Расчет трансформации паводочного стока водохранилища - Водохранилище сезонно-годичного регулирования на р. Ельша

Определение расчетных величин максимальных расходов воды весеннего половодья при отсутствии данных наблюдений

В общем случае максимальным стоком называют процесс формирования высокого стока в форме весенних половодий. Максимальным расходом называется расход, на пропуск которого рассчитывают водопропускные и водосбросные отверстия гидротехнических сооружений, мостовые отверстия и т. д. Занижение максимального расчетного расхода приводит к переполнению водохранилищ и разрушению сооружений, что влечет за собой значительный материальный ущерб.

В настоящее время в строительном проектировании расчетная схема определения максимальных расходов воды при отсутствии данных наблюдений основана на эмпирической редукционной формуле, учитывающей редукцию коэффициента дружности половодья по площади водосбора.

Расчетный максимальный расход талых вод на равнинных реках определяется по формуле:

, (5.1)

Где QP - максимальный мгновенный расход воды расчетной обеспеченности, м3/с;

К0 - коэффициент, характеризующий дружность половодья;

µ - коэффициент, учитывающий различие коэффициентов вариации слоя стока и максимальных расходов воды половодья;

HР - слой суммарного весеннего стока той же обеспеченности, мм;

ДОз - коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов воды на реках, зарегулированных водохранилищами, прудами, и проточными озерами;

ДБ и дЛ - коэффициенты, учитывающие снижение максимальных расходов воды на заболоченных и залесенных водосборах соответственно;

А - площадь водосбора расчетной реки, км2;

А1 - площадь водосбора, начиная с которой наблюдается редукция стока по площади (А1=1,0);

N1 - показатель степени редукции (n1=0,20).

Коэффициент дружности весеннего половодья определяется по рекам-аналогам или по формуле:

(5.2)

Где IВ - уклон водосбора, ‰;

НСр - средняя высота водосбора, м;

С - густота речной сети, км/км2;

АЛес - площадь водосбора, занятая лесом, км2.

Расчетный слой весеннего половодья определяется по формуле:

, (5.3)

Где kР - модульный коэффициент расчетной обеспеченности;

- средний многолетний слой стока весеннего половодья, мм.

Коэффициент дОз, учитывающий влияние озер, определяется по формуле:

, (5.4)

Где с - коэффициент, принимаемы в зависимости от среднего многолетнего слоя весеннего половодья ;

АОз - средневзвешенный коэффициент озерности, %.

Коэффициент дБ, учитывающий влияние болот, определяется по формуле:

, (5.5)

Где в - коэффициент, учитывающий тип болот и преобладающий механический состав;

АБ - относительная площадь болот и заболоченных лесов и лугов в бассейне,%.

Коэффициент дЛ, учитывающий влияние леса, определяется по формуле:

, (5.6)

Где б1 - коэффициент, зависящий от природной зоны и расположения леса на водосборе;

АЛ - залесенность водосбора, %;

N2 - коэффициент, зависящий от почвогрунтов под лесом (n2=0,22).

Определение максимальных расходов воды весеннего половодья при отсутствии данных наблюдений производим в следующей последовательности:

    1. На карте находим исходную реку Ельшу, которая является притоком Зап. Двины, по табл. 4 1 [1] определяем коэффициент µ для заданных обеспеченностей: µ1%=1,0; µ5%=0,90; µ10%=0,84; µ25%=0,75. 2. По Приложению К определяем коэффициент вариации СV=0,4, далее по табл. 4.2 находим соотношение СS/СV=2 и далее по Приложению В вычисляем модульные коэффициенты требуемых обеспеченностей: k1%=2,16; k5%=1,74; k10%=1,54; k25%=1,23. По картам изолиний Приложения И определяем средний многолетний слой стока весеннего половодья =120 мм [1]. Далее по формуле (5.3) рассчитываем слой суммарного весеннего стока каждой обеспеченности:

H1%=2,16-120=259,2 мм;

H5%=1,74-120=208,8 мм;

H10%=1,54-120=184,8 мм;

H25%=1,23-120=147,6 мм.

3. Определяем коэффициент дОз, учитывающий влияние озер по формуле (5.4), в которой коэффициент с=0,30 находим по табл. 4.3 при =120 мм, коэффициент озерности АОз=1% [1]:

    4. Определяем коэффициент дБ, учитывающий влияние болот, по формуле (5.5) 5. АБ=21% (суммарная площадь болот, заболоченных земель и заболоченного леса). Коэффициент, учитывающий тип болот и преобладающий механический состав, определяем по табл. 4.4 в=0,7 [1]: 6. Определяем коэффициент дЛ, учитывающий влияние леса, по формуле (5.6) 7. АЛ=37%, коэффициент, зависящий от природной зоны и расположения леса на водосборе, определяем по табл. 4.5 б1=1,0 [1]:

8. Определяем коэффициент дружности весеннего половодья К0 по формуле (5.2):

9. Рассчитываем максимальные расходы воды весеннего половодья заданных обеспеченностей, подставляя полученные значения коэффициентов в формулу:

Построение расчетного гидрографа весеннего половодья

Гидрографы половодий (паводков) формируются под влиянием природных факторов и характеризуются максимальным расходом, объемом стока, асимметрией очертания, продолжительностью половодья (паводка).

Форму расчетного гидрографа нормами проектирования рекомендуется принимать по моделям наблюдавшихся половодий в расчетном створе или на реке-аналоге. При отсутствии или недостаточности наблюдений применяют различные способы схематизации расчетных гидрографов половодья (паводка). Расчетные гидрографы по равнообеспеченным объемам половодья (паводка) и максимальному расходу.

За модель для построения расчетного гидрографа половодья принимают гидрограф, характеризующийся относительно высокими максимальными расходами и слоем стока, близким к расчетной обеспеченности.

Для расчета гидрографов половодий используют среднесуточные расходы воды. Максимальный среднесуточный расход определяется по формуле:

, (5.7)

Где - максимальный среднесуточный расход воды весеннего половодья, м3/с;

QMax - максимальный мгновенный расход весеннего половодья, м3/с;

KT - коэффициент полноты формы гидрографа.

Расчетный модуль максимального среднего суточного расхода воды весеннего половодья (qP) вычисляем по формуле:

, (5.8)

Где А - площадь водосбора, км2.

Слой стока 5%-ной обеспеченности уже известен h5% = 208,8 мм. Далее по формуле (5.9), подставляя полученные значения, определяем продолжительность подъема весеннего половодья:

, (5.9)

Где - коэффициент учитывающий форму гидрографа, для Беларуси.

Вычисляем ординаты расчетного гидрографа стока воды по формулам:

, (5.10)

Где X, y - относительные ординаты расчетного гидрографа стока воды [1].

Для более удобного расчета составляем таблицу 5.1.

Таблица 5.1 Координаты расчетного гидрографа стока воды весеннего половодья р. Ельша - с. Козеевщина

X

Y

Ti, сут

Qi, м3/с

1

2

3

4

0,1

0,00

0,7

0,00

0,2

0,011

1,4

3,00

0,3

0,099

2,1

27,03

0,4

0,28

2,8

76,44

0,5

0,49

3,5

133,77

0,6

0,69

4,2

188,37

0,7

0,83

4,9

226,59

0,8

0,93

5,6

253,89

0,9

0,98

6,3

267,54

1,0

1,00

7,0

273,00

1,1

0,99

7,7

270,27

1,2

0,95

8,4

259,35

1,3

0,91

9,1

248,43

1,4

0,85

9,8

232,05

1,5

0,79

10,5

215,67

1,6

0,73

11,2

199,29

1,7

0,66

11,9

180,18

1,8

0,60

12,6

163,80

1,9

0,55

13,3

150,15

2,0

0,49

14,0

133,77

2,2

0,40

15,4

109,20

2,4

0,32

16,8

87,36

2,6

0,25

18,2

68,25

2,8

0,19

19,6

51,87

3,0

0,15

21,0

40,95

3,5

0,079

24,5

21,57

4,0

0,042

28,0

11,47

5,0

0,011

35,0

3,00

6,0

0,003

42,0

0,82

8,0

0,00

56,0

0,00

По графам 3 и 4 таблицы 5.1 строим расчетный гидрограф стока воды весеннего половодья р. Ельша - с. Козеевщина, где указываем значение =273 м3/с, рисунок 5.1.

Определение трансформации паводкового стока водохранилищем

Все методы расчета трансформации паводкового стока основаны на интегрировании уравнения водного баланса водохранилища. Для этого необходимо иметь расчетный гидрограф притока и заданный тип сбросных сооружений.

В качестве сбросного сооружения принимаем водослив с отметкой порога на НПУ равной 159,0 м.

Расход воды через водослив практического профиля определяем по формуле:

, (5.11)

Где В - ширина водосливного фронта, м;

H - напор над гребнем водослива;

M - коэффициент расхода водослива.

Расчет производим графоаналитическим методом.

Метод заключается в решении уравнения водного баланса водохранилища и конечных разностях, преобразованного к виду

(5.12)

Для решения данного уравнения необходимо построение вспомогательного графика

.

При этом расчетный интервал времени 1сут.=0,0864 млн. сек. Для определения координат графика составляем таблицу 5.2, а для построения кривой сбросных расходов - таблицу 5.3.

Уточненное значение слоя форсировки рассчитываем по формуле:

, (5.13)

Где QMax - максимальный сбросной расход, снятый с кривой сбросных расходов.

Форсированный подпорный уровень определяем по формуле:

(5.14)

Объем форсировки (регулирующий объем водохранилища) определяем как разность объемов при ФПУ и НПУ:

(5.15)

НПУ=159,0 м, Q5%=273 м3/с, m=0,46.

Задаваясь предварительно слоем форсировки

HФ=ФПУ-НПУ=1,5 м,

Определяем ориентировочное значение ширины водосливного фронта:

В связи с тем, что регулирующая емкость водохранилища уменьшает QMax5% расчетное значение В уменьшают на 10...15%, и принимаем равным 65,5 м.

Сбросной расход определяется по формуле :

Для определения координат графика составляем таблицу 5.2.

Таблица 5.2 Расчет координат вспомогательного графика зависимости сбросных расходов от объема воды в водохранилище

Н, м

HФ, м

Q, м3/c

VП, млн. м3

V=VП-VНпу, млн. м3

0,5-q-?t, млн. м3

V+0,5-q-?t, млн. м3

1

2

3

4

5

6

7

НПУ=159,0

0,0

0,0

116,82

0,00

0,00

0,00

159,5

0,5

47,3

118,10

1,28

4,09

5,37

160,0

1,0

133,7

120,19

3,37

11,55

14,92

160,5

1,5

245,6

123,20

6,38

21,22

27,60

По таблице 5.2 (графы 3 и 7) строиться кривая q = f(V+0,5q?t) (рисунок 5.2). Для построения кривой сбросных расходов составляем таблицу 5.3.

Таблица 5.3 Расчет трансформации половодья р. Ельша - с. Козеевщина

Интервал

Дt, млн. с

QН, м3/с

QК, м3/с

Ѕ( QН+QК), м3/с

Q, м3/с

Q-?t, млн. м3

VК, млн. м3

1

2

3

4

5

6

7

8

1

0,1728

0,0

16,0

8,0

0,0

0,00

1,38

2

0,1728

16,0

160,0

88,0

12,0

2,07

14,51

3

0,1728

160,0

259,0

209,5

127,5

22,03

28,68

4

0,1728

259,0

270,0

264,5

256,5

44,32

30,06

5

0,1728

270,0

226,8

248,4

268,5

46,40

26,58

6

0,1728

226,8

174,6

200,7

237,7

41,07

20,19

7

0,1728

174,6

133,8

154,2

181,5

31,36

15,47

8

0,1728

133,8

100,2

117,0

138,2

23,88

11,81

9

0,1728

100,2

72,1

86,2

105,1

18,16

8,54

10

0,1728

72,1

47,8

59,9

76,5

13,22

5,67

11

0,1728

47,8

34,0

40,9

51,3

8,86

3,88

12

0,1728

34,0

24,0

29,0

34,5

5,96

2,93

13

0,1728

24,0

16,8

20,4

27,2

4,70

1,76

14

0,1728

16,8

11,7

14,3

16,5

2,85

1,38

15

0,1728

11,7

6,6

9,2

12,0

2,07

0,90

16

0,1728

6,6

4,2

5,4

7,6

1,31

0,52

17

0,1728

4,2

2,8

3,5

4,2

0,73

0,39

По данным таблицы 5.3 (графа 6) строим кривую расходов (рисунок 5.3).

Рассчитываем уточненное значение слоя форсировки по формуле:

Определяем форсированный подпорный уровень:

ФПУ=159,0+1,59=160,59 м

Объем форсировки вычисляем по формуле:

Похожие статьи




Расчет трансформации паводочного стока водохранилища - Водохранилище сезонно-годичного регулирования на р. Ельша

Предыдущая | Следующая