Гідрологічні та водогосподарські розрахунки

V₀ + V₁ + … V_i =W_мо

Ця верхня горизонталь є верхом мертвого об’єму (ДСМП) і низом корисного.

L=15%

F₁ = 37 * 2500 = 92500 м²

V₁ = 46250 м³

F₂ = 96 * 2500 = 240000 м²

V₂ = 92500 + 240000 = 332500 м²

V_{1 +} V_{2 =} 46250 + 332500 = 378750 м³

V₃ = 240000 + 46250 + 702500

V_{1 +} V₂₊ V₃ = 702500 + 378750 = 1081250 м³

= 135 * 2500 = 337500 м²

= (240000 + 337500) / 2 = 577500/2 = 288750 м³

V_{1 +} V₂₊ = 378750 + 288750 м³ = 667500 м³

3.2.2 Корисний об’єм

Корисний об’єм призначається для того, щоб забезпечити усі витрати води з водосховища на господарські цілі. Крім господарських витрат є ще витрати на випаровування з дзеркала води і фільтрацію крізь дно, берега і греблю водосховища.

Найперше – це забезпечення потреб водокористувачів. В нашому випадку це водопостачання тваринницької ферми і подача води на зрошення сільськогосподарських культур. Розрахунок виконується за формулою:

V_г = q^ґ N + M F_зр , м³ (20)

Де q' – норма водопостачання, м³ /сут; N – поголов’я тварин на фермі, шт; М – зрошувальна норма, м³ /га; F_зр – поливна площа, га.

V_г = 0,065 * 2900 * 365 + 850 * 150 = 188,5 * 365 + 127500 = 68802,5 + 127500 = 196302,5

Друга стаття витрат – це випаровування води з поверхні водосховища. Як відомо, в Лісостепній і Поліської зонах України середньорічна величина випаровування з відкритої водної поверхні дорівнює d = (6000-8000) м³ /га. Для визначення всього об’єму випаровування слід помножити цю величину на площу дзеркала води водосховища (F_дзер. ) тобто

V_в = d F_дзер. (21)

Де V_в - об’єм води, що випаровується з 1 га, м³ ; F_дзер. – площа дзеркала води у водосховищі (км² ), яка визначається шляхом наближення і розподілу еліптичної поверхні дзеркала до простіших геометричних фігур, обчислення їх площ з послідуючим додаванням. За розрахункову горизонталь приймається горизонталь, яка розташована від ∆ РМО на відстані 4-6 м.

V_в = 6000 * 131,5 га = 789000 м³

F_дзер = 526 *2500 = 1315000 м²

Третя стаття – це фільтрація води крізь дно. Об’єм витрат води на фільтрацію (V₃ ) в декілька разів перевищує втрати води на випаровування. Абсолютна величина втрат води на фільтрацію залежить від гідрологічних умов і середньої місткості самого водосховища. При добрих гідрогеологічних умовах коли ложе і укоси водосховища складаються з глинистих або важкосуглинкових грунтів втрати становлять 5-10% від його місткості; при несприятливих умовах, тобто коли ложе і укоси представлені піщаними грунтами, то втрати сягають 30-40% від місткості водосховища. Місткість чаші водосховища орієнтовано можна визначати за формулою

V_ч = К F_дзер Н (22)

Де Н – максимальна глибина води перед греблею на рівні F_дзер , м; К – коефіцієнт, який залежить від форми поперечного перерізу балки і дорівнює 0,16 – 0,25.

V_ч = 0,25 * 1315000 м^{2 *} 8,5 = 2794375 м³

Таким чином корисний об’єм (V_ко ) буде дорівнювати

V_ко = V_г +V_в +V_ф

V_ко = 196302,5 + 789000 + 8383125 = 1823615 м³

Після визначення V_ко починається його вписування в тому же порядку, що і мертвого об’єму.

F₄ = 300 * 2500 = 750 000 м²

V₄ = = 1631250 м²

= 392 * 2500 = 980 000 м²

= = 865000

V₄ + = 1631250 + 865000 = 2496250 м³

3.2.3 Форсований об’єм

З метою зменшення скидних витрат під час повені або паводку передбачається форсований об’єм, в якому розташовується на невеличкий проміжок часу частина талих і зливових вод. Починається він від нормального підпірного рівня (∆ НПР) який є верхом корисного об’єму. В залежності від об’єму водосховища, класу капітальності гідроспоруд на ньому, мінливості стоку форсований об’єм може розташовуватись вище НПР на висоту 1,0-1,5м. Верх його називається рівнем форсованого об’єму (∆РФО).

Форсований об’єм обмежується горизонталлю 48⁰

3.3 Проектування греблі

Спочатку визначаємо відмітку гребня греблі за формулою

∆_гг = ∆НПР + h_ф + h_зап, м (23)

де h_ф – висота частини об’єму водосховища, яка потрібна на розташування форсованого об’єму, (1 – 1,5),м; h_зап - запас на вітряний нагін і хвильовий накат, м.

∆ _гг = 48 + 1 + 0,243 = 49,423 м

Висоту вітряногонагону можна визначити за формулою

ДU²

H_наг = К соsб, (24)

3 д Н

де К – коефіцієнт, який орієнтовано можна прийняти 0,06; Д – довжина розгону вітряних хвиль, км; U – максимальна швидкість вітру завданої забезпеченості, м/с (U =); д – прискорення вільного падіння, м/с² ; Н – середня глибина водосховища при ∆РФО,м; б – кут між віссю водосховища і пануючим напрямком вітру (б = 0).

H_наг = = 0,039 м

Висоту напливу хвилі можна знайти за формулою

h

h_нап = 1,2 ------ (25)

m

де h – висота хвилі, м (h = 0,8 – 1,0); m – коефіцієнт закладання укосу греблі.

h _{нап =} м

Гребля повинна розташовуватись в найбільш звуженій частині балки або долини річки, з порівняно пологими берегами і з достатньо глибокою та широкою чашею водосховища вище греблі. На ставках і малих водосховищах греблі виконують земляними з різними коефіцієнтами закладання укосу. Той укіс, що постійно затоплюється водою, називається мокрим, або верховим і має такі величини: для глинистих і суглинкових грунтів 2,5 – 3,0, супіщаних 3,0 – 3,5, піщаних –3,5 – 4,0. Укіс, який не затоплюється, називається сухим або низовим і має такі величини: для глинистих і суглинкових ґрунтів – 1,5 – 2,0; супіщаних – 2,0-2,5; піщаних 2,5-3,0.

Ширина греблі залежить від ширини дороги, яку звичайно, розташовують тут, але не менше 4 – 6 м.

У випадку, коли об’єм притоку води менше корисного об’єму, то треба зменшити кількість користувачів води. Аналогічно слід робити, коли сума трьох витрат на водопостачання, фільтрацію і випаровування разом з V_МО , перевищує об’єм чаши водосховища.

У відповідному масштабі зображую повздовжній переріз водосховища і поперечний – греблі.

4. Внутрірічний розподіл стоку

Відомо, що протягом року стік розподіляється по місяцях нерівномірно. Для визначення абсолютних середньомісячних величин при відсутності даних спостережень застосовують різні методи. Одним з них є метод, коли місячні значення визначаємо за допомогою таблиць відсоткового розподілу витрат стоку різної забезпеченості, які складені на основі реальних гідрографів річок різних природно-кліматичних зон. Такі дані приведені в табл.10.

Розподіл стоку по місяцях

Взявши з таблиці 3 величини стоку забезпеченістю 25, 50 і 75% і по тим відсоткам, що наведені в табл.10 знаходжу абсолютні місячні величини стоку, записавши їх в аналогічну табл.10. По цим даним будую 3 гідрографи стоку.

5. Визначення скидних витрат з водосховища і розмірів гідроспоруд

Річка після побудови водосховища повинна існувати незалежно від водності року. Тому завжди за межі греблі повинні скидатись витрати не менше витрат 95% забезпеченості, тобто для розрахунків розмірів гідроспоруд, які треба зробити для перепуску залишків води після її використання в різних галузях народного господарства необхідно мати уяву про вплив регулювання стоку на величини витрат річки.

За основу беру річний об’єм води 5, 50 і 95% забезпеченості який зменшується на величину корисного об’єму, а потім ділю на число секунд в році. Розрахунок скидних витрат (Q_ск.р.% ) виконую за формулою:

Q _р% Т – V _ко

Q _{ск р%} м³ (26)

Де Q_р% - витрати річки в роки розрахункової забезпеченості, м³ /с (табл.3).

Q _{ск 5% =}

Q _{ск 50% =}

Q _{ск 95% =}

Результати розрахунків зводжу в табл.11.

Скидні витрати

Скид воді виконується за допомогою водозливів практичного профілю або з широким порогом, які будують замість частини земляної греблі. Розрахунок виконується за формулою

Q _ск.95% = m b √ 2 g Н₀ ^3/2 (27)

Де b – ширина водозливу, м; m – коефіцієнт витрат, який можна прийняти для водозливів практичного профілю 0,4 – 0,5, для водозливів з широким порогом – 0,35; g –прискорення вільного падіння; Н₀ – глибина води на водозливі з урахуванням швидкості підходу, тобто

J₀ ²

Н₀ = Н + ________ (28)

2g

Швидкість підходу J₀ в водосховище можна прийняти рівної в межах 0,1 ¸ 0,3 м/с.

Розрахункову глибину слід призначити в межах (0,5 ¸ 0,6) Н_max для водозливів з широким порогом і (0,3 ¸ 0,4) для водозливів практичного профілю.

34,55

При кресленні плану греблі пунктиром показати місце розміщення водозливу.

Витрати Q_95% приймаються по таблиці 3 і застосовуються для визначення останнього члена “b” з формули (27).

Список літературних джерел

1. А.М. Владимиров. Гидрологические расчеты. Л.: Гидрометеоиздат, 1990, 364 с.

2. А.В. Рождественский, А.В. Ежов, А.В. Сахарюк. Оценка точности гидрологических расчетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1990, 276 с.

3. Г.И. Васенков, О.Е. Полищук. Адаптация модели ливневой эрозии почв к расчету миграции радиоцезия в Полесье.- В сб.: Проблемы сельскохозяйственной ірадиоэкологии десять лет спустя после аварии на Чернобыльской АЭС. Житомир, 1996,с.93-96. Практикум по гидрологии и гидрометрии и регулированию стока (Под редакцией Е.Е. Овчарова), М., 1988.

4. Г.П. Левченко. Гидрология и сельскохозяйственная мелиорация. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.