сезонной составляющих ем­кости водохранилища.

3.1.1. Расчет сезонной составляющей объема

Сезонную составляющую объема рассчитывают из условия необходимости покрытия дефицита в воде в первый год после окончания маловодного периода, т.е. когда многолетний запас исчерпан. Считают, что в расчетном году сток равен отдаче (К_р.г. = α).

Для этого случая: β_сез = α ∙ (t_м – m_м), (51)

где t_м – длительность межени в долях года;

t_м = (Т-Т₀)/Т = (365-54)/365 =0,85, (52)

где Т_о - продолжительность паводка, в нашем случае 54 дня;

Т- продолжительность года, 365 дней;

m_м - доля меженного стока в среднегодовом, для рек Алтайского края примем равной 0,23;

α – коэффициент регулирования стока, примем равным 0,75;

W_о – средний многолетний сток.

Таким образом: β_сез = 0,75∙ (0,85 – 0,23) = 0,46.

V_сез = β_сез∙ W_о = 603,99 ∙ 0,46 = 278 млн. м³.

3.1.2. Определение многолетней составляющей

а) по графикам Я.Ф. Плешкова

Коэффициент многолетней составляющей β_мн можно определить с помощью графиков Я.Ф. Плешкова (Приложение 5), при C_s = 2C_v и коэффициенте корреляции между годовым стоком смежных лет r = 0. По графику (рис. 12) определяется β_мн, как функция β_мн = f(Р, α, C_v, C_s, r).

В нашей задаче при C_v = 0,31; C_s ≠ 2 C_v, следовательно, этим методом мы воспользоваться не можем.

Рис.12 Графики Я.Ф. Плешкова для определения многолетней составляющей емкости водохранилища.

б) графическим способом

При расчетах многолетнего регулирования стока на стадии предварительного анализа и приближенных вычислений применяют графические способы. Наиболее часто используют со­кращенную интегральную кривую, для построения которой данные берут из табл. 24.

Рис.13. Сокращенная интегральная кривая и лучевой масштаб

Таблица 24

Расчет ординат сокращенной интегральной кривой р. Алей – Староалейское

Год	Qср год	К	К-1	∑ (К-1)
1960	29,47	1,54	0,54	0,54
1961	25,45	1,33	0,33	0,87
1962	18,98	0,99	-0,01	0,86
1963	11,6	0,61	-0,39	0,47
1964	19,54	1,02	0,02	0,49
1965	15,83	0,83	-0,17	0,32
1966	34,58	1,81	0,81	1,13
1967	13,34	0,70	-0,30	0,85
1968	17,53	0,92	-0,08	0,75
1969	26,88	1,40	0,40	1,15
1970	17	0,89	-0,11	1,04
1971	20,96	1,09	0,09	1,12
1972	20,5	1,07	0,07	1,19
1973	26,55	1,39	0,39	1,58
1974	18,64	0,97	-0,03	1,56
1975	17,14	0,90	-0,10	1,45
1976	20,15	1,05	0,05	1,49
1977	20,42	1,07	0,07	1,55
1978	15,85	0,83	-0,17	1,39
1979	23,12	1,21	0,21	1,59
1980	14,33	0,75	-0,25	1,34
1981	11,94	0,62	-0,38	0,97
1982	13,05	0,68	-0,32	0,65
1983	14,3	0,75	-0,25	0,39
1984	11,67	0,61	-0,39	0

На сокращенной кривой отчетливо выражены характерные фазы стока - половодье и межень, многоводные и маловодные годы и периоды. Это де­лает сокращенную интегральную кривую наглядной и удобной для выполнения расчетов регулирования стока.

Поскольку при расчетах многолетнего регулирования сток, отдачу и объем водохранилища принято выражать в относитель­ных величинах (в долях среднего годового стока), сокращенную интегральную (суммарную) кривую стока удобнее строить, откладывая по оси ординат сумму ∑(K_i-1), где К_i = Q_i/Q_о, - модульный коэффициент стока.

Расчет координат разностной интегральной кривой ведут табличным способом (табл. 24).

Отдача, выраженная в виде коэффициента зарегулиро­вания стока α.=U_i/W, представляется через лучевой масштаб. Лучевой масштаб - это вспомогательный график, на котором наклон лучей соответствует определенным значениям отдачи водохранилища α.

Для построения лучевого масштаба определяют полюсное расстояние:

Р = m_w/m_t (53)

Если масштаб ∑(К-1) – в 1 см 0,1; а масштаб времени – в 1 см 1 год, то Р = 0,1; следовательно, отложив по горизонтали 1 см, по вертикали откладывают 10см.

Чтобы определить β_мн к крайним точкам сокращенной интегральной кривой проводят касательные параллельно наклону линий соответствующих различным значениям α. Касательные проводятся таким образом, чтобы линии не пересекали интегральную кривую. Расстояние между верхней и нижней касательной и дает значение β_мн.

Кроме того, значение β_мн можно определить по формуле:

β_мн = Δ∑ (К-1) – п (1-α), (54)

где Δ∑ (К-1) – наибольшее вертикальное расстояние между верхними и нижними касательными (в нашей задаче 1,59 -0 =1,59);

п – период дефицита, лет ( 5 лет).

Расчет сводится в таблицу 25:

Таблица 25

Значения многолетней составляющей

α	βмн = Δ∑ (К-1) – п (1-α)	βмн +βсез
1	1,59	2,12
0,9	1,09	1,62
0,8	0,59	1,12
0,7	0,09	0,62
0,6	-0,41	0,12

Затем строится гра­фик β_мн =f(α). Суммируя β_cез и β_мн, найденные для различных значений α, получают график зависимости β_мн+ β_сез=f(α).

рис. 14. График зависимости β_мн = f(α) и β_мн + β_сез = f(α)

По графику определяют значение многолетней составляющей при α = 0,75(для всех вариантов), β_мн = 0,34;

V_мн = 0,34· 603,99 =205 млн. м³.

Тогда V_плз = β_мн W_о + β_сез W_о = ( β_мн +β_сез) W_о = 0,8 ∙ 603,99 = 483 млн. м³.

Полный объем водохранилища многолетнего регулирования:

V_нпу = V_плз + V_м.о. = 483+ 140 = 623 млн. м³.

По батиграфической кривой определяется НПУ водохранилища многолетнего регулирования: НПУ = 149,3м

Все основные показатели по расчету водохранилища многолетнего регулирования сводятся в таблицу 26.

Таблица 26

Сводка основных показателей водохранилища многолетнего регулирования

Показатель	Обозначение	Единицы измер.	Величина
Период наблюдений за стоком	n	лет	25
Норма стока	Qо	м^3/с	19,15
Максимальный расход	Qmax	м^3/с	541
Коэффициент регулирования	α		0,75
Коэффициент емкости водохранилища	β		0,8
в т.ч. сезонной составляющей	βсез		0,46
многолетней составляющей	βмн		0,34
Полезный объем	Vплз	млн.м^3	483
в т.ч.сезонная составляющая	Vсез	млн.м^3	278
многолетняя составляющая	Vмн	млн.м^3	205
Мертвый объем	Vм.о.	млн.м^3	140
Полный объем водохранилища	Vнпу	млн.м^3	623
Уровень мертвого объема	УМО	м	144,2
Нормальный подпорный уровень	НПУ	м	149,3
Форсированный подпорный уровень	ФПУ	м	151,18
Форсированный объем	Vфпу	млн.м^3	780
Объем форсировки	Vф	млн.м^3	121
Слой форсировки	hф	м	1,88
Сбросной расход	qсб	м^3/с	470
Ширина водослива	B	м	100
Площадь зеркала при НПУ	ωнпу	км^2	91
Площадь зеркала при ФПУ	ωфпу	км^2	115