2.1.3. Санитарные попуски

В соответствии с принятыми в настоящее время нормами, величина минимального  санитарного   попуска  должна быть не менее минимального среднесуточного расхода водотока в бытовом гидрологическом режиме летней и зимней межени года 95 % обеспеченности.

Минимальный среднесуточный расход летней межени года 95 % обеспеченности составляет1,00 м³/с (период открытого русла).

Минимальный среднесуточный расход зимней межени года 95 % обеспеченности –0,94 м³/с (зимний период).

Для расчетов выбираем максимальное значение среднего расхода 1,00 м³/с.

Объем санитарных попусков за каждый месяц рассчитывается в табл.2.4.

Таблица 2.4.

Расчет объемов санитарных попусков

	Месяц													Год
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Qсан, м3/с	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	-
Период, t, млн c	2,67	2,42	2,67	2,59	2,67	2,59	2,67	2,67	2,59	2,67	2,59	2,67	31,5
Wсан млн.м3	2,67	2,42	2,67	2,59	2,67	2,59	2,67	2,67	2,59	2,67	2,59	2,67	31,5

2.2. Расчет водохозяйственного баланса

Уравнение водохозяйственного баланса (ВХБ) составляется для года 75% обеспеченности. Для i-го месяца уравнение ВХБ записывается в виде:

МВХБ_i = W_притi - W_потрi

где W_притi - объем притока речного стока в i –ый месяц; W_потрi - сумма объемов водопотребления в i –ый месяц.

Месячные объемы водопотребления определяются в соответствии с режимом подачи воды (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Внутригодовое распределение объемов водопотребления и водоотведения между

участниками ВХК

Потре-битель	Месяц													Год
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Wорi млн.м3	-	-	-	2,81	9,01	15,2	12,9	10,7	5,63	-	-	-	56,3
Wпром млн.м3	4,33	3,92	4,33	4,20	4,33	4,20	4,33	4,33	4,20	4,33	4,20	4,33	51,2
Wсан млн.м3	2,67	2,42	2,67	2,59	2,67	2,59	2,67	2,67	2,59	2,67	2,59	2,67	31,5
Итого Wпотрмлн.м3	7,00	6,34	7,00	9,60	16,0	22,0	19,9	17,7	12,4	7,00	6,79	7,00	139

Таблица 2.6

Годовой водохозяйственный баланс для года 75% гарантированной водообеспеченности

(без учета потерь)

Месяц	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Год
Wпотрмлн.м3	7,00	6,34	7,00	9,60	16,0	22,0	19,9	17,7	12,4	7,00	6,79	7,00	139
Wпритмлн.м3	1,44	1,81	4,16	114	27,9	7,96	7,06	3,62	2,17	4,71	3,44	3,08	181
Объем избытка Wизб, млн.м3				104	11,9								116
Объем дефицита Wдеф, млн.м3	5,56	4,53	2,84			14,0	12,8	14,1	10,2	2,29	3,35	3,92	73,6

Годовой водохозяйственный баланс ВХБ=181-139=420 , следовательно, дефицита воды нет. Во внутригодовом разрезе отмечаются дефициты воды в 1,2,3,6,7,8,9,10,11 и 12 месяцы.

Для года 95% обеспеченности W_прит= 140 млн.м³, что в целом больше годового объема водопотребления,W_потр.=139 млн.м³, но в отдельные месяцы должны возрасти дефициты воды и в окончательных водохозяйственных расчетах на этот период необходимо рассмотреть вероятность ограниченного водопотребления.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОДОХРАНИЛИЩА НА ОСНОВЕ ИСХОДНЫХ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

К числу параметров, определяющих основные размеры водохранилищ, относятся:

• ФПУ - форсированный подпорный уровень;

• НПУ - нормальный подпорный уровень;

• УМО - уровень мертвого объема;

• V_полез- полезный объем водохранилища;

• V_умо^_ мертвый объем;

• V_полн⁼V_полез. + V_умо- полный объем водохранилища, соответствующий НПУ;

• F_нпу- площадь водной поверхности водохранилища при НПУ;

• F_умо- площадь водной поверхности при УМО;

• h_срб–глубина сработки водохранилища.

Под НПУ понимается наивысший уровень водохранилища, который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных условиях эксплуатации в течение длительного времени.

Под УМО понимается самый низший уровень, до которого срабатывается водохранилище в процессе нормальной его эксплуатации.

Под полезным объемом водохранилища понимается объем, непосредственно осуществляющий регулирование стока. Он заключен в слое водохранилища между НПУ и УМО.

При пропуске катастрофических половодий и паводков допускается кратковременное повышение уровня воды в водохранилище над НПУ до отметки ФПУ. Объем водохранилища, заключенный между ФПУ и НПУ называется форсированным и используется для дополнительной трансформации (срезки) катастрофических максимальных расходов половодий и паводков.

Основные параметры водохранилища выбираются на основе анализа топографических, геологических, экономических и природоохранных условий.

Под экономическими условиями выбора НПУ понимаются денежные и материальные затраты, связанные с постройкой подпорных сооружений и компенсацией ущерба от затопления населенных пунктов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных и лесных угодий и т. д.

Топографические условия определяют наиболее выгодную по технико-экономическим показателям и природоохранным условиям площадь водного зеркала, объем водохранилища, его глубину и т. д.

Неиспользуемый или мертвый объем водохранилища, отвечающий УМО должен обеспечить следующее:

- минимальный объем воды в зоне отдыха;

- резервный объем для будущего отложения наносов;

- минимальный объем воды для поддержания условий существования рыб и биоценоза;

- минимальный объем воды по условиям ее качества;

- минимальный уровень воды, гарантирующий бесперебойную работу сооружений, отводящих воду из водохранилища (каналов, трубопроводов, насосных установок).

В проектной практике отметка УМО, как и НПУ, выбирается в результате технико-экономического рассмотрения нескольких вариантов. Выбирая НПУ, мы тем самым выбираем полный объем водохранилища и максимальный напор на гидроузле, а выбирая УМО, - полезный объем водохранилища и минимальный напор, а также параметры, определяющиеся этой отметкой, например, гарантированную водоотдачу из водохранилища.

1. Определение параметров водохранилища по топографическим характеристикам

Исходные топографические характеристики предполагаемой зоны затопления (зависимость площади территории затопления от высотной отметки) приведены в табл.3.1, там же рассчитывается объем водохранилища.

Таблица 3.1

Отметка, h, м усл.	0	4	8	12	16
Площадь затопления (площадь зеркала водохранилища), м2106	0	15	24	42	110
Разность отметок,hi, м	0	4	4	4	4
Средняя площадь зеркала водохранилища между отметками, (fi+fi+1)/2м2106	0	7,5	19,5	33	76
Приращение объема водохранилища V=hi (fi+fi+1)/2, м3106	0	30	76	132	304
Объем водохранилища, м3106	0	30	108	240	544

По полученным результатам строим графики зависимости площади водохранилища и его объема от отметки уровня воды (за нулевую отметку принимается отметка дна водохранилища) (рис. 3.1, 3.2).

Отметка уровня воды, м

Площадь водохранилища, млн. м²

Рис.3.1. График зависимости площади зеркала водохранилища от отметки уровня воды

Отметка уровня воды, м

Объем водохранилища, млн м³

Рис.3.2. График зависимости объема водохранилища от отметки уровня воды

По полученным морфометрическим зависимостям определяем возможную отметку НПУ.

Из практики проектирования известно, что величина сработки водохранилищ не должна превышать 1/3 максимальной глубины водохранилища (или максимального напора).

По топографическим условиям оптимальная глубина водохранилища достигается при 13 м, что соответствует объему 300 млн. м³. Учитывая, что глубина сработки не должна превышать 1/3 максимальной глубины водохранилища, при НПУ=13 м (V_НПУ=300 млн. м³) УМО=8,60 м (V_УМО=120млн м³).V_полезн=180 млн. м³.

2. Определение параметров водохранилища по экономическим показателям

Согласно проекту использования водных ресурсов р.Быстрой-пос.Солнечный, полезный объем водохранилища должен быть не меньше

V_полез.>V_в +0,1V_в+0,25W_полов.

Объем водохранилища, необходимый для аккумуляции 25% стока половодья 0,25W_полов. определяется для года 3% обеспеченности стока (основной расчетный случай) при проектировании ГТСIIIкласса.

Предварительно класс сооружения определяется III, так как при напоре 13 м (п.3.1) высота плотины будет больше 14 м, что по СНиП 33-01-2003 [17] соответствует ГТСIIIкласса.

Объем стока половодья находится по гидрографу половодья, который может быть построен разными способами. Наиболее простой и рекомендуемый при предварительном проектировании способ построения гидрографа методом Кочерина, при котором гидрограф аппроксимируется треугольником (рис.3.3).

Рис.3.3 Схематизированный гидрограф половодья для расчета трансформации расхода

При этом задаются следующие данные: максимальный расход воды расчетной обеспеченности и продолжительность половодья

W_полов3%=Q_{max 3%}t_пол0,5=310452460600,5=603 млн. м³;

V_полез.>V_в +0,1V_в+0,25W_пол=73,6+7,36+151=232 млн. м³.

V_{полезн. мин}=232 млн. м³.

Объем стока половодья 0,5% обеспеченности, необходимый для дальнейших расчетов при определении отметки ФПУ (особый расчетный случай при проектировании ГТСIIIкласса),рассчитывается аналогично:

W_{полов0,5%}=Q_max0,5%t_полов0,5=410452460600,5=797 млн. м³.

3. Сравнение полученных результатов определения параметров водохранилища, предварительное определение полезного и полного объема водохранилища (без учета потерь)

Минимальный полезный объем водохранилища достигается при 232 млн. м³, что больше оптимальной величины полезного объема, определенного по морфометрическим характеристиками180 млн. м³.

Таким образом, при сложившихся обстоятельствах принимается один из вариантов решений:

1. Пересмотреть нормы водопотребления в сторону снижения, что недопустимо с учетом дальнейшего развития экономики района строительства.

2. Увеличить площадь затопления, тем самым увеличить объем водохранилища до минимального проектного 232млн. м³, который и принимается в качестве расчетного.

Полный объем водохранилища, учитывая, что глубина сработки не должна превышать 1/3 максимальной глубины водохранилища, определяется путем подбора параметров. Увеличивая НПУ на 1 м, проверяем полученный результат: при НПУ=14,00 мV_НПУ=380 млн. м³, УМО=9,50 м,V_УМО=145 млн. м³,V_полезн=235 млн. м³.

235 млн. м³>232 млн. м³.

Полученные характеристики НПУ=14,00 м, УМО=9,50 м, полногоV_НПУ=380 млн. м³ и полезного объемовV_полезн=235 млн. м³ принимаем для дальнейших расчетов.

4. Учет потерь из водохранилища

Учет потерь дает возможность найти тот объем воды, который должен быть накоплен в нем для покрытия не только полезного потребления, но и для возмещения потерь воды на испарение и фильтрацию за период сработки (опорожнения) водохранилища. Учет потерь приводит к необходимости увеличения его полезного объема.

Потери воды из водохранилищ слагаются из потерь на испарение, фильтрацию, льдообразование и пр. При водохозяйственных расчетах они подлежат учету.

Потери воды на испарение с открытой поверхности определяют по данным ближайших метеорологических станций или по расчетным формулам и выражаются высотой слоя испарения. При расчетах высоту слоя испарения уменьшают на величину слоя осадков, выпадающих непосредственно на зеркало водохранилища.

Для предварительных расчетов можно использовать сумму осредненных значений месячных величин слоев испарения за вычетом осадков за период открытого русла со средней площади зеркала водохранилища. Согласно табл.1.1, сумма испарения с водной поверхности за период с апреля по ноябрь за вычетом осадков

Ев_(4-10)-Ос_(4-10)=275 мм.

Площадь зеркала водохранилища при его средней глубине (между НПУ и УМО) h_вод.ср=11,75мF_з.ср.=3810⁶м²_.

Объем водохранилища, который требуется для компенсации потерь на испарение V_{пот.исп.}=(Ев_(4-10)-Ос_(4-10))F_з.ср=0,2753810⁶=10,4510⁶м³.

Потери на фильтрацию слагаются из фильтрационных потерь через тело земляной плотины, в обход плотины и под нее и через ложе водохранилища. В предварительных расчетах фильтрационные потери принимают равными слою воды, теряемому в течение года с площади зеркала.

При средних гидрогеологических условиях(супесчаные грунты в ложе водохранилища) этот слой принимается равным 0,5 мв год.

V_пот.ф.=0,5F_з.ср=0,53810⁶=19,0010⁶ м³.

Общий объем потерь V_пот.=V_{пот.исп} +V_пот.ф.=10,4510⁶+19,0010⁶ м³=29,4510⁶ м³.

Новая отметка НПУ с учетом потерь из водохранилища определяется по графику рис.3.2при полном объемеV_пол =380+29,45410млн. м³,НПУ=14,3 м.

Полезный объем водохранилища V_полезн=V_НПУ-V_УМО=410-145=265 млн. м³.

Рассмотрим соотношение полезного объема и среднемноголетнего объема стока реки в створе ГЭС W₀=Q₀T₀,

где Q₀- среднемноголетний расход.

Если V_полезн<0,1W₀, водохранилище не может вести регулирование стока, приV_полезн> 0,1W₀, возможно сезонное регулирование стока реки, приV_полезн> 0,5W₀- многолетнее.

Согласно исходным данным, W₀=533млн. м³.

V_полезн=265 млн. м³> 0,1533млн. м³. Следовательно, водохранилище может вести сезонное регулирование стока.