Регулирование стока водохранилищ

Сток большинства рек неравномерен. Наибольшим колебаниям он подвержен в связи с сезонной сменой фаз. На реках снегового питания весенний максимум или паводок сменяется летом в межень минимальным стоком. на реках Дальнего Востока, в условиях муссонного климата, наблюдается два максимума (паводка) - весенний, связанный со снеговым питанием, и летний - от дождевых осадков в сезон муссонных циклонов.

Расходы воды на нужды народного хозяйства также неравномерны. Так, для сельского хозяйства и водоснабжения населенных мест больше воды расхо­дуется летом и меньше зимой. Неравно­мерным оказывается и режим работы гидроэлектростанций, так как потребность в электроэнергии зависит от времени суток и сезонов года. Желательно уменьшение расходов паводков для исключения или уменьшения затопляемых территорий. Поэтому рациональное хозяйствование требует регулирования стока во времени.

В наиболее общем виде уравнение водного баланса озера или водохранилища:

Х + У_ПОВ + У_ПОДЗ + К – У^I_пов – У^Iф – Е – У^I _вод = ± ΔV + н (17)

где Х – атмосферные осадки на озеро; У_ПОВ – поверхностный приток в озеро; У_ПОДЗ – подземный приток в озеро; К – конденсация водяных паров на зеркало; У^Iпов – поверхностный сток из водохранилища; У^Iф - подземный сток из водохранилища; Е – испарение с водной поверхности; У^I_вод – водозабор из водохранилища для хозяйственных целей; ΔV – изменение объема воды в водохранилище за расчетный период; н – невязка.

Для регулирования стока используют объемы специальных водоемов (прудов) и водохранилищ. В соответствии с величиной регулируемого стока объемы водохра­нилищ заранее рассчитывают. Регулирование стока зависит от характера решаемых задач, поэтому используют различные виды регулирования. Однако наиболее употребительное регулирование по времени: не­дельное, сезонно-годичное и многолетнее.

Сезонно-годичное регулирование предусматри­вает наполнение водохранилища в период половодья и паводков, а сработку — при малых расходах воды на реке. Многолетнее регулирование включает в пол­ный цикл работы водохранилища несколько лет. В многоводные годы водохранилище наполняется, а в маловодные срабатывается.

Регулирование стока - сложная инженерная задача. Оно производится на основе водохозяйственных расчетов. Для этого нужно знать объем и характер речного стока, его обеспеченность, параметры водохрани­лища, величины потерь воды из водохранилища на фильтрацию под плотину, в борта водохранилища, и на испарение с поверхности во­дохранилища, расходы воды на потребление, объемы льдообразования.

Потери воды на фильтрацию зависят от геоло­гических и гидрогеологических условий, а также от создаваемого плотиной напора и ряда других факторов.

Потери воды на испарение с поверхности водо­хранилища могут быть весьма существенны и потому должны учи­тываться. Расчет потерь на испарение ведут по эмпирическим формулам с учетом данных наблюдений за метеорологическими элементами. Потери воды на льдообразование являются временными и учитываются при работе небольших водохранилищ.

Соотношение между притоком и потреблением воды обычно изо­бражают в виде совмещенного графика (рис. 4.6), гидрографа или кривую поступления воды от всех источников (1) и кривую отдачи (2). На таком графике хорошо прослеживается соотношение между стоком и по­треблением в отдельные периоды. Так, в пределах участка ∆b приток явно превышает отдачу, а на участках ∆d₁ и ∆d₂ имеет место обратная картина. Такой совмещенный график позволяет осуществлять одногодичное или многолетнее регулирование стока. По нему можно подсчитать в любой момент времени, какова полезная емкость водохранилища, определить, в какой степени водохранилище трансформирует (сглаживает) максимальные расходы в реке, принять решение об увеличении или уменьшении сброса воды из водохранилища, т.е. вести собственно регулирование стока.

 

Рис.4.6. Совмещенный график стока и потребления.

Тема 5. Гидрогеология

Вода в земной коре

Подземные воды - воды, находящиеся в верхней (до глубины 12-16 км) части земной коры и залегающие ниже поверхности земли в жидком, твердом и парообразном состоянии. Наука о их происхождении, законах движения, свойствах, условиях залегания и распространения в земной коре называется гидрогеологией.

Содержание и передвижение воды в горных породах возможно благодаря наличию в них различных пустот (пор, каверн, трещин), соединяющихся между собою. В скальных породах вода располагается главным образом в трещинах. Поэтому одним из главных водных свойств горных пород является пористость. Пористость характеризуется коэффициентом пористости:

(18)

где V_п – объем пор; V – объем породы.

Величина пористости (%) у различных природных образований различна: торф – 80; почвы – 55; глины – 20 – 40; пески – 25 – 35; известняки – 5; гипс – 4; глинистые сланцы – 4; граниты – 1-2. Следовательно, любая, даже самая плотная, порода обладает пористостью.

По отношению к горным породам вода, содержащаяся в земной коре, может быть подразделена на связанную (физически и химически) и свободную.

Связанная вода удерживается в породе молекулярными силами, которые по своим размерам превосходят гравитационные. В глинистых породах этот вид воды составляет до 20-25%. При их уплотнении происходит отжим воды, которая пополняет ресурсы свободной воды. Предельно большое количество связанной воды в горной породе называется максимальной молекулярной влагоемкостью (W_м.в.).

Свободная вода – это вода, которая свободно передвигается в порах, трещинах и пустотах породы под влиянием силы тяжести. Это свободные гравитационные капельно-жидкие воды, скапливающиеся в породах и движущиеся в водоносных горизонтах, которые могут быть извлечены из водоносных горизонтов современными техническим средствами.