Водохозяйственная система с водохранилищем многолетнего регулирования стока и каналом межбассейновой переброски

Водохозяйственная система с водохранилищем многолетнего регулирования стока и каналом межбассейновой переброски

Расчет отметки гребня плотины выполняется в соответствии со «Строительными нормами и правилами» СНиП 2.06.05 – 84 «Плотины из грунтовых материалов» для двух расчетных уровней воды в верхнем бьефе водоема: НПУ и ФПУ.

Превышение отметки гребня плотины hs над расчетным статическим уровнем воды в водохранилище определяется по формуле:

Δhset – высота ветрового нагона воды, м

hrun1% - высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%, м

а – конструктивный запас гребня, м

высота ветрового нагона Δhset устанавливается по формуле:

Н1 – глубина водоема, м (при НПУ: Н1=▼НПУ-▼дна; при ФПУ:

Н1=▼ФПУ-▼дна)

Kw – коэффициент, принимаемый равным 2,1ּ10-6 при скорости ветра Vw=20м/с

Таблица 17а. Определение параметров волн и отметки гребня плотины.

Таким образом, для дальнейшего проектирования с учетом округления принимаем ▼Гр=165м

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.

Таблица 18. Расчетное водопотребление характерных зон диспетчерского графика, млн.м3

Построение противоперебойной линии – это линия графика, ограничивающая сверху зону нормальной гарантированной отдачи, она показывает, что выше можно использовать воду для увеличения водопотребления вплоть до максимальной производительности водохозяйственных обстановок. Ниже этой линии увеличение нормальной водоотдачи недопустимо. Построение выполняется обобщенным методом применительно к условиям многолетнего регулирования стока. В реальных проектах расчет выполняется для группы лет с низкой меженью и низким половодьем, после чего строится верхняя огибающая по всем рассмотренным годам. В учебном проекте расчет выполняется по одному модельному расчетному году, у которого объем стока равен объему отдачи брутто. Абр рассчитано в таблице 18.

Параметры расчетного модельного года.

В основе обобщенного метода формирование расчётного модельного года с объёмом стока равным отдаче брутто. Режим стока внутри года моделируется посредством интерполяции сезонных и интервальных значений стока между средним годом и годом расчетной обеспеченности покрытия. 

Объем стока в период половодья  для модельного года определяется по формуле:

 Þ

Соответственно рассчитывается объем стока в период межени:

.

Таблица 19. Определение сезонных объемов стока модельного года, млн.м3

Координаты противоперебойной линии.

Последовательность определения координат диспетчерского графика противоперебойной линии (КДГ ППЛ):

1.                 Сопоставляется объем и режим стока расчетного модельного года гидрографа водопотребления.

2.                 Балансовым методом определяются дефициты и избытки стока, на основании чего строится разностная интегральная кривая стока и водопотребления (V∑)

3.                 Координаты диспетчерской линии рассчитываются по формуле:

;

- текущее наполнение на конец интервала, рассчитывается «елочкой» обратным ходом;

 - диспетчерская сработка, определяется по формуле:

Таблица 20. Расчет координат противоперебойной линии, млн.м3

Линия пониженной отдачи.

Режим работы водохранилища в маловодные и остромаловодные периоды регламентируется одной или несколькими зонами сокращенного водопотребления. Это необходимо, чтобы предотвратить слишком быструю сработку водохранилища и избежать высоких перебоев в водообеспечении.

Зона пониженной отдачи (в курсовом проекте – одна) сверху ограничена линией ЛПО, снизу уровнем мертвого объема, та часть ЛПО, которая проходит выше ППЛ в диспетчере не учитывает. Режим урезки указан в таблице.

Таблица 21. Расчет координат линии пониженной водоотдачи, млн.м3.

Противосбросовая линия (ПСЛ).

Противосбросовая линия ограничивает сверху зону нормальной гарантированной отдачи и предназначена для того, чтобы минимилизировать непроизвольные сбросы водохранилища. Приуроченная к ней зона максимальной производительности водохозяйственных установок имеет водопотребление согласно таблице  . За начало расчета ПСЛ принимается момент полного водохранилища, когда объем стока начинает превышать нормальную водоотдачу. При расчете ПСЛ отбираются годы с высоким половодьем и многоводной меженью с обеспеченностью близкой 100%-Ррасч=20%. В реальных проектах для всех линий диспетчерского графика рассматриваются группы лет, а не отдельные годы, как в учебном проекте.

Таблица 22. Расчет координат диспетчерской линии ПСЛ.

6.3 Оценка продолжительности пускового периода. Режим водопотребления в течение пускового периода

Выполненные водохозяйственные расчеты касаются периода нормальной эксплуатации водохозяйственной системы, однако, до этого момента следует определить режим водопотребления для того, чтобы избежать омертвления капитальных вложений. Кроме того, наполнение водохранилища может быть начато до окончания строительства.

В данном разделе определяется продолжительность пускового периода, назначается объем и режим водопотребления. Продолжительность пускового периода определяется временем наполнения запроектированного водохранилища до проектной отметки в среднемаловодных условиях. Результаты корректируются каждый год.

По достижении указанного объема водохранилище будет эксплуатироваться в проектном режиме.

Статистический анализ n-леток ведем по следующим параметрам:

·                  

·                    (упрощенная формула без учета внутрирядной связи ra)

В течение пускового периода не вся вода, которая поступает по водотоку, будет аккумулироваться водохранилищем, поскольку имеют место значительные потери на фильтрацию в ложе и береговых примыканиях, поэтому суммарные затраты стока включают и водопотребление, и высокие потери.

Таблица 23. Определение объема стока n-лет (Р=75%).

Таблица 24. Определение продолжительности наполнения.

Выводы:

По проекту можно сделать следующие выводы:

1. Рассматриваемый водохозяйственный комплекс не имеет перспектив развития при существующем уровне водохозяйственных мероприятий. В частности дефицит водопотребления при современном уровне развития составляет 1,55млн.м3, на уровне 2020 года (проектные перспективы) составляет 30,65млн.м3. ВХК включает в себя отрасли экономики, промышленности, энергетики и орошения, территориально разработанные в курсовом проекте 4 курса.

2. Было предусмотрено 2 группы мероприятий:

- регулирование качества воды и экономия водных ресурсов (введение водооборотной системы в промышленность, введение повторной системы водоснабжения, очистка сточных вод города и рекреации, снижение опасности реки от рассредоточенных источников)

- инженерно-технические мероприятия, связанные с регулированием стока и перераспределением территории (проектирование водохранилища многолетнего регулирования стока и канал переброски из бассейна реки-донора).

3. Технико-экономические показатели:

Технико-экономические показатели для оптимального варианта:

- Полезный объем водохранилища – 48млн.м3

- Полный объем водохранилища  50млн.м3

- Отметка дна=140м

- Отметка НПУ=161м

- Отметка УМО= 142м

- Отметка ФПУ=163,5м

- Отметка ГР=165м

- 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

- Максимальный расход 0,5% обеспеченности – 119,1м3/с

Объем инвестиций с учетом регулирования стока на минимальную водоотдачу ВХК:

- Водохранилищный гидроузел с учетом компенсации затопления –243млн.руб.

- Канал переброски и водозаборное сооружение в точке изъятия – 481,2млн.руб.

- Отраслевые затраты на орошение – 583,2млн.руб.

- Всего по ВХС – 1307,4млн.руб.

Эксплуатационные затраты:

- Водохранилищный гидроузел с учетом компенсации затопления – 3,70млн.руб.

- Канал переброски и водозаборное сооружение в точке изъятия – 14,44млн.руб.

- Отраслевые затраты на орошение – 58,32млн.руб.

- Всего по ВХС – 76,46млн.руб.

Себестоимость воды без учета стоимости водоподготовки

4. Состояние природного комплекса и меры, связанные с ОВОС

- Современное состояние водного хозяйства характеризуется наличием дефицитов водных ресурсов в годы, близкие к расчетной обеспеченности для потребителей основной группы – ГКБХ и промышленность. Функционирование ВХК в таких условиях возможно только при одновременном сокращении проектных объемов водопотребления и размеров природоохранного попуска. Ликвидация дефицитов возможна при сезонно – годичном регулировании стока.

- Развитие орошения наряду с повышением водообеспеченности существующих водопотребителей в бассейне связано с дополнительными мероприятиями по регулированию стока и его территориальному перераспределению.

- По результатам технико-экономического сопоставления вариантов предлагается строительство водохранилища многолетнего регулирования стока полным объемом 50млн.м3 и дотация части свободных водных ресурсов смежного бассейна посредством канала протяженностью 40км с параметрами, приведенными в соответствующем разделе проекта. Этот вариант является оптимальным по технико-экономическим показателям.

- В случае реализации рекомендуемых мероприятий в проектной перспективе водообеспечены участники существующего ВХК с комплексным попуском 46,7млн.м3 и безвозвратным водопотреблением 6,141млн.м3 в год.

Список литературы:

1. Комплексное использование водных ресурсов и охрана природы. Под ред. проф., д.т.н. В.В.Шабанова, М., Колос 1994.

2. Раткович Л.Д., Соколова С.А. Методические основы водохозяйственных расчетов при проектировании водохозяйственных систем. Учебное пособие, М., МГУП, 2002г.

3. Хрисанов Н.И. Управление эвтрофированием водоемов. – С.- П.:Гидрометеоиздат. 1993

4.  Шахов И.С. Водные ресурсы и их рациональное использование. Учебное пособие. 2000г., Екатеринбург

5. Справочник. Водное хозяйство. Под ред. Бородавченко И.И. – М.: Агропромиздат.,1988

6. Государственный водный кадастр. Гидрографические характеристики речных бассейнов  европейской территории СССР. -Л.: Гидрометеоиздат. 1971.

7. СНиП  2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических характеристик».

8. СНиП 2.01.15-90 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов».

9. «Практикум по инженерной гидрологии и регулированию стока» под редакцией Овчарова Е.Е. – Москва, Колос, 1996г.

10. Курс семинаров и лекций по проектированию ВХС  за 2007г.

Страницы: 1, 2, 3, 4