10161

71

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ РЕКИ В СТВОРЕ ПРОЕКТИРУЕМОГО ГИДРОУЗЛА.

Методические указания к выполнению расчетно-графической работы

72

Введение

Основными разделами настоящей курсовой работы являются физико-географическое и гидрологическое описание бассейна реки, определение расчетных максимальных расходов воды для заданного класса гидроузла и расчет регулирования стока реки водохранилищем.

Методическое указание сопровождается примером выполнения гидрологического расчета р. Колвы в створе проектируемого гидроузла у д. Подбобыка Пермского края РФ. Класс гидроузла – IV. По величине потребляемого объема воды требуется запроектировать водохранилище, определить его отметку нормального подпорного уровня (НПУ) и уровня мертвого объема (УМО). Провести регулирование речного стока водохранилищем без учета потерь воды (на испарение, фильтрацию и льдообразование) и с их учетом.

1Физико-географическое описание бассейна реки

1.1Местоположение, гидрология, гидрогеология, рельеф, почва

Река Колва протекает в Пермском крае Российской Федерации. Является правым притоком р. Вишеры, бассейн р. Камы (рис.1). Длина р. Колвы составляет 460 км, площадь бассейна 13,5 тыс. км2. Средняя высота водосбора 233,00 м БС. Средний уклон 0,3 м/км.

Главные притоки: реки Березовая, Вишерка и Низьва. Свое начало р. Колва берет с Колвинского Камня Чердынского района, который является большим горным кряжем, частью Западно-Уральских увалов.

Протекает река главным образом в пределах западного склона Северного Урала. Питание смешанное, с преобладанием снегового. Замерзает в начале ноября, вскрывается в конце апреля - начале мая. В половодье река судоходная на участке 200÷250 км от устья. Она является четвертой рекой по длине, протекающей в Пермском крае. Впадает в р. Вишеру в районе населенного пункта Рябинино. Ширина реки достигает 75 метров. На реке преобладают обрывистые берега, состоящие из отложений известняков, сланцев, песчаника.

Верхняя часть реки пустынна и не обжита людьми. Самая дальняя деревенька на Колве – Дий, пристанище старообрядцев-раскольников. Верхняя Колва популярна среди любителей рыбалки и охоты. Благодаря своей труднодоступности она до сих пор богата рыбой, а ее окрестности животными. Рыбная река – именно так переводится с языка манси «колва». На Верхней Колве даже в январе, в период, который среди местных рыбаков считается самым «мертвым», ловят хариуса. Добраться сюда можно тремя способами: подняться по самой Колве на моторной лодке,

73

пройти пешком через Свердловскую область и Главный Уральских Хребет, и, последний – на вертолете. В среднем течении река Колва более богата на поселки и деревни.

В районе деревни Подбобыка река пересекает Колвинскую антиклиналь, сложенную кремнистыми известняками нижнепермского возраста. Вследствие указанного обстоятельства река протекает в каньонообразном ущелье и имеет весьма значительные скорости течения. Долина ее врезана здесь ниже отметок 65 м БС. Выполнена она в основном мощной толщей песков (40÷50 м), а в верхней части представлена желтобурыми и синими слоистыми глинами (10÷20 м).

Рисунок 1 – Местоположение створа проектируемого гидроузла

1.2 Климат района водохранилища

Температура воздуха. Значение температуры воздуха за каждый месяц и за год приводится в табл. 1 по данным СНиП [2, табл.].

Таблица 1 – Температура воздуха средняя многолетняя по месяцам и среднегодовая

74

Осадки. Среднемноголетняя величина (или норма) атмосферных осадков X для заданного района определяется по СНиП [2, прил. 3]:

X = 745 мм.

Испарение. Испарение определяется с поверхности суши (речного бассейна) и с поверхности воды для месяцев с положительной температурой.

а) Испарение с поверхности суши вычисляется как среднемноголетняя величина из уравнения водного баланса речного бассейна:

Полученная величина испарения Z является среднегодовой, она распределяется по месяцам методом пропорционального деления с использованием графика П.С. Кузина [5, рис. 2]. Результаты сводятся в табл. 2.

Таблица 2 – Испарение с поверхности суши, мм

б) Испарение с поверхности воды определяется как среднемноголетняя величина по данным наблюдений [1] или с помощью карты изолиний испарения с поверхности прудов и малых водохранилищ, составленной Б.Д. Зайковым [5, рис. 3]. Находится зона, в которой расположено проектируемое водохранилище. Для этой зоны с нимают величину среднегодового испарения. Расчет ведется при помощи таблицы распределения испарения по месяцам в долях от годового испарения [5, табл. 1]. Результаты сводятся в табл.3.

75

Таблица 3 – Испарение с поверхности воды

2Гидрологические характеристики реки в створе гидроузла

2.1Выбор расчетного года, расходы реки

Выбор расчетного года производится по средним многолетним месячным и среднегодовым расходам воды, помещенных в конце таблицы расходов в [1, табл. 3]. По этим расходам из этой же таблицы выбирается год с наиболее близким к ним распределением значений среднемесячных расходов воды. Этот год и следует считать расчетным.

Расходы реки Колвы (значения среднемесячных и среднегодового расходов воды за расчетный год, а также среднемноголетних месячных и среднемноголетнего расхода воды) принимаются по справочным данным [1, табл. 3] и заносятся в табл. 4.

Таблица 4 – Расходы реки среднемесячные за расчетный год и среднемноголетние, м3/с

Выписываются характерные расходы реки (максимальные и минимальные) и приводятся в табл. 5 по [1, табл. 3].

76

Таблица 5 – Характерные расходы реки, м3/с

По данным среднемесячных и характерных расходов (табл. 4, 5) строится гидрограф стока реки Q = f(t), рис. 2. Значения среднемесячных расходов откладываются в середине интервала месяца, а характерные расходы по датам их наблюдений.

2.2Наносы

Вреке рассматриваются взвешенные и влекомые по дну (донные)

наносы.

Взвешенные наносы характеризуются величиной мутности. Мутность воды в реке определяется по данным наблюдений [1] или по карте средней мутности России и стран бывшего СССР, составленной Г.И. Шамовым [5].

Для заданного района величина средней мутности по [5, рис. 6] равна

ρ= 500÷1000 г/м3.

Врасчетах принято ρ = 800 г/м3.

2.3 Зимний режим реки

Определяется среднемноголетняя толщина льда по формуле Ф.И. Быдина [7]:

где ∑(−t) - сумма отрицательных температур за год из табл. 1. hл = 11 16,0 +14,1+7,8 +7,6 +14,1 =1159,6 = 84,9 см.

Считается, что толщина льда в течение зимнего периода нарастает равномерно. Результаты распределения толщины льда по месяцам представлены в табл. 6.

77

где Qср =126 м3/с - среднегодовой расход за расчетный год по табл.4; 31,536∙106 – число секунд в не високосном году.

где Qмес - расход реки за месяц расчетного года по табл.4; 86 400 – число секунд в сутках; n – число дней в месяце.

Результаты расчетов сводятся в табл. 7.

Таблица 7 – Объем стока по месяцам и за год

3.2 Построение кривой распределения ежегодной вероятности превышения максимальных расходов воды (кривой обеспеченности)

Кривую обеспеченности максимальных расходов воды возможно построить при достаточном числе лет наблюдений [6]. Расчет и построение кривой обеспеченности выполняется по табл. 8, составленной по данным [1, табл. 3]. Предварительно выполняются вспомогательные вычисления к

79

определению параметров кривой обеспеченности: в таблице все максимальные расходы воды записываются в убывающем порядке. Для контроля правильности вычислений следует найти сумму модульных коэффициентов ki , которая равна сумме членов ряда n, в рассматриваемом случае n = 20. А сумма (ki - 1) равна нулю.

Обеспеченность р, % эмпирических точек максимальных расходов воды определяется по формуле:

где т – порядковый номер ряда; n =20 – число лет гидрометрических наблюдений.

Для построения кривой обеспеченности необходимо вычислить три параметра1 [3, 6]:

1) Среднее значение максимального расхода (среднеарифметическое ряда)

2) Параметр вариации (изменчивости) CV

CV = 200,59−1 =0,18.

1 Коэффициенты вариации CV и асимметрии CS вычисляются одним из следующих трех методов [6]:

-метод моментов (CV ≤ 0,5);

-метод наибольшего правдоподобия (CV > 0,5);

-графоаналитический метод (для любых значений CV).

Вданной работе расчет проводится методом моментов.

80

3) Параметр асимметрии CS для расходов талых вод равнинных рек принимается

Используя данные табл. 8 и [5, табл. 4], находятся ординаты ki теоретической кривой биномиального распределения максимальных расходов воды, которые записываются в табл. 9.

По результатам табл. 9 строится теоретическая кривая обеспеченности на клетчатке вероятности с умеренной асимметричностью в координатах модульного коэффициента ki и процента обеспеченности р

(рис.3). На теоретическую кривую наносятся наблюденные точки из табл.8.

Для большей достоверности проводится оценка его погрешности: а) По расходу. Величина относительной средней квадратической

ошибки средней многолетней величины ряда вычисляется по формуле

εQ = 0,2018 100 =4,03%.

б) По параметру вариации. Величина относительной средней квадратической ошибки коэффициента изменчивости при определении CV методом моментов

недостаточно для достоверности расчета. Необходимо определить число лет наблюдений.

n= 50∙(1+0,18)2 = 70 лет.

Далее для определения параметров кривой обеспеченности следует заполнить табл.8 (первые три столбика) для 70-ти лет наблюдений n = 70,

если таковые имеются в [1] и пересчитать величины Qi , CV, CS , εQ , εCV .

Если число лет наблюдений недостаточно, расчет проводится иначе, по [3, 6]. В настоящих методических указаниях этот расчет не рассматривается.