Ход решения

Метод расчета заключается в следующем. Для рек, по которым имеются кривые обеспеченности годового стока в процентах от годового стока и месячное распределение стока в процентах от годового для года с низкой меженью, минимальный расход заданной обеспеченности может быть вычислен по формуле:

(13)

где a – наименьший процент месячного распределения стока для года с низкой меженью;

Q_P% – средний годовой расход заданной обеспеченности.

Рассмотрим применение этого метода на данном примере. Из табл. 3 видно, что в январе процент месячного стока будет наименьшим, a = 1 %.

Минимальный расход обеспеченности определяется по формуле (13).

Данным методом можно рассчитать минимальные расходы заданной обеспеченности для неизученного района при отсутствии материалов наблюдений, пользуясь картами годовых модулей стока; распределение стока по месяцам можно определить по методу аналогии с ближайшими районами.

Решение

1) Определяем расход стока по месяцам в процентах от годового:

I месяц:

II месяц:

X месяц:

XI месяц:

2) Выбираем минимальный расход заданной обеспеченности:

I месяц:

II месяц:

X месяц:

XI месяц:

Вывод: в данной практической работе первый месяц, в котором сток в процентах от годового будет наименьшим , определили минимальные расходы заданной обеспеченности.

Практическая работа № 4

СТРОЕНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩА И ЕГО ЗАИЛЕНИЕ

Цель работы: изучить строение водохранилища и научиться использовать формулы для определения периода заиления его мертвого объема и среднего годового стока наносов.

Дано:

Годовой расход наносов R=300 кг/с;

Плотность наносов ρ = 000, кг/м³;

Доля транзитных наносов от 1 σ = 0,40;

Мертвый объем водохранилища, V_УМО = 120 млн. м³.

Задание:

1. Используя данные и формулу (15), вычислить годовой сток наносов, попадающих в водохранилище.

2. Используя данные и формулу (14), определить время заиления водохранилища.

3. Сделать выводы.

Краткие теоретические сведения

Водохранилища – искусственные водоемы. Они предназначены для задержания, накопления, хранения и перераспределения во времени воды – регулирования речного стока с целью использования его для удовлетворения нужд народного хозяйства: выработки электрической энергии, орошения, водоснабжения, водного транспорта. Большие водохранилища обычно обслуживают несколько отраслей народного хозяйства.

В водохранилищах выделяют несколько характерных уровней. НПУ – нормальный подпорный (проектный) уровень, выше которого подъем воды в водохранилище, как правило, не допускается. ФПУ – форсированный подпорный уровень превышает НПУ на 1–2 м и кратковременно допускается в редких случаях при пропуске вод особенно больших половодий и паводков. УМО – уровень мертвого объема, ниже которого сработка вод невозможна. Между ФПУ и НПУ находится резервный объем водохранилища, между НПУ и УМО – полезный объем, а ниже УМО – мертвый объем.

Водохранилища создаются путем возведения плотин, перегораживающих долину реки, путем обвалования речной поймы. В водохранилища превращены некоторые озера путем искусственного повышения их уровня с помощью плотин, построенных вблизи истоков вытекающих из них рек. На больших реках создаются каскады водохранилищ. Малые водохранилища, создаваемые на мелких звеньях гидрографической сети, называют прудами, а в земляных выемках – копанями. По форме в плане и строению котловины водохранилища делят на речные и озерные. Речные водохранилища (иногда их подразделяют на русловые и долинные) образуются в результате затопления русел и долин рек (Горьковское, Волгоградское и др.). Форма их вытянутая, очертания уреза повторяют очертания русла или долины. Длина во много раз превышает ширину. Наибольшие глубины располагаются в местах затопленных русел и увеличиваются в направлении к плотине.

Заиление водохранилищ является результатом отложения наносов, приносимых притоками и образующихся от разрушения берегов; отложения остатков водной растительности и организмов, населяющих водоем, имеют меньшее значение в процессе заиления, особенно в первые годы эксплуатации водохранилищ.

Очевидно, что процесс заиления больших водохранилищ равнинных рек длителен и измеряется многими сотнями лет. Малые водохранилища, построенные на горных реках, обладающих высоким твердым стоком, заиливаются быстро, в течение нескольких лет. Известны случаи, когда продолжительность заиления ограничивалась одним – тремя годами. Значительные колебания уровня, переменный подпор, различная проточность и меняющийся скоростной режим создают специфические особенности в перемещении и отложении наносов в водохранилищах, отличные от озер и рек. Эти особенности могут иметь индивидуальный характер для отдельных водохранилищ, что осложняет изучение формирования, движения и отложения наносов в них.

Детально изучено заиление водохранилищ на горных реках. В озерных и русловых водохранилищах движение и осаждение наносов происходит по-разному. В озерных водохранилищах, сооруженных на горных реках, характерен резкий переход уровенной поверхности реки к горизонтальному подпертому зеркалу водохранилища, вследствие чего в конце верхнего бьефа столь же резко происходит уменьшение скорости течения. В русловых, вытянутых в плане, узких водохранилищах переход кривой подпора к естественному уровню реки происходит постепенно и скорости течения меняются медленно. В водохранилищах озерного типа в зоне выклинивания подпора происходит концентрированное осаждение наносов крупных фракций. Формируется конус выноса, приобретающий характер дельты, в пределах которой поток разбивается на рукава. Мелкие наносы осаждаются на всем протяжении водохранилища и частично выносятся в нижний бьеф.

В водохранилищах руслового типа отложения наносов распределяются более или менее равномерно или приобретают вид гряды, постепенно передвигающейся из верхней части водохранилища к плотине. Отложение и перемещение наносов к плотине то усиливается, то ослабевает. В подобной цикличности явления значительная роль принадлежит уровенному режиму. При зимней сработке уровня перед половодьем место выклинивания кривой подпора приближается к плотине, вследствие чего происходит размыв поверхности отложений и перемещение ранее осевших наносов ближе к плотине. По мере заполнения водохранилища место выклинивания подпора удаляется от плотины и в верхнем участке подпорного бьефа вновь создаются благоприятные условия для отложения наносов. Явление это нашло подтверждение при изучении режима мутности в Кайраккумском водохранилище.

С. И. Алтунин пришел к выводу, что процесс заиления водохранилищ носит затухающий характер. Объясняется это следующим. По мере заиления водохранилища происходит повышение дна и уменьшение глубин в зоне кривой подпора, в связи с чем место выклинивания кривой подпора перемещается вверх по течению. Отметки подпертого уровня в зоне кривой подпора повышаются и при сохранении у плотины НПУ уклон водной поверхности увеличивается, что в конечном итоге приводит к увеличению скоростей течения и способствует увеличению транзита наносов через плотину. Влекомые наносы, приносимые рекой, перемещаются по поверхности отложившихся взвешенных наносов. Гряда донных наносов, распространяясь вниз по течению, со временем надвигается на отложения более мелких наносов, образуя из-за различий в режиме водохранилищ перемежающиеся слои отложений различной крупности.

Распределение отложений по ширине водохранилища отличается неравномерностью и зависит от ряда факторов: рельефа дна, размыва берега в тех или иных участках, направления и скорости ветровых течений и др.

Ход решения

Время «жизни» водохранилища определяется периодом заиления его мертвого объема (τ, годы), который вычисляют по формуле:

(14)

где V_УМO – мертвый объем водохранилища, м³;

W_R – средний годовой сток наносов, м³;

σ – доля стока наносов, проходящая через водохранилище транзитом.

Средний годовой сток наносов определяется по формуле:

(15)

где R – средний годовой расход наносов, кг/с;

Т – количество секунд в году (31,54·10⁶ с);

ρ – плотность донных отложений, кг/м³.

Определяем, превышает ли полученный срок заиления мертвого объема водохранилища, удовлетворяющий и санитарно-техническим требованиям, и необходимому качеству воды допустимый срок заиления для малых водохранилищ (50 лет).

Решение

1) Определяем средний годовой сток наносов:

2) Определяем срок заиления мертвого объема водохранилища:

Вывод: в данной практической работе вычислили годовой сток наносов, попадающих в водохранилище , определили время заиления водохранилища τ = 42 года.