3.2. Противопаводковая функция водохранилища

Проектируемое водохранилище предполагается использовать для различных целей, в том числе и как противопаводковое. Полезный объем водохранилища предполагается использовать для задержания части паводкового стока.

Водохранилища сезонного и многолетнего регулирования существенно меняют режим попусков в нижний бьеф в период паводков, уменьшая величины расходов, сбрасываемых в нижний бьеф, по сравнению с естественным стоком. Это приводит в условиях средних и особенно маловодных лет к сокращению площади и длительности паводковых затоплений. В условиях многоводных лет в период прохождения паводков обеспечивается резкое уменьшение размеров затоплений и ущерба окружающей среде, а в условиях маловодных лет в меженный период - гарантированный санитарно-экологический попуск.

Последствия изменения режимов попусков в нижний бьеф в период прохождения паводков существенно зависят от особенностей природных условий.

В зонах избыточного увлажнения при сокращении площади и длительности затопления при прохождении весенних паводков улучшаются условия и повышается продуктивность пойменных лугов, например на р. Обь в Западной Сибири.

В регионах, для которых характерны также летние паводки, изменение режимов прохождения паводков с уменьшением величины расходов может положительно влиять на сельскохозяйственное использование земель, защищая пойменные земли от затопления в период вегетации растений, когда затопление может привести к их гибели. Летние паводки наблюдаются на реках в Закарпатье (Украина), на Дальнем Востоке (Россия).

На многих водохозяйственных объектах защита от наводнений долины реки ниже гидроузла является одной из важнейших функций, для чего предусматривается в полезном объеме водохранилища многолетнего регулирования объем для регулирования паводков, который должен быть сработан до сезона паводков. Так, на Асуанском водохранилище (Египет) из полезного объема 134 км³ для регулирования паводков предназначено 44 км³ (33 %), а из водохранилища самой большой строящейся ГЭС «Три ущелья» (Китай) для регулирования паводков определен объем 22,2 км³ (при полном объеме 39,3 км³).

На водохранилищах сезонного регулирования весь полезный объем используется для аккумулирования части стока половодья, так как перед прохождением половодья обычно производится полная сработка водохранилища до УМО (уровня мертвого объема).

Наибольшего внимания и подготовки требует пропуск половодья и паводков через сооружения гидроузла (около 23 % аварий на гидроузлах связаны именно с пропуском паводков), включая:

- пропуск паводков через все водосбросные сооружения гидроузла в соответствии с регламентом;

-форсировку уровня выше НПУ до при работе всех водосбросных отвер­стий и агрегатов ГЭС при пропуске высоких паводков (в соответствии с классом сооружения, определяемому по СНиП 33-01-2003 [17], Приложение2,табл.2.9) с трансформацией их водохранилищем в соответствии с регламентом, предусмотренным правилами эксплуатации.

В зависимости от топографической характеристики водохранилищ и располагаемой полезной емкости величина форсировки уровней над НПУ колеблется от 0,1 м (Иовский гидроузел на р.Иове) до 5,5 м (Вилюйский гидроузел на р. Вилюе).

Объем водохранилища над НПУ предназначается только для дополнительной срезки максимальных расходов и не используется для повышения низкого меженного стока. Поэтому после прохождения пика половодья необходимо произвести его сработку (на спаде половодья).

Для предотвращения наводнений в нижнем бьефе водохранилища в проекте необходимо знать максимальную глубину воды в нижнем бьефе, при котором прилегающие территории не затапливаются.

3. Определение параметров водохранилища по экономическим показателям

Согласно проекту использования водных ресурсов водотока, полезный объем водохранилища должен быть не меньше

V_{полезн.}>V_в +0,1V_в+0,25W_полов.=V_{полезн2.}

Объем водохранилища, необходимый для аккумуляции 25% стока половодья 0,25W_полов определяется для года 3% обеспеченности стока (основной расчетный случай при проектировании ГТСIIIкласса).В соответствии со СНиП 33-01-2003[17], при высоте грунтовой плотины, необходимой для создания подпора при устройстве водохранилища,>14 м (высота предварительно определяется в п.3.1 по топографическим характеристикам), ГТС относится кIIIклассу. При проектировании ГТСIVкласса основной расчетной случай, в соответствии со СНиП 33-01-2003, водохранилище проектируется для аккумуляции0,25W_полов объема половодья 5% обеспеченности.

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 Q_{max 3%}и продолжительность половодьяt_полов.

W_полов3%=Q_{max 3%}t_полов0,5, млн. м³(площадь треугольника);

V_{полезн2.}=V_в +0,1V_в+0,25W_полов3%, млн. м³;

(V_в=_деф).

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, млн. м³(площадь треугольника).

При проектировании ГТС IV класса основной расчетный случай – пропуск половодья 5% обеспеченности, особый расчетный случай – пропуск половодья 1% обеспеченности. При этом объем стока половодья расчетной обеспеченности будет:

W_полов5%=Q_max5%t_полов0,5, млн. м³;

W_полов1%=Q_max1%t_полов0,5, млн. м³.

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

В этом пункте нужно сравнить минимальный полезный объем водохранилища, определенный в п.3.1V_{полезн1}по морфометрическим характеристикам иV_{полезн2.,} рассчитанный в п. 3.3.

При этом должно выполняться неравенство

V_{полезн1.}>V_{полезн2.}

Если минимальный полезный объем водохранилищаV_{полезн2}больше оптимальной величины полезного объема, определенного по морфометрическим характеристикам, 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 проектногоV_{полезн2}, 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.

Полученные характеристики НПУ, м, УМО, м, полногоV_НПУи полезногоV_полезнобъемов, млн. м³ принимаем для дальнейших расчетов.

3. Учет потерь из водохранилища

Учет потерь дает возможность найти тот объем воды, который должен быть накоплен в водохранилище 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, рассчитывается сумма испарения с водной поверхности за безледоставный период за вычетом осадков, мм. Определяется площадь зеркала водохранилища при его средней глубине (между НПУ и УМО)h_вод.ср,м. Объем водохранилища, который требуется для компенсации потерь на испарение

V_{пот.исп}= (Е_в-Ос)F_{зерк.ср}, млн. м³.

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 (Приложение 2, табл.П2.10) (супесчаные грунты в ложе водохранилища) этот слой можно принять равным 0,5 м в год.

V_пот.ф.=0,5F_{зерк.ср},млн.м³.

Общий объем потерь V_пот.=V_{пот.исп}+V_пот.ф. млн. м³.

Новая отметка НПУ с учетом потерь из водохранилища определяется по графику рис.3.2при полном объемеV_пол,млн. м³,НПУ, м.

Полезный объем водохранилища V_полезн=V_НПУ-V_УМО, млн. м³;

здесь объем V_НПУ – объем водохранилища при НПУ с учетом потерь, объем V_УМО – прежний.

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.