Лекция N7

1.Компенсирующее и каскадное регулирование стока. Компенсирующее регулирование - это покрытие дефицита в воде путем попусков из водохранилищ, расположенных выше водозабора. К этому виду регулирования стока прибегают, когда по каким-то условиям (топографическим, гидрогеологическим, экономическим и т.д.) нельзя создать водохранилище в том месте, где водозабор и, чтобы достигнуть наибольшего эффекта регулирования стока путем маневрирования объемами водохранилищ, расположенных на одной речной системе.

Простейшая схема конпенсирующего регулирования стока представлена на рис. 1а: водохранилище расположено на притоке в створе В, а водозаборное сооружение, через которое обеспечивается подача воды потребителям, - ниже по течению в створе А. Между створами водохранилища и водозабора находится часть площади водосбора, на которой сток не зарегулирован. Требуемую отдачу q_А в том месте, где водозабор (створ А) обеспечивают за счет как незарегулированного стока, так и попусков воды из водохранилища на притоке.

В качестве примера рассмотрим порядок расчета компенсирующего сезонного регулирования стока одним водохранилищем на притоке.

Для определения полезного объема компенсирующего водохранилища в створе В на одном чертеже совмещают расчетный гидрограф стока Q_A(t) и требуемой отдачи q_A(t) за год в створе водозабора А (рис. 1б). Кроме того от линии отдачи вверх откладывают ординаты расчетного гидрографа в створе В и строят график (q_A+ Q_в) = f(t).

Допускается, что временем добегания воды от створа В до створа А можно пренебречь. Рассмотрим, какой расход можно забрать для наполнения водохранилища в характерные моменты времени t₁ t₂ и t₃. В момент t₁ расход в створе А значительно превышает требуемую отдачу, то есть Q_A> q_A; поэтому весь расход притока можно задержать в водохранилище и при этом останется еще свободный избыток стока, равный bc, который поступает с незарегулированной части водосбора, В момент t₂ приток В дает расход a¢ b¢, но из него можно оставить в водохранилище только ту часть, которая является избытком стока над водопотреблением у точки А, равную ординате a¢ с¢. Наконец, в момент t₃ в нижнем створе имеет место дефицит, и из расхода Q_в задерживать ничего нельзя.

Таким образом, избыточный сток W¢_B притока В, который может быть использован для компенсирующего регулирования, определяется площадью (на рис. 1 заштрихована), ограниченной линией отдачи и кривыми Q_A(t) и (q_A+ Q_в) = f(t).

2. Каскадное регулирование стока. Систему водохранилищ, последовательно расположенных в виде ступеней вдоль какой-либо реки, называют каскадом. Условия работы водохранилищ, входящих в каскад, отличаются от условий изолированно работающих. Каждое нижнее по течению водохранилище использует сток, прошедший через вышележащие ступени каскада и подвергшийся их воздействию. В результате этого в режим стока по длине реки вносятся изменения: суммарный его объем уменьшается вследствие изъятия воды на нужды водопотребления и потери на испарение с поверхности водохранилищ, кроме того, происходит перераспределение стока во времени.

Если бьефы плотин, создающих водохранилище, примыкают друг к другу и между ними не остается площадей водосбора с незарегулированным стоком, имеет место сомкнутый каскад. В этом случае образующие каскад водохранилища связаны между собой гидравлически и режим работы нижнего по течению водохранилища отражается на уровнях воды в нижнем бьефе вышележащей ступени. При этом создаются благоприятные условия для более полного перераспределения и использования речного стока в целях гидроэнергетики, судоходства, лесосплава, а также других отраслей народного хозяйства.

Если же подпор от нижерасположенного водохранилища не достигает нижнего бьефа вышерасположенного и между ступенями каскада имеются незарегулированные участки реки, каскад называют несомкнутым. Очевидно, что такой каскад с точки зрения использования стока менее предпочтителен.

Водохранилища каскада могут работать в независимом или компенсирующем режиме. При независимом режиме каждое водохранилище регулирует сток в целях удовлетворения запросов прикрепленных к нему потребителей. Когда же водохранилище подчинено условиям работы других ступеней или каскада в целом, имеет место компенсирующий режим.

Расчеты регулирования стока каскадом водохранилищ выполняют табличным или графическим способами по календарным гидрологическим рядам, а также обобщенными методами.

3. Регулирующего влияния водохранилища на максимальные расходы. В период половодья (паводка) часть излишков воды временно задерживается в водохранилище. При этом происходит некоторое повышение уровня воды сверх НПУ, то есть форсирование уровня, и гидрограф половодья (паводка) трансформируется (распластывается) в гидрограф сбросных расходов (рис. 2). Объем форсировки, аккумулирующий часть стока высоких вод, позволяет снизить максимальные расходы, поступающие в нижний бьеф водохранилища, и тем самым предотвратить наводнения на нижерасположенных участках реки, а также уменьшить размеры (а значит, и стоимость) водосбросных гидротехнических сооружений. Вместе с тем повышение уровня воды в водохранилише выше НПУ влечет за собой увеличение высоты плотины и приводит к дополнительному затоплению и подтоплению земель. В связи с этим оптимальный объем, предназначенный для снижения максимальных расходов половодья (паводка) или борьбы с наводнениями в нижнем бьефе водохранилища, устанавливают на основе технико-экономических расчетов.

Водохозяйственный расчет водохранилища на пропуск максимальных расходов выполняют на основе уравнения баланса воды в водохранилище. В общем виде баланс воды в водохранилище за время dt можно выразить следующим дифференциальным уравнением:

Qdt = Q_cdt ± WdH (1)

или

Q - Q_c = ±WdH/dt (2)

где Q - расчетный расход во входном створе водохранилища, м³/с;

Q_c - расход в створе водосбросного сооружения (сбросный расход), м³/с;

W - площадь водной поверхности водохранилища. м²; Н - уровень воды в водохранилище, м.

Сбросный расход Q_c в зависимости от истечения воды определяют следующими формулами:

В случае свободного (не подтопленного) истечения через водослив расход воды

(3)

при истечении из-под щита и для данного водовыпуска

(4)

где m и m - коэффициенты расхода соответственно водослива и отверстия; b - ширина водослива, м; g - ускорение свободного падения, м/с²; Н₀ - полный напор с учетом скорости подхода; w - площадь отверстия, м².

Дата добавления: 2014-01-14