Реферат: Водохозяйственная система с водохранилищем многолетнего регулирования стока и каналом межбассейновой переброски

МосковскийГосударственный Университет Природообустройства

Кафедра Комплексногоиспользования и охраны водных ресурсов

Курсовойпроект:

“Водохозяйственнаясистема с водохранилищем многолетнего регулирования стока и каналоммежбассейновой переброски”

Выполнил:

студент 561 – ой группы

Джамалудинов М.М.

Проверил:

Раткович Л.Д.

Москва 2008

Содержание:

 

1. Цели и задачи проектирования

2. Оценка водных ресурсов реки ихарактеристика их использования

2.1. Поверхностные водные ресурсы

2.1.1. Водный режим, параметры стока,его изменение по длине реки, внутригодовое распределение

2.1.2. Моделирование расчетногогидрологического ряда

3. Определение свободных водныхресурсов бассейна реки-донора

4. Расчетная схема вариантовмероприятия для удовлетворения требований, развивающегося ВХК

5. Водохозяйственное обоснованиевыбранного варианта схемы ВХС

5.1. Определение расчетнойзависимости «емкость водохранилища – гарантированная водоотдача»

5.2. Постановка задачи оптимизации иопределение оптимального варианта параметров водохозяйственной системы

5.3. Водохозяйственные балансырекомендуемого варианта

5.4. Определение пропускнойспособности водосброса дл пропуска максимального расхода. Вопросы защиты отнаводнения

6. Уточнение параметров ВХС иопределение режимов регулирования стока для рекомендуемого проектного варианта

6.1. Определение отметки гребняплотины комплексного гидроузла

6.2. Построение диспетчерскогографика водохранилища многолетнего регулирования

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

7. Выводы

8. Список литературы

1. Цели и задачипроектирования

Цель: обоснованиепараметров водохозяйственных систем в бассейне реки Рыбница в условияхперспективного развития существующего водохозяйственного комплекса.Динамическое развитие одной из отраслей создает необходимость многолетнего регулированиястока с привлечением дополнительных водных ресурсов смежного речного бассейна.В составе перспективных задач следующее:

1. подготовкагидрологической информации, включая основные гидрологические характеристики наоснове данных наблюдений, а также моделирование стока для усилениярепрезентативности расчетных данных

2. постворныеводохозяйственные балансы с учетом водохозяйственного районирования

3. построениеанализирующей зависимости «емкость водохранилища – гарантированная водоотдача»с использованием обобщенного метода расчета, то есть по обобщенным параметрамстока и водопотребления

4. выбор вариантаемкости регулирования и объема переброски на основе оптимизационных методов(динамическое программирование)

5. разработка правилуправления водохранилища многолетнего регулирования стока

6. определениепротивопаводочной емкости водохранилища и пропускной способности водосбросныхсооружений

7. фрагментыинженерных сооружений в составе водохранилищного гидроузла

8. технико-экономическиепоказатели и качественная оценка влияния водохозяйственного комплекса наокружающую среду

2. Оценка водныхресурсов реки и характеристика их использования

Бассейн реки Рыбницарасположен в Орловской области. Длина реки составляет 59км, площадь водосборнойплощади 709км2. Основными притоками являются Малая Рыбница, Путимец,Вишневец и Стишь. Рассматриваемая река является одним из притоков реки Оки.Питание у реки грунтовое, снеговое, дождевое, то есть мешанное. Климатформируется под влиянием атлантических и континентальных воздушных масс, такимобразом он является умеренно континентальным. Зима умеренно холодная с частымиоттепелями. Средняя температура января около -10° С. Наиболее низкиетемпературы воздуха в Орле достигают

-44,4° С. Весной нередкивозвращение холодов, иногда сопровождающиеся выпадением снега. Лето теплое.Средняя температура воздуха самого теплого месяца – июля составляет +18-+19° С.Продолжительность вегетационного периода 170 – 185 дней.

Осадков больше всеговыпадает в центральных районах области, количество которых составляет 450 –580мм в год. За летний период выпадает 35 – 40% годовой суммы осадков, а зимойв виде снега 24 – 31%. В данной области преобладают выщелоченные черноземы. Онизанимают до 40% территории. На светлосерые, серые и темносерые лесныеоподзоленные почвы приходится около 25%, а на типичные черноземы – 5 – 6%.

В таблице 1 представленовнутригодовое распределение осадков, испарения и температуры воздуха.

Таблица 1.Среднемноголетние величины осадков, испарения и температуры воздуха

Фактор Месяцы Год 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ос, мм

23 29 32 39 56 73 77 52 46 47 33 36 549

Ес, мм

Ев, мм

55 100 120 105 95 65 40 30 610 t°, С -10,1 -9,7 -4,7 4,4 12,8 15,9 18,2 17,0 11,3 5,0 -1,3 -7,2 4,3

Область расположена вподзонах смешанных и широколиственных лесов и в зоне лесостепи. Основная частьтерритории области распахана. Леса и кустарники занимают около 8% всей площадиобласти. Наибольшее количество лесов находится в западных районах. Основнойлесообразующей породой является дуб обыкновенный; сопутствующие виды: липа,клен, ясень и вяз. Кроме того, растут дикая яблоня, дикая груша, черемуха,рябина, клен полевой, крушина ломкая, бересклет бородавчатый, бересклетевропейский, жимолость лесная, калина, шиповник, барбарис, барышник, авосточных и юго-восточных районах – терн и степная вишня. Степнаярастительность сохранилась главным образом в местах, мало доступных дляраспашки и выпаса скота – по крутым берегам рек и оврагов. Количество видовстепной растительности резко увеличивается с запада на восток. Из характерныхпредставителей северных луговых степей встречаются ковыль узколистный, ковыльперистый, козелец пурпурный, астра дикая. Луговая растительность связана смногочисленными речными долинами, оврагами и балками. Под лугами занято 7%площади, в том числе под заливными 1,2%.

2.1 Поверхностныеводные ресурсы

 

Поверхностные водныересурсы представлены рекой Рыбница и ее притоками.

2.1.1 Водный режим,параметры стока, его изменение по длине реки, внутригодовое распределение

 

Водные ресурсыиспользуются для нужд водоснабжения города, сельской местности, рекреации,промышленности, орошения, животноводства.

Модуль среднемноголетнегостока составляет 3,7л/сек.км2, минимальный расход 95% обеспеченности– 1480м3/сек, общий уклон реки – 0,0013, уклон территории водосбора21‰, норма стока (среднемноголетний объем стока реки) составляет 82,74км3,среднегодовые расходы:

· Q95%=1,480м3/сек

· Q75%=2,05м3/сек

· Q50%=2,54м3/сек

Среднегодовые объемы длятех же лет составляют:

· W95%=46,56млн.м

· W75%=64,52млн.м3

· W50%=79,65млн.м3

Площадь угодийсоставляет:

· fозер<1%

· fболот<1%

· fлеса=4%

· fпашни=75%

Назначение расчетныхбалансовых створов

В результатепредварительного водохозяйственного районирования в проекте определены границыводохозяйственных участков, которые ограничиваются расчетнымиводохозяйственными створами (рис. 1).

Оценка водообеспеченностив данном проекте выполняется на основе постворного ВХБ. В ответственныхмасштабных проектах расчет выполняется по многолетним гидрологическим рядамстока и водопотребления. С целью сокращения объемов расчетов используютсярасчетные маловодные годы с 75% и 95% обеспеченностью. В привязкевышеуказанного хозяйственного участка определены показатели водопотребления ирасчетные гидрологические характеристики.

Таблица 2.Водохозяйственные показатели

ВХУ Водопотребители КБХ Промышленность Орошение Животноводство Рекреация Итого ПВ БВ ПВ БВ ПВ БВ ПВ БВ ПВ БВ ПВ БВ 0 – 3 0,97 0,316 0,05 0,05 1,02 0,366 3 – 2 0,97 0,316 0,05 0,05 0,35 0,105 1,37 0,471 2 – 1 0,97 0,316 0,05 0,05 6,205 5,58 0,09 0,09 0,35 0,105 7,665 6,141

Таблица 3. Основныегидрологические характеристики

№ водохозяйственного створа

Fводосбора,

км2

L, км

/>, млн.м3

Cv

ra

Обеспеченные объемы стока 10 25 50 75 95 3 204,3 17 23,84 0,3 0,4 33,38 28,13 23,12 18,69 13,47 2 314,8 26,2 36,74 0,3 0,4 51,44 43,35 35,64 28,80 20,76 1 709 59 82,74 0,29 0,4 115,84 97,63 80,26 64,87 46,75

В реальном проекте дляопределения гидрологических параметров используются аналоги для тех створов, вкоторых отсутствуют или недостаточно наблюдений. Экспертная оценкагидрологических характеристик может выполняться на основе зависимости /> или />, но обязательно опираясьна какой-то известный створ данной реки или реки-аналога.

В учебном проекте будемсчитать, что модуль стока не меняется по длине реки.

Для определения Сv в промежуточных створах используемформулу Воскресенского:

/>

Коэффициентавтокорреляции характеризует внутрирядную связь между стоками смежных лет.Принимаем   ra в зависимости от модуля стока. Таккак q=3,7 л/с км2, то ra=0,4.

/>

По данным таблицы строимсовмещенный график кривых обеспеченности в расчетных створах.

/>

Таблица 4. Расчетноевнутригодовое распределение стока лет характерной водности.

№ ВХС P

/>

Календарные месяцы водохозяйственного года 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 3 50 23,1 14,2 3,1 0,8 0,4 0,5 0,6 0,5 0,6 0,7 0,5 0,4 0,8 75 18,7 10,1 3,6 0,7 0,2 0,3 0,4 0,3 0,4 0,5 0,3 0,3 1,6 95 13,5 7,4 2,7 0,4 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,4 0,2 0,2 1,3 2 50 35,6 21,9 4,8 1,2 0,7 0,8 0,9 0,8 0,9 1,0 0,7 0,6 1,3 75 28,8 15,5 5,6 1,1 0,3 0,4 0,5 0,5 0,6 0,7 0,5 0,4 2,7 95 20,8 11,5 4,1 0,6 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,6 0,4 0,3 1,9 1 50 80,3 49,4 10,8 2,6 1,5 1,8 2,0 1,8 1,9 2,5 1,6 1,3 3,1 75 64,9 34,9 12,6 2,3 0,7 1,0 1,2 1,1 1,4 1,7 1,1 1,0 5,9 95 46,7 25,7 9,3 1,4 0,4 0,6 0,7 0,7 0,8 1,3 0,8 0,7 4,3

Внутригодовоераспределение стока несколько различается даже для лет одной обеспеченности, адля разных по водности лет оно различается очень существенно.

2.1.2 Моделированиерасчетного гидрологического ряда

Используетсяискусственная гидрологическая информация в следующих случаях:

· наблюденныхданных недостаточно для получения репрезентативной базы данных, а аналогиотсутствуют

· проектируемые ВХСохватывают значительную территорию, поэтому надежная водохозяйственная оценкавозможна при учете всех функциональных и корреляционных связей междуводотоками, которые затрагиваются в проекте

Для моделированияискусственных рядов стока используются различные стохастические модели, вчастности для моделирования годового стока существует несколько модификацийпростой цепи Маркова. Эта цепь предусматривает линейную корреляцию междуобъемами стока смежных лет, либо между их нормализации, либо между ихобеспеченностями.

В данном проектерассматривается методика моделирования отдельного стокового ряда на основеавторегрессии первого порядка между обеспеченностями стока смежных лет.Используется уравнение:

/>

Pi+1 – искомая обеспеченность

Pi<sub/>– обеспеченность предшествующего года

/> - случайная независимая равномернораспределенная величина

Моделирование выполняетсядля замыкающего створа по бассейну.

Таблица 5.

№ года Обеспеченность года Р Объем стока Календарные месяцы водохозяйственного года 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 1 49,51 80,3 49,4 10,8 2,6 1,5 1,8 2,0 1,8 1,9 2,5 1,6 1,3 3,1 2 3,13 135,7 3 24,96 97,6 4 20,80 102,6 5 83,59 61,6 33,1 12,0 2,2 0,7 0,9 1,2 1,0 1,3 1,6 1,0 0,9 5,7 6 32,86 93,5 7 6,53 127,4 8 67,03 68,1 9 65,30 74,3 10 93,57 46,7 25,7 9,3 1,4 0,4 0,6 0,7 0,7 0,8 1,3 0,8 0,7 4,3 11 99,84 26,4 12 68,15 68,1 13 96,35 42,8 14 1,85 150,6 15 42,43 86,9 16 73,39 64,9 17 95,34 46,7 18 83,96 61,6 19 59,62 74,3 20 57,11 74,3 21 85,52 53,0 22 76,84 61,6 23 75,29 64,9 24 72,54 64,9 25 64,91 74,3 256 9,15 115,8 27 27,9 93,5 28 33,76 93,5 29 24,34 97,6 30 59,98 74,3

Продолжительностьрасчетных гидрологических рядов определяется из условия не превышениясреднеквадратичных ошибок среднего и коэффициента вариации. При этом сам ряддолжен быть репрезентативным, то есть содержать примерно одинаковое числомаловодных и многоводных циклов. Среднеквадратичная ошибка среднего:

/> 

Тогда n≥33,6. Наш расчетный ряд должениметь длину в 34 года.

Как видно из рисунка 6замоделированный ряд располагает как маловодными, так и многоводными циклами, иявляется репрезентативным.

3. Определение свободныхводных ресурсов бассейна реки-донора

При обоснованииводохозяйственных проектов, содержащих элементы перераспределения стока,необходимо оценивать реальные возможности бассейна-донора:

· водохозяйственнаяспособность бассейна и реальные объемы изъятия, не вызывающие истощения идеградацию этого водного объекта

· исследованиевозможностей технического водозабора

· пропускнаяспособность тракта-переброски, трактом может быть канал, туннель

В данном проекте будемсчитать, что параметры стока реки-донора по среднему стоку в 2 раза превышаютресурсы нашего водотока, а все остальные параметры аналогичны.

Таблица 6.

ВХП Календарные месяцы водохозяйственного года 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 Год Сток года 75% 69,8 25,2 4,6 1,4 2,0 2,4 2,2 2,8 3,4 2,2 2,0 11,8 129,8 РВ 13,96 5,04 0,92 0,28 0,40 0,48 0,44 0,56 0,68 0,44 0,40 2,36 25,96 СЭП 34,9 12,6 2,3 0,7 1,0 1,2 1,1 1,4 1,7 1,1 1,0 5,9 64,9 Резервуар для переброски 20,94 7,56 1,38 0,42 0,60 0,72 0,66 0,84 1,02 0,66 0,60 3,54 38,94 8,1 2,8 0,5 0,2 0,2 0,3 0,2 03, 0,4 0,2 0,2 1,3 14,7 БП ВЗБ 13,96 5,04 0,92 0,28 0,40 0,48 0,44 0,56 0,68 0,44 0,40 2,36 25,96 ПВ ВЗБ 20,94 7,56 1,38 0,42 0,60 0,72 0,66 0,84 1,02 0,66 0,60 3,54 38,94

Таким образом,потенциальный объем стока для водопотребления в зону проектирования ВХСсоставляет в случае бесплотинного водозабора 25,96 млн.м3, а приплотинном водозаборе – 38,94 млн.м3.

4. Расчетная схемавариантов мероприятия для удовлетворения требований, развивающегося ВХК

 

Цель проекта может бытьдостигнута при разных схемах водообеспечения, например:

· независимоерегулирование с переброской извне

/>

· компенсированноерегулирование на притоке

/>

· каскадноерегулирование

/>

· подпитка ВХС сподземных водозаборов во время глубоких дефицитов

Водоподача из другихбассейнов в сочетании с регулированием собственного стока.

В результатетехнико-экономического обоснования в качестве основного варианта схемы ВХСпринята ВХС в составе водохранилищного гидроузла многолетнего регулированиястока в сочетании с переброской из внешнего речного бассейна.

Предварительный ВХБпривязки к расчетной схеме водохозяйственных участков.

Постворныепредварительные балансы выполняются с целью выявления дефицитов воды по длинереки и общего анализа водообеспеченности в средне-маловодных условиях.