5. Инженерная гидрология. Основные гидрологические понятия. Пример гидрографа реки.

Гидрология – наука о воде. Наука, изучающая взаимосвязи, происходящие между гидросферой, атмосферой и литосферой (земная кора и верхняя мантия).

Основные гидрологические понятия:

• Рекой называется постоянный водный поток, протекающий в русле и питающийся за счет подземных и поверхностных вод.

• Створ-поперечное сечение реки.

• Ж ивое сечение-площадь поперечного сечения реки. Для определения площади живого сечения необходимо на определенном расстоянии измерить глубину в каждой точке, далее рассчитать сумму площадей каждой трапеции и боковых треугольников. Так мы получим площадь сечения с большой долей вероятности.

• Расход-объем воды, протекающий через сечение реки в единицу времени.

• Сток- объем воды, прошедший через данное живое сечение реки в течение определенного периода (суток, декады, месяца, года).

• Гидрограф-график изменения расходов воды во времени.

• Половодье-ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон года относительно длительное и значительное увеличение водности реки, вызывающее подъём её уровня; обычно сопровождается выходом вод из русла. П. вызывается усиленным продолжительным притоком воды, который может быть обусловлен: весенним таянием снега на равнинах; летним таянием снега и ледников в горах

• Межень-фаза водного режима с наименьшей водностью, чаще зимой.

• Паводок-сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды в реке, вызванное усиленным таянием снега, ледников или обилием дождей. Периодически паводки не повторяются, и в этом их отличие от половодья. Продолжительность паводка от нескольких долей часа до нескольких суток. В отличие от половодья паводок может возникать в любое время года.

О сновная характеристика стока реки в данном створе (поперечном сечении)-это гидрограф-график изменения расходов воды во времени.

Гидрограф можно разделить на несколько основных частей (рисунок 2):

• Приблизительно с ноября по март протекает фаза режима с наименьшей водностью (Межень). Питание реки осуществляется в основном от грунтовых вод (3).

• С апреля по конец мая наступает сезонное длительное увеличение водности реки, вызывающее подъем ее уровня (Половодье). В это время происходит обильное таяние ледников и снега на всей площади водосбора реки, т.е. преобладает снеговое питание реки (1).

• С июня по октябрь происходит кратковременное и не периодичное увеличение водности реки (Паводок), за счет наступления сезона дождей и обильное таяние оставшихся снеговых запасов, т.е. преобладает дождевое питание реки (2).

6. Использование водной энергии. Напор и расход. Мощность водного потока и гэс. От чего зависит выработка электроэнергии?

И спользование водной энергии происходит за счет строительства гидроэнергетических узлов и гидротехнических сооружений на водных объектах, таких как реки, озера, моря и океаны. Такие сооружения образуют водохранилища, используемые в первую очередь для выработки электрической энергии, водоснабжения, орошения и т.д.

Строительство гидротехнических сооружений на ГЭС необходимо для создания напора (рисунок 1), который находится по формуле:

, измеряется в [м].

Где .

Объем воды протекающий через данный створ за единицу времени называют расходом (Q) и определяется по формуле:

, измеряется в [м³/с]

где – площадь поперечного сечения створа, – скорость воды в данном створе.

Эти два основных показателя, расход и напор, будут определяющими для расчета мощности речного потока:

измеряется в [Вт], но чаще всего мощность принято измерять в киловаттах поэтому формула принимает такую форму: ,

Где – Плотность воды 1000 кг/м³, – ускорение свободного падения 9,81 м/с² , Q – расход воды м³/с, Н – напор м, – Удельный вес воды (9,81 кН/м³).

Поэтому в формуле мощности 9,81 это удельный вес воды, измеряющийся в [kH/м³].

Мощность ГЭС будет определяться как:

, измеряется в [кВт],

Где – КПД гидроагрегата, находится по формуле , где – КПД генератора, – КПД турбины

Также основным показателем работы ГЭС является такой параметр как выработка(W). Выработка представляет собой количество электроэнергии произведенное в час. И определяется по формуле:

, измеряется в [кВт*час], где – мощность ГЭС в кВт, t – время в часах.

Обычно используют такие показатели как годовая выработка , тогда t = 8760часов, также используют суточную выработку , тогда t = 24часа. И основным показателем для планирования работы ГЭС является . Выработка зависит от мощности, которую выдает ГЭС, и от необходимого периода вычислений в часах.