Водохранилища и их характеристика

Водохранилища создаются путем сооружения плотины (гидротехнического сооружения). На участке выше плотины повышаются и аккумулируются большие объемы воды. Сброс регулируется с помощью гидротехнического сооружения (щиты, затворы, водосборы). В отличие от резервуаров и бассейнов водохранилища имеют естественное ложе и берега. Искусственные водоемы небольших размеров и площадью водной поверхности до 1 км² называются прудами.

Объем водохранилища делится на две составляющие:

1) Мертвый объём - это постоянная часть полного объема водохранилища, которое в нормальных условиях эксплуатации не срабатывается и в регулировки стока участия не принимает. Уровень воды ограниченный сверху - уровень мертвого объема (УМО).

2) Полезный объем V_нпу - основная часть полного объема водохранилища, которая непосредственно участвует в регулировании стока. Ограничен сверху нормальным подпорным уровнем. НПУ - наивысший подпорный уровень верхнего бьефа, который может поддерживаться при нормальной эксплуатации гидротехнического сооружения. Полный объем водохранилища соответствует отметки НПУ. V_пол=V_умо+V_плз.

Рис. 3 Объем водохранилища по уровням

Подпорный уровень выше НПУ, который временно допускается в верхнем бьефе в чрезвычайных условиях эксплуатации, называется форсированным подпорным уровнем. Этот уровень ограничивается сверху объем воды находящейся выше отметки НПУ и называется форсированным или резервным объемом (рис. 3).

Главная задача проводимого водохозяйственного расчета - это определение полезного объема и выбор отметки НПУ. Полезный объем - это рабочий объем, который предназначен для регулирования стока в целях гарантированного снабжения потребителей водой, зависит от предназначения водохранилища и продолжительности регулирования стока. Мертвый объем и соответствующий ему уровень также определяют с учетом ряда условий и соображений. На реках, где транспортируется большое количество наносов мертвый объем необходим для аккумуляции твердого стока, кроме того, при определении мертвого объема необходимо обеспечивать необходимые глубины для судоходства.

Форсированный объем образуется за счет подъема воды водохранилища выше НПУ в период высших паводков или половодья.

К характеристикам водохранилища относятся:

1) Площадь зеркала (км2)

2) Объем воды (млн км3)

Рис. 5 Зависимость площади от уровня или глубины

Зависимость площади зеркала водохранилища и объема определяется уровнем или глубиной. Обе эти кривые получили название батиграфических кривых (рис. 5).

Исходным материалом для кривых являются крупномасштабные топографические карты.

Потери воды из водохранилища

При создании водохранилища, вследствие затопления и подтопления части территории, подпора и повышения уровня грунтовых вод происходят изменения соотношения между элементами водного баланса по сравнению с естественными условиями до создания водохранилища. В результате этих изменений, возникают дополнительные потери воды, основными из которых являются потери на испарение и фильтрацию:

П = Ф + Е_д

Потери воды на фильтрацию в основном состоят из фильтрации через дно и берега водохранилища, а также через основание и в обход плотины. Фильтрация через основание и в обход плотины невелика, основные потери воды через дно и берега. Фильтрация через дно и берега водохранилища зависит от напора и гидрогеологических условий (пород, слагающих долину реки, их водопроницаемости).

Слой воды на фильтрацию принимается за месяц - 30 мм при хороших гидрологических условиях. Ложе водохранилища сложено водонепроницаемыми породами и уровень грунтовых вод выше отметки подпорных уровней.

Для средних условий потери на фильтрацию принимаются 60 мм в месяц. Ложе сложено маловодопроницаемыми породами и уровень грунтовых вод находится выше отметки мертвого уровня воды.

Плохие условия - потери в месяц 90 мм. Ложе водохранилища сложено водопроницаемыми породами и уровень грунтовых вод ниже отметки уровня мертвого объема. Наблюдается отток воды на подпитку грунтовых вод.

Слой потерь воды на дополнительное испарение:

Е_д = Е_в – Е_с

где: Е_в, Е_с – слой испарения соответственно с водной поверхности и с суши затапливаемой водохранилищем, мм.

Общий объем потерь из водохранилища:

Vп=0,001∙П∙ Ω ,

где: П – слой суммарных потерь воды, мм; Ω - площадь водной поверхности водохранилища, км².

Расчет испарения с водной поверхности ведут по специальным методическим указаниям. Все водоемы по этой методике принято делить на три группы:

1) малые

2) средние

3) большие

При расчетах испарении с водоемов необходимо учитывать:

1) среднее многолетнее испарение с эталонного бассейна площадью 20 м² и глубиной 2 метра (Е₂₀);

2) учитывают поправочные коэффициенты:

- на глубину водоема (к_н);

- на защищенность от ветра (к_з);

- площадь водоема (к_).

В частности, среднемноголетнее испарение с малых водоёмов, расположенных в равнинных условиях определяют по формуле:

Е_в = Е₂₀∙к_н∙к_з∙к_