9194
.pdf
|
|
11 |
|
|
|
|
Таблица 6 – Толщина льда по месяцам |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Месяц |
|
hл, см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XI |
|
17 |
|
|
|
XII |
|
34 |
|
|
|
I |
|
51 |
|
|
|
II |
|
68 |
|
|
|
III |
|
85 |
|
|
3 Гидрологические расчеты в створе водохранилища |
|
||||
3.1 Среднемноголетний сток и его значение по месяцам |
|
||||
Годовой сток определяется по зависимости: |
|
||||
|
|
Vгод = Qср∙31,536∙106 м3, |
(4) |
||
где Qср =126 м3/с - среднегодовой расход за расчетный год по табл.4; 31,536∙106 – число секунд в не високосном году.
Vгод = 126∙31,536∙106 = 3973,54∙106 м3. |
|
Месячный сток определяется по зависимости: |
|
Vмес = Qмес∙86 400∙п,∙м3, |
(5) |
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
Месяц |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
За |
|
год |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
V∙106, м3 |
83,8 |
66,5 |
71,5 |
598,8 |
1159,7 |
627,3 |
377,7 |
185,1 |
295,5 |
275,9 |
141,8 |
96,4 |
3980,0 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 определению параметров кривой обеспеченности: в таблице все максимальные расходы воды
12
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:
р =
m |
%, |
|
|
n +1 |
100 |
|
(6)
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)
|
Q = |
|
|
i |
|
|
20 |
|
|
Q |
|
Q = |
i max |
|
1 |
||
|
||
|
20 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
||
i max |
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
|
, 3 |
|
|
|
|
|
n |
|
м /с. |
|
(7) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= |
2582,4 |
|
3 |
|
|||
|
20 |
|
|
=129,12м /с. |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2) Параметр вариации (изменчивости) CV
|
|
|
n |
|
−1) |
|
|
|
(ki |
||
|
|
|
|
|
2 |
C |
|
= |
1 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
n |
−1 |
|
|
|
|
|||
где ki – модульный коэффициент:
|
|
ki |
= |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
Qi max |
|
||||
|
|
|
|
Q |
max |
, |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
C |
|
= |
0,59 |
= |
0,18. |
||||
V |
20 |
−1 |
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
3)Параметр асимметрии CS для расходов талых
принимается
(8)
(9)
вод равнинных рек
CS = 2CV |
(10) |
CS =0,36.
1 Коэффициенты вариации CV и асимметрии CS вычисляются одним из следую-щих 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.
13
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 обеспечен-ности на клетчатке вероятности с умеренной асимметричностью в координатах модульного
коэффициента |
k |
i |
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
=
CV 
n
100%
,
(11)
εQ = |
0,18 |
|
20 |
||
|
б) По параметру вариации. квадратической ошибки коэффициента методом моментов
100 = 4,03%.
Величина относительной средней изменчивости при определении CV
|
C |
|
V |
= |
1 |
+ C |
|
2n |
|
|
|
2 V
100%
,
(12)
|
|
|
1+ |
0,18 |
2 |
|
|
= |
|
||
C |
2 |
20 |
|
||
|
V |
|
|
||
|
|
|
|
|
100
=16,07%
.
Если |
|
CV |
|
достоверности
больше 5%, то количество лет наблюдений n=20 недостаточно для расчета. Необходимо определить число лет наблюдений.
n=50∙(1+CV)2, |
(13) |
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 ,
|
C |
|
V |
.
Если число лет наблюдений недостаточно, расчет проводится иначе, по [3, 6]. В настоящих методических указаниях этот расчет не рассматривается.
14
Таблица 8 – Вспомогательные вычисления к определению параметров кривой обеспеченности
№ п/п |
Год |
1 2
11938
21939
31940
41941
51942
61948
71949
81950
91951
101952
111953
121954
131955
141956
151957
161958
171959
181960
191961
201962
Число лет
наблюдений n=20
20
1
Qmax , м3/с
3
63,4
115,0
122,0
118,0
115,0
158,0
124,0
155,0
112,0
144,0
126,0
113,0
125,0
138,0
157,0
162,0
134,0
112,0
144,0
145,0
Qi max =2582,4
Q |
max в убывающем |
|
|
|
порядке, м3/с |
|
4 |
|
162 |
|
158 |
|
157 |
|
155 |
|
145 |
|
144 |
|
144 |
|
138 |
|
134 |
|
126 |
|
125 |
|
124 |
|
122 |
|
118 |
|
115 |
|
115 |
|
113 |
|
112 |
|
112 |
|
63,4 |
|
|
20 |
|
|
|
|
Qi max |
|
|
Q = |
1 |
= 129,12 |
||
20 |
||||
|
|
|
||
Процент
обеспеченности
p = |
m |
100% |
|
n +1 |
|||
|
|
5
4,8
9,5
14,3
19,0
23,8
28,6
33,3
38,1
42,9
47,6
52,4
57,1
61,9
66,7
71,4
76,2
81,0
85,7
90,5
95,2
т – порядковый номер года в убывающем порядке
k |
|
= |
Q |
i max |
|
|
|
||||
|
|
|
|
||
|
i |
|
Q |
|
|
|
|
|
max |
||
|
|
|
|
|
|
6
1,25
1,22
1,22
1,20
1,12
1,12
1,12
1,07
1,04
0,98
0,97
0,96
0,94
0,91
0,89
0,89
0,88
0,87
0,87
0,49
∑ki =20,01
ki - 1 |
(ki - 1)2 |
7 |
8 |
0,25 |
0,0625 |
0,22 |
0,0484 |
0,22 |
0,0484 |
0,20 |
0,0400 |
0,12 |
0,0144 |
0,12 |
0,0144 |
0,12 |
0,0144 |
0,07 |
0,0049 |
0,04 |
0,0016 |
-0,02 |
0,0004 |
-0,03 |
0,0009 |
-0,04 |
0,0016 |
-0,04 |
0,0016 |
-0,09 |
0,0081 |
-0,11 |
0,0121 |
-0,11 |
0,0121 |
-0,12 |
0,0144 |
-0,13 |
0,0169 |
-0,13 |
0,0169 |
-0,51 |
0,2601 |
∑(ki - 1)=0,03 |
∑(ki - 1)2=0,59 |
|
|
13
15
Таблица 9 – Ординаты теоретической кривой биномиального распределения максимальных расходов воды
|
|
|
|
|
Нормированное отклонение Ф(р, СS) при обеспеченности p, % |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
0,01 |
0,1 |
1 |
3 |
5 |
10 |
20 |
25 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
75 |
80 |
90 |
|
95 |
97 |
99 |
99,9 |
|
Отклонения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ординат кривой |
|
4,61 |
3,66 |
2,61 |
2,04 |
1,75 |
1,92 |
0,32 |
0,63 |
0,47 |
0,19 |
0,07- |
0,31- |
0,57- |
0,71- |
0,85- |
1,23- |
|
1,25- |
1,70- |
2,03- |
2,54- |
|
распределения |
Фp% |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
от середины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CV=1, CS =0,36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Действительные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отклонения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,01- |
0,06- |
0,10- |
0,13- |
0,15- |
0,22- |
|
0,23- |
0,31- |
0,37- |
0,46- |
|
ординаты от |
Фp%∙CV |
0,83 |
0,66 |
0,47 |
0,37 |
0,32 |
0,35 |
0,06 |
0,11 |
0,08 |
0,03 |
|
|
||||||||||
середины для |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расчетной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CV=0,18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модульный |
kр%= |
1,83 |
1,66 |
1,47 |
1,37 |
1,32 |
1,35 |
1,06 |
1,11 |
1,08 |
1,03 |
0,99 |
0,94 |
0,90 |
0,87 |
0,85 |
0,78 |
|
0,77 |
0,69 |
0,63 |
0,54 |
|
коэффициент |
|
|
|||||||||||||||||||||
Фp%∙CV+1 |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
kр% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальный |
Qp%= |
236 |
214 |
190 |
177 |
170 |
174 |
137 |
143 |
139 |
133 |
128 |
121 |
116 |
112 |
110 |
101 |
|
99 |
89 |
81 |
70 |
|
расход |
|
|
|||||||||||||||||||||
̅ |
|
|
|||||||||||||||||||||
Qp% |
∙kр% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16
17
Вывод: как видно из рис. 3, наблюденные точки достаточно близко расположены к теоретической кривой, что говорит о надежности проведенного расчета и кривая обеспеченности может служить для достоверного определения расчетных максимальных расходов. Если же наблюденные точки окажутся за пределами теоретической кривой, то необходимо проверить расчет и выяснить причину отклонения. В случае, если ошибки не будет обнаружено, произвести перерасчет теоретической кривой обеспеченности, изменяя значение CS, а в некоторых случаях и CV
по [3, 6].
3.3 Определение расчетных расходов воды
Расчетные ежегодные вероятности превышения максимальных расходов воды устанавливаются для двух расчетных случаев - основного и поверочного в зависимости от класса гидротехнического сооружения в соответствии со СНиП [4, табл. 2]:
Ежегодные вероятности p %, превышения расчетных максимальных расходов воды
Расчетные случаи |
|
Классы сооружений |
|
||
I |
II |
III |
IV |
||
|
|||||
Основной |
0,1 |
1,0 |
3,0 |
5,0 |
|
Поверочный |
0,01* |
0,1 |
0,5 |
1,0 |
|
* С учетом гарантийной поправки в соответствии с СП 33-101.
В задании данной работы определен IV класс гидроузла. По табл. 9 выписываются расчетные расходы воды:
Q Q
ð=5% ð=1%
=170 м3/с – основной случай;
=190 м3/с – поверочный случай.
3.4Расчет твердого стока
Твердый сток определяется движением донных и взвешенных наносов. Взвешенные наносы характеризуются содержанием взвешенных частиц в единице объема воды. Весовой сток взвешенных наносов воды определяется по среднемноголетнему стоку выражением:
РВ = ρ∙V , т, |
(14) |
где ρ = 800 г/м3 – мутность (по п. 2.2); V = 3980,0∙106 м3 – объем стока воды за расчетный год по табл.7.
РВ =800∙3980,0∙106 = 3185520,3∙106 г = 3185520,3 т.
18
Общий объем годовых наносов определяется по формуле Б.П. Полякова [7]:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
= |
|
 |
(1+ |
|
|
) |
, м , |
|
|
|
(15) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
|
|
Ä |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
|
 – удельный вес взвешенных наносов |
|
 |
|
|
|
3 |
, принимается |
|||||||||||||||||
|
|
= 0,7÷0,9 т/м |
||||||||||||||||||||||||
для расчета |
|
|
|
|
3 |
; |
|
Ä – удельный вес донных наносов |
|
Ä = 1,5÷1,7 |
||||||||||||||||
|
 = 0,8 т/м |
|
|
|||||||||||||||||||||||
3 |
, принимается |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
т/м |
|
Ä |
= 1,6 т/м ; β – доля донных наносов от взвешенных. |
|||||||||||||||||||||||
Для |
|
равнинных рек |
= 0,05÷0,1; для горных рек β= 0,1÷1,0. Принимается |
|||||||||||||||||||||||
β = 0,1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
VH |
|
= |
3185520,3 |
(1 + |
|
0,1 |
) |
= 4230769,2 |
м3. |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
1,6 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4Водохозяйственные расчеты
4.1Построение кривых площадей и объемов водохранилища
Кривая площадей F = f(Н) зеркала водохранилища строится путем планиметрирования плана водохранилища в горизонталях (рис. 4). Площадь зеркала вычисляется для каждой горизонтали.
Кривая объемов V = f(Н) водохранилища строится на основании суммирования частных объемов между смежными горизонталями. Частные объемы определяются между смежными горизонталями по формуле трапеций:
V = |
F |
+ F |
H |
n |
n+1 |
||
i |
|
2 |
|
|
|
|
, м3,
(16)
где |
F |
, F |
n |
n+1 |
горизонталями горизонталями.
– |
площади зеркала, заключенные между смежными |
в |
масштабе; ∆Н – расстояние по высоте между |
Результаты вычислений сводятся в табл. 10.
По данным табл. 10 строятся графики кривых площадей F = f(Н) зеркала водохранилища и его объемов V = f(Н), рис. 5.
19
Таблица 10 – Значение площадей зеркала воды и объемов водохранилища для заданных отметок в горизонталях
Отметки |
|
|
|
|
|
горизонталей, |
∆Н, м |
Fi ∙106, м2 |
Vi 106 , м3 |
V = Vi ∙106 , м3 |
|
H, м |
|
|
|
|
|
0 |
5 |
1,2 |
15,8 |
0,0 |
|
|
|
|
|||
5 |
|
5,1 |
|
15,8 |
|
5 |
33,5 |
||||
|
|
|
|||
10 |
8,3 |
49,3 |
|||
|
|
||||
5 |
56,8 |
||||
|
|
|
|||
15 |
14,4 |
106,1 |
|||
|
|
||||
5 |
91,0 |
||||
|
|
|
|||
20 |
22,0 |
197,1 |
|||
|
|
||||
5 |
128,8 |
||||
|
|
|
|||
25 |
29,5 |
325,9 |
|||
|
|
||||
5 |
174,5 |
||||
|
|
|
|||
30 |
40,3 |
500,4 |
|||
|
|
||||
5 |
228,8 |
||||
|
|
|
|||
35 |
51,2 |
729,2 |
|||
|
|
||||
5 |
292,8 |
||||
|
|
|
|||
40 |
65,9 |
1022,0 |
|||
|
|
||||
5 |
357,5 |
||||
|
|
|
|||
45 |
77,1 |
1379,5 |
|||
|
|
||||
5 |
416,5 |
||||
|
|
|
|||
50 |
89,5 |
1796,0 |
|||
|
|
||||
5 |
481,5 |
||||
|
|
|
|||
55 |
103,1 |
2277,5 |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
4.2 Годичное регулирование стока воды водохранилищем аналитическим методом без учета потерь
Регулирование стока аналитическим методом без учета потерь на фильтрацию, испарение и льдообразование является предварительным и производится в табличной форме, табл. 11.
Сток за каждый месяц берется из табл. 7.
По условию задания (см. бланк задания п.2.4) годовой объем потребления воды из водохранилища определяется выражением:
Vïîòðãîä = 0,9 Vгод ,
где Vгод = 3980,0∙106 м3 – объем стока воды за расчетный год по табл.7.
Vïîòðãîä = 0,9∙3980,0∙106 = 3615,6∙106 м3.
20
Рисунок 4 – План участка реки