–PAGE_BREAK–2.1.2 Моделирование расчетного гидрологического ряда
Используется искусственная гидрологическая информация в следующих случаях:
· наблюденных данных недостаточно для получения репрезентативной базы данных, а аналоги отсутствуют
· проектируемые ВХС охватывают значительную территорию, поэтому надежная водохозяйственная оценка возможна при учете всех функциональных и корреляционных связей между водотоками, которые затрагиваются в проекте
Для моделирования искусственных рядов стока используются различные стохастические модели, в частности для моделирования годового стока существует несколько модификаций простой цепи Маркова. Эта цепь предусматривает линейную корреляцию между объемами стока смежных лет, либо между их нормализации, либо между их обеспеченностями.
В данном проекте рассматривается методика моделирования отдельного стокового ряда на основе авторегрессии первого порядка между обеспеченностями стока смежных лет. Используется уравнение:
Pi+1– искомая обеспеченность
Pi– обеспеченность предшествующего года
— случайная независимая равномерно распределенная величина
Моделирование выполняется для замыкающего створа по бассейну.
Таблица 5.
Продолжительность расчетных гидрологических рядов определяется из условия не превышения среднеквадратичных ошибок среднего и коэффициента вариации. При этом сам ряд должен быть репрезентативным, то есть содержать примерно одинаковое число маловодных и многоводных циклов. Среднеквадратичная ошибка среднего:
Тогда n≥33,6. Наш расчетный ряд должен иметь длину в 34 года.
Как видно из рисунка 6 замоделированный ряд располагает как маловодными, так и многоводными циклами, и является репрезентативным.
продолжение
–PAGE_BREAK–3. Определение свободных водных ресурсов бассейна реки-донора
При обосновании водохозяйственных проектов, содержащих элементы перераспределения стока, необходимо оценивать реальные возможности бассейна-донора:
· водохозяйственная способность бассейна и реальные объемы изъятия, не вызывающие истощения и деградацию этого водного объекта
· исследование возможностей технического водозабора
· пропускная способность тракта-переброски, трактом может быть канал, туннель
В данном проекте будем считать, что параметры стока реки-донора по среднему стоку в 2 раза превышают ресурсы нашего водотока, а все остальные параметры аналогичны.
Таблица 6.
Таким образом, потенциальный объем стока для водопотребления в зону проектирования ВХС составляет в случае бесплотинного водозабора 25,96 млн.м3, а при плотинном водозаборе – 38,94 млн.м3.
4. Расчетная схема вариантов мероприятия для удовлетворения требований, развивающегося ВХК
Цель проекта может быть достигнута при разных схемах водообеспечения, например:
· независимое регулирование с переброской извне
· компенсированное регулирование на притоке
· каскадное регулирование
· подпитка ВХС с подземных водозаборов во время глубоких дефицитов
Водоподача из других бассейнов в сочетании с регулированием собственного стока.
В результате технико-экономического обоснования в качестве основного варианта схемы ВХС принята ВХС в составе водохранилищного гидроузла многолетнего регулирования стока в сочетании с переброской из внешнего речного бассейна.
Предварительный ВХБ привязки к расчетной схеме водохозяйственных участков.
Постворные предварительные балансы выполняются с целью выявления дефицитов воды по длине реки и общего анализа водообеспеченности в средне-маловодных условиях.
–PAGE_BREAK–5. Водохозяйственное обоснование выбранного варианта схемы ВХС
В результате предварительного ВХБ получены следующие данные:
1. резерв стока по участкам:
· ВХУ 0 – 3 резерв ВР=5,68
· ВХУ 3 – 2 резерв ВР=9,2
· ВХУ 2 – 1 резерв ВР=15,136
2. дефициты по ВХУ:
· ВХУ 0 – 3 Д=0
· ВХУ 3 – 2 Д=0
· ВХУ 2 – 1 Д=1,55
3. современный ВХБ сводится без дефицита с учетом комплексных водохозяйственных мероприятий по экономии водных ресурсов и регулирования качества воды
4. названные выше резервы используются при проектировании дальнейшего перспективного развития доминирующей отрасли – орошения
5. водохозяйственные расчеты выполняются для створа размещения гидроузла в привязке к расчетным объемам водопотребления (таблица 2)
Используется методика расчета по обобщенным параметрам стока и водопотребления. После завершения водохозяйственного обоснования выполняется:
· ВХБ рекомендуемого варианта с учетом оптимизации проектных решений
· Разрабатываются правила управления запроектированного водохранилища для условий нормальной эксплуатации и в течение пускового периода
· Определяется пропускная способность тракта – переброски
· Технико-экономическая оценка запроектированной ВХС
· Разрабатываются элементы инженерных сооружений в составе ВХС (конструкция гребня плотины, грунтовая плотина)
5.1. Определение расчетной зависимости «емкость водохранилища – гарантированная водоотдача»
Расчет проектного водопотребления обобщенным методом.
Таблица 10. Минимальные расчетные требования Амин, предъявляемые в створе №2, млн.м3
Под Амин понимается суммарное расчетное водопотребление, которое понимается, как базовая величина для дальнейшего развития отрасли.
Определяем возможности максимального развития отрасли по объему Амакс.
Таблица 11.
Cv
≤0,3
0,3 – 0,5
>0,5
Ψ
0,95
0,85 – 0,9
0,8
Расчетное водопотребление любой ВХС складывается из полезного водопотребления и потерь стока на дополнительное испарение, фильтрацию как самого водохранилища, таки на сооружения ВХС. Суммарные потери складываются вместе с полезной отдачей, определяя будущую ситуацию хозяйственного использования вод.
–PAGE_BREAK–kв-ща– удельные капвложения на кубометр емкости водохранилища, (руб./м3) kпер – удельные капвложения на кубометр выемки, учитывающие стоимость водозаборного сооружения, (руб./м3)
Отраслевые затраты (руб.)
– прирост отдачи на орошение;
–площадь орошения, обеспеченная при объеме водоподачи;
– оросительная норма комплексного гектара, принята 1730 м3/га
— к. п. д. оросительной системы, принимаем 0,8 .
Стоимость продукции
, где
– урожайность, закупочная цена и доля в севообороте — ой культуры
– закупочная цена на продукцию, полученную с комплексного гектара, принята в расчетном примере 15000 руб./гапри площадях орошения до 20 тыс.га. Для больших площадей учтено снижение эффекта по причине сложности сбыта продукции, конкуренции и т.д. При 100 тыс. га стоимость продукции снижена до 9000 руб./га.
Параметры водохозяйственной системы:
· Полезный объем водохранилища – 48млн.м3
· Полный объем водохранилища 50млн.м3
· Отметка НПУ=161м
· Отметка УМО= 142м
· Отметка ФПУ=163,5м
· Площадь зеркала при НПУ= 4,5км2
· Гарантированная полезная отдача водохранилища – 70,875млн.м3
– минимальные требования ВХК – 52,85млн.м3
– гарантированное орошение – 17,5млн.м3
· Объем переброски 17,5млн. м3
· Итого гарантированная полезная отдача ВХС – 88,375млн.м3
· В том числе орошение – 35млн.м3
· Расход канала (производительность водозабора) 1,91м3/с
· Расчетная глубина в канале 0,85м
· Скорость течения в канале 0,67м /с
· Параметры альтернативного напорного водовода для переброски млн.м3:
– Диаметр водовода – 2м
– Скорость 0,7м /с
–PAGE_BREAK–
5.3. Водохозяйственные балансы рекомендуемого варианта
Таким образом, в процессе проектирования выбран принципиальный вариант схемы инженерно-технических мероприятий и оптимальный объем суммарной гарантированной водоотдачи. По результатам расчетов составляются водохозяйственные балансы проектного уровня развития. Следует отметить, что в условиях многолетнего регулирования стока, выбор года для демонстрации ВХБ вопрос не всегда простой, поскольку при обоснованном многолетнем режиме любой год обеспечен необходимым запасом воды в водохранилище. Для наглядности в учебном проекте для ВХБ ограничимся годом 75 % по обеспеченности годового стока.
– безвозвратное водопотребление
– приток с вышележащего (i-1)-го водохозяйственного участка
– сток, формируемый на i-ом участке
– водоотведение на i-ый участок
– регулирование стока в интервале, «+» сработка; «–» наполнение
– водопотребление на i-ом участке
– комплексный попуск в выходном створе i-го участка
;
.
Проектный приток к ()-му водохозяйственному участку не может быть определен без предварительного распределения дефицита между потребителями и комплексным попуском :
j– индекс участника водохозяйственного комплекса
Распределение дефицита между участниками ВХК – самостоятельная водохозяйственная задача – решается либо на основе согласованных приоритетов, либо путем экономического обоснования.
Общая формула для проектного стока в замыкающем створе -го ВХУ (он же проектный приток к -му ВХУ):
Формула справедлива для всех случаев, в том числе при диспетчерском регулировании, когда величина дефицитов назначается в зависимости от текущего наполнения.
–PAGE_BREAK–5.4 Определение пропускной способности водосброса для пропуска максимального расхода. Вопросы защиты от наводнения
Оценку влияния максимальных расходов на водохозяйственную обстановку ниже узла выполняем, используя методику Д.Ч. Качерина. В соответствии с этой методикой, если принять гидрограф максимального стока в виде треугольника, то емкость форсировки определяется следующей формулой:
Vф– объем призмы форсировки
qmax– зарегулированный максимальный расход
Qmax– естественный максимальный расход расчетной обеспеченности
Принимаем обеспеченность Qmax0,5%, так как IIIкласс сооружений.
Исходя из того, что ряды наблюдений отсутствуют для определения максимального естественного расхода, используем империческую формулу для максимального стока, формируемого весенним половодьем.
К0– коэффициент дружности половодья
hp– слой стока расчетной обеспеченности
µ — коэффициент несовпадения максимального стока и максимальных расходов
n – коэффициент редукции
Определение зависимости емкости форсировки от максимального расхода водосброса.
При решении задач, связанных с трансформацией стока через гидроузел в период высоких половодий и паводков, следует учитывать следующие факторы:
· Показатели затопления в верхнем бьефе гидроузла с выходом на площади затопляемых территорий и соответственные ущербы для населения и экономики
· Показатели затопления в нижнем бьефе с определением высоты и протяженности защитных дамб и соответствующей стоимости этих сооружений, а также тех ущербов, которые не покрываются мероприятиями по аккумуляции стока и уже указанными дамбами
· Определение функций пропускной способности водосбросных сооружений от принимаемой емкости форсировки
На основании перечисленных факторов определяются области оптимальных решений с точки зрения затопления бьефов гидроузла, параметров водосброса и величины емкости форсировки.
Будем считать, что территории в нижнем бьефе, которые подлежат защите, фиксированы и должны быть защищены в любом случае либо посредством аккумуляции стока, либо по средствам защитных дамб обвалования. Очевидно, что в разных вариантах будет меняться длина и протяженность дамб.
Таблица 17.
Таким образом, получена зависимость qmaxот величины противопаводочной емкости. По величине емкости оценивается затопление территории в верхнем бьефе, по qmax– в нижнем бьефе. После чего рассчитывается и проектируется мероприятие, которое компенсирует ущербы от затопления. На основании технико-экономического сопоставления вариантов определяется рациональное сочетание затрат, связанных с обвалованием территории и увеличением отметки ФПУ. В результате технико-экономического обоснования в проекте приняты следующие показатели:
· qmax=94,5м3/с
· Vф=13,3млн.м3
· ▼ФПУ=163,5м
· ▼Гр=165м
–PAGE_BREAK–6.2 Построение диспетчерского графика водохранилища многолетнего регулирования
После того как запроектирована водохозяйственная система, определены ее основные технико-экономические показатели, основной задачей становится определение режима её функционирования в течение пускового периода и в период нормальной эксплуатации.
Правила управления существующих и проектируемых гидроузлов включают:
– схема компоновки и функционирования элементов ВХС;
– водохозяйственные балансы характерных по водности лет;
– диспетчерские правила управления водохранилищем (диспетчерский график), в проектном режиме, в период пускового комплекса (до выхода на проектную отметку) и в условиях прохождения высоких паводков и половодий;
– система ограничений по сработке и наполнению водохранилища, обусловленная связанная социально-экологическими обязанностями, режима работы водозаборных сооружений, уровненным режимом, ограничением по прочности и устойчивости, как сооружений, так и береговых примыканий.
Очевидно, разработать правила управления (использования) водных ресурсов водохранилища в рамках курсового, и даже дипломного проекта невозможно. Ядром правил является диспетчерский график, определяющий режим функционирования водохранилища в различных по водности условиях. Построение диспетчерских графиков – одна из важнейших водохозяйственных задач при проектировании водохранилищных гидроузлов. Мы рассмотрим обобщенный метод построения, достаточно наглядный и не требующий сложных объемных вычислений, сопутствующих реальным проектам.
Основные функции диспетчерского графика:
1. обеспечение нормальной гарантированной отдачи;
2. обеспечение сокращенной гарантированной отдачи, недопущение глубоких перебоев благодаря своевременному переходу водохозяйственных установок на пониженное потребление;
3. минимизация холостых сбросов;
4. недопущение или снижение опасности при прохождении высоких половодий (паводков) за счет противопаводочной емкости и водосбросных сооружений.
В курсовом проекте принимаем традиционную структуру диспетчерского графика с включением следующих зон:
1. зона нормальной гарантированной отдачи;
2. зона пониженной отдачи;
3. зона максимальной производительности водохозяйственных установок;
4. зона сбросов.
Зоны графика ограничены характерными линиями, построение которых выполняется на основе представленных ниже расчетов.
ППЛ – противоперебойные линии;
ЛПО – линии пониженной отдачи;
ПСЛ – противосбросовая линия.
При построении диспетчерского графика из многолетнего ряда выбираем годы с низкой меженью и низким половодьем. Объём стока всех этих лет приводим к объёму . По каждому году балансовым методом строится противоперебойная линия. Верхнюю огибающую принимаем за ППЛ. В курсовом проекте расчеты ведем по одному модельному году, у которого объём стока равен объёму отдачи брутто (суммарная гарантированная отдача водохранилища с учетом потерь на испарение и фильтрацию).
Проектная ситуация обеспечивается после выхода водохранилища на проектную отметку наполнения. Для построения характерных линий диспетчерского графика необходимо выполнить вспомогательные расчеты.
–PAGE_BREAK–