Указания к решению задачи. Потери воды на испарение и фильтрацию из проектируемого водохранилища оцениваются в зависимости от климатических и гидрогеологических условий его

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:

U_и = (ω_умо + ω_пол) * h_и / 2, (21)

где - ω_умо, ω_пол - площад и зеркала воды в водохранилище при УМО и НПУ соответственно (м²); устанавливаются по кривой ω = f (H) на рисунке рис.3;

h_и - 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 h_и 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 К_ф = 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:

U_ф = (W_умо + W_пол) * К_ф /(2 * 100), (22)

где W_умо, W_пол – объемы воды в водохранилище при УМО и НПУ соответственно (м³); определяются расчетом (см. задачу 3);

К_ф – относительные потери на фильтрацию, %.

Суммарный объем годовых потерь воды из водохранилища на испарение и фильтрацию будет равен:

U_сум = U_и + U_ф (23)

Коэффициент потерь по отношению к водоотдаче (нетто) определяется по формуле:

К_б = 1 + (U_сум / 31,54 * 10⁶ * U_н) (24)

где Uн – полезная водоотдача (нетто), м3.

При сравнении полученного расчетом коэффициента потерь с приближенно принятым ранее (задача 2) в расчетах полного водопотребления (брутто) К_б = 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:

Q_сбр = β_в * Q_р% * (1 - W_рег/ W_р%), (25)

где β_в – коэффициент, учитывающий форму гидрографа стока; принимается для треугольной формы равным 1, трапецеидальной – 1,2, параболической (по Д. Л. Соколовскому) – 0,85;

Q_р% - максимальный расход весеннего половодья или дождевого паводка расчетной обеспеченности, м³/с;

W_р% - объем стока воды в водохранилище за половодье или дождевой паводок расчетной обеспеченности, млн. м³);

W_рег - регулирующий объем водохранилища, млн. м³.

Величина W_рег находится по формуле:

W_рег = W_фпу - W_пол, (26)

где W_фпу, W_пол – 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 h_и = 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 ω_умо, ω_пол - площади зеркала воды в водохранилище при УМО и НПУ соответственно (м²) установим по кривой ω = f (H) на рисунке (прил.5):

ω_умо = 0,40 млн. м², ω_пол = 2,75 млн. м².

h_и - годовой слой испарения с водной поверхности (м); принимаем по данным территориального Справочника «Ресурсам поверхностных вод» равным 0,55 м.

U_и = (ω_умо + ω_пол) * h_и / 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: W_умо = 0,80 млн.м³, W_пол = 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:

U_ф = (W_умо + W_пол) * К_ф / (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:

U_сум = U_и + U_ф = 0,87 * 10⁶ + 0,43 * 10⁶ = 1,30 млн. м³.

Коэффициент потерь по отношению к водоотдаче (нетто) составит:

К_б = 1 + (U_сум / 31,54 * 10⁶ * U_н) =

= 1 + (1,30 * 10⁶ / 31,54 * 10⁶ * 0,82) = 1,05.

При сравнении полученного коэффициента потерь с приближенно принятым в расчетах полного водопотребления (брутто) К_б = 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 β_в = 1.

Максимальные расходы и объемы весеннего половодья и дождевого паводка расчетной обеспеченности принимаем по результатам расчетов задачи 5:

а) весеннее половодье:

Q_2% = 77.6 м³/с, Q_0.5% =87.3 м³/с.

W_2% = 81.5 млн.м³, W_0.5% = 89.9 млн.м³.

б) дождевой паводок:

Q_с2% = 37,9 м3/с, Q_с0.5% =55,4 м³/с.

W_л2% = 20,7 млн.м3, W_л0.5% = 30,2 млн.м³.

Величину W_рег находим по формуле (26), в которой

W_фпу, W_пол – объемы воды в водохранилище при отметках ФПУ и НПУ соответственно (млн.м³); определим по топографической кривой W = f (H).

W_фпу = 14,0 млн.м³, W_пол = 7,8 млн.м³.

W_рег = W_фпу - W_пол = 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

Q_сбр = β_в * Q_2% * (1 - W_рег/ W_2%) =

= 1,0 * 77,6 * (1 – 6,2 / 81,5) = 71,7 м³/с (нормальные).

Q_сбр = β_в * Q_0,5% * (1 - W_рег/ W_0,5%) =

= 1,0 * 87,3 * (1 – 6,2 / 89,9) = 81,3 м³/с (чрезвычайные).

б) дождевой паводок

Q_сбр = βв * Q_с2% * (1 - W_рег/ W_л2%) =

= 1,0 * 37,9 * (1 – 6,2 / 20,7) = 26,5 м³/с (нормальные).

Q_сбр = β_в * Q_с0,5% * (1 - W_рег/ W_л0,5%) =

= 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.