Обучение вождению гидроциклов и маломерных судов, общие сведения, лоция.
e-mail:
office@matrixplus.ru tender@matrixplus.ru
icq:
613603564
skype:
matrixplus2012
телефон
+79173107414 +79173107418
г. С аратов
поддержка проекта: разместите на своей странице нашу кнопку! И мы разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на e-mail
Водохранилища, водный режим водохранилищ, течения на водохранилищах, зоны водохранилища, шлюзы
Водохранилища создают не только с целью хранения воды, но и для регулирования стока, т.е. движения воды в реке. Сток характеризуется количеством воды, протекающим за какой-либо период времени, например, за год, сутки.
Водный режим водохранилищ
Течения на водохранилищах
Возникают под действием ветра и стока воды. Ветровые течения наблюдаются вдали от берегов, их скорости сравнительно невелики. Стоковые течения зависят от участка водохранилища и периода навигации. В нижней части водохранилища течение может быть достаточно быстрым во время весеннего паводка и сброса воды через плотину. В половодье скорость течения в узких местах водохранилища может быть сравнима со скоростью течения рек.
широкого применения для дезинфекции на объектах железнодорожного транспорта, пищевой промышленности, ЛПУ, ветеринарного надзора
Моющие средства
для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.
1. Назначение водохранилищ и их размещение на земном шаре
Водохранилище — это искусственный водоем, созданный для накопления и последующего использования воды и регулирования стока.
Водохранилища стали сооружать еще в глубокой древности для обеспечения водой населения и сельского хозяйства. Одним из первых на Земле считают водохранилище с плотиной Садд-эль-Кафара, созданное в древнем Египте в 2950—2750 гг. до н. э.
Наиболее интенсивное сооружение водохранилищ происходило в послевоенные годы, в 80—90-е годы крупных водохранилищ стали строить меньше.
Накопленную в водохранилищах воду используют для орошения и обводнения земель, водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий, санитарных промывок речных русел, улучшения судоходных условий ниже по течению в маловодный период года и т. д. С помощью водохранилищ регулируют речной сток для гидроэнергетики, с целью предотвращения наводнений. Водоемы используют также для рыбного хозяйства, водного транспорта, рекреации (отдыха людей), водного спорта.
Гидрологическим режимом водохранилищ управляет человек, который выбирает заранее нужные параметры водоема и технические приемы его эксплуатации. Многие черты гидрологического режима водохранилищ определяются хозяйственными потребностями и регулируются. Вместе с тем искусственно созданные водоемы начинают участвовать в круговороте воды в речных системах, оказываются под влиянием комплекса природных факторов и подчиняются закономерностям, свойственным естественным водным объектам — рекам и особенно озерам.
Водохранилища — своеобразные водные объекты, новый природно-техногенный компонент ландшафта. Они преобразуют режим рек, влияют (иногда —неблагоприятно) на окружающую среду. Потребности практики заставляют изучать режим водохранилищ, разрабатывать стратегию рационального управления ими, принимать меры по предотвращению некоторых негативных последствий сооружения этих водоемов. Поэтому вполне правомочно говорить о возникновении нового раздела гидрологии — гидрологии водохранилищ.
Общие сведения о регулировании стока. Виды и типы регулированияю. Сток воды в реках в естественном состоянии является чрезвычайно изменчивым в зависимости от многих факторов, в первую очередь – от характера питания. На некоторых реках с преимущественно снеговым питанием максимальный расход воды в десятки и сотни раз больше минимального расхода. Во время паводка наблюдается большое увеличение расхода воды, повышение уровня и значительное увеличение глубин, которые полностью не используются для судоходства. В период небольших расходов и низкого стояния уровней глубины резко уменьшаются, особенно на перекатах, что ограничивает пропускную способность рек при осуществлении перевозок грузов и пассажиров.
Регулирование стока рек призвано изменить во времени естественный режим речного стока, уменьшить колебания стока воды, сделать водные пути более глубоководными на протяжении всего навигационного периода и существенно улучшить использование водных ресурсов для различных отраслей хозяйства: энергетики, судоходства, лесосплава, водоснабжения и сельского хозяйства. Кроме того, при регулировании стока решается задача предотвращения наводнений, защиты сельскохозяйственных угодий и строений.
Для регулирования стока на реке возводится узел гидротехнических сооружений (гидроузел), в состав которого (кроме прочих сооружений) входят одна или несколько плотин. Выше гидроузла уровни воды повышаются, образуется водохранилище, которое позволяет аккумулировать «излишки» воды во время прохождения больших расходов (в период снеговых и дождевых паводков). В меженный период на участок реки ниже гидроузла подается дополнительный расход воды по сравнению с его естественными значениями (производятся попуски воды из водохранилища), уровни воды и глубины при этом повышаются. Таким образом, происходит выравнивание неравномерности распределения расхода воды по времени.
Для каждого водохранилища путем выполнения водохозяйственных расчетов устанавливаются следующие характерные уровни воды, имеющие постоянные высотные отметки:
ФПУ – форсированный подпорный уровень;
НПУ – нормальный подпорный уровень;
УНС – уровень навигационной сработки;
УМО – уровень мертвого объема.
Форсированный подпорный уровень (ФПУ) – это уровень воды выше нормального, временно допускаемый в водохранилище при чрезвычайных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений (например, во время прохождения особо высокого паводка).
Нормальный подпорный уровень (НПУ) – это наивысший проектный уровень воды, который поддерживается в водохранилище при нормальных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений (до этого уровня водохранилище может наполняться во время обычного паводка).
Уровень навигационной сработки (УНС) – это наинизший уровень воды, допускаемый в водохранилище в период навигации, при этом учитывается необходимость поддержания судоходных глубин.
Уровень мертвого объема (УМО) – это наинизший уровень воды, до которого допускается опорожнение (сработка) водохранилища.
Разница объемов водохранилища при НПУ и УНС называется полезным объемом.
Объем водохранилища при УМО называется мертвым объемом. Величину мертвого объема водохранилища выбирают так, чтобы имелся минимальный напор воды, обеспечивающий нормальную работу турбин гидроэлектростанции. На реках, несущих большое количество наносов, при выборе величины мертвого объема учитывается время заполнения его наносами в процессе эксплуатации. Кроме того, при выборе УМО учитывается необходимость обеспечения надежной работы водоприемников, обеспечивающих подачу воды предприятиям, населенным пунктам и на сельскохозяйственные угодья.
Требования, предъявляемые к регулированию стока потребителями, являются различными и иногда противоречивыми. Например, для целей водного транспорта наибольшие расходы воды требуются летом, когда наблюдается минимальный естественный сток воды в реках, чтобы существенно увеличить глубины для обеспечения безопасного движения судов большой грузоподъемности. Для энергетики наибольшие расходы воды нужны в осенне-зимний период, когда существенно увеличивается потребность в выработке электрической энергии для промышленных пунктов. Кроме того, интересы энергетики требуют неравномерного расходования воды в течение суток и по дням недели из-за неравномерного потребления энергии, а для водного транспорта желательно иметь постоянные расходы воды и глубины, чтобы не было затруднений для движения судов.
Сельское хозяйство нуждается в резком увеличении расходов воды, в основном, в течение короткого вегетационного периода для орошения полей и полива растений.
Поэтому при проектировании мероприятия по регулированию речного стока необходимо учитывать интересы всех отраслей хозяйства, чтобы получить наибольший экономический эффект от использования водных ресурсов.
В зависимости от продолжительности периода перераспределения стока и от режима работы водохранилища различают следующие виды регулирования речного стока: многолетнее, годичное (сезонное), недельное и суточное.
Многолетнее регулирование предусматривает выравнивание стока на протяжении нескольких лет. При этом в многоводные годы происходит наполнение водохранилищ, а в маловодные годы, в основном, созданные запасы воды расходуются. Таким образом, многолетнее регулирование выравнивает не только внутригодовые, но и многолетние колебания стока. Такой вид регулирования стока способствует стабильности и увеличению габаритов водного пути с большой обеспеченностью.
Для осуществления многолетнего регулирования стока создаются крупные водохранилища, позволяющие аккумулировать большие объемы воды. К таким водохранилищам относятся: Верхне-Свирское на р. Свирь, Рыбинское на р. Волга, Цимлянское на р. Дон, Братское на р. Ангара, Красноярское на р. Енисей и др.
Наиболее простым является годичное регулирование, при котором обеспечивается выравнивание стока только в пределах года. При этом водохранилище наполняется в период паводка, а в течение остального длительного периода, когда естественный сток воды резко уменьшается, происходит расходование воды из водохранилища. Полное опорожнение полезного объема воды водохранилища производится к началу следующего паводка. Для обеспечения такого регулирования стока требуется создание меньших по объему водохранилищ, чем при многолетнем регулировании. Годичное регулирование стока также улучшает условия судоходства, но с меньшей обеспеченностью габаритов водного пути. Разновидностью годичного регулирования является сезонное регулирование стока, при котором сработка водохранилища для повышения уровней воды и увеличения глубин ниже гидроузла производится только во время наиболее затруднительного для судоходства меженного периода.
Необходимость суточного и недельного регулирования стока объясняется неравномерностью потребления электрической энергии промышленными предприятиями и населенными пунктами. Суточное регулирование обуславливается неравномерностью потребления энергии в течение суток. Обычно наибольшее потребление энергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, происходит в дневные часы, когда работают промышленные предприятия и особенно в вечерние часы, когда работают предприятия и включается осветительная сеть населенных пунктов. Наименьшее потребление – ночью, так как в это время большинство предприятий не работает и отключается освещение. Поэтому для обеспечения такой неравномерности потребления электрической энергии работает соответствующее количество турбин гидроэлектростанции, и, следовательно, происходит неравномерное расходование воды из водохранилища.
Недельное регулирование стока обусловливается неравномерностью потребления электрической энергии в течение недели. В субботу и в воскресенье, когда многие предприятия не работают, потребление энергии существенно меньше, чем в рабочие дни недели.
При суточном и недельном регулировании стока в результате частых изменений расходов происходят колебания уровней воды на участке реки ниже водохранилища, которые прослеживаются на протяжении нескольких десятков километров. Таким образом, суточное и недельное регулирование стока являются характерной особенностью энергетического использования стока, и отличается от остальных видов регулирования. В этом случае происходит не выравнивание стока, а наоборот, повышение неравномерности его распределения во времени.
Такое регулирование стока создает затруднения для судоходства, так как при снижении уровней уменьшаются глубины, усложняется устройство и оборудование причалов и иногда нарушается график движения судов.
Для обеспечения суточного и недельного регулирования стока не требуется увеличение емкости водохранилища многолетнего или годичного регулирования.
По методу расходования (отдачи) воды из водохранилища различают два типа регулирования: с постоянной и переменной отдачей воды. На рис. 9.1 показаны несколько случаев запроектированного графика отдачи годичного регулирования: равномерный на протяжении всего года (рис. 9.1, а); равномерный с двумя ступенями в течение навигационного и зимнего периода (рис. 9.1, б); ступенчатый с максимумом расхода отдачи в летний (меженный) период (рис. 9.1, в).
Последний случай ступенчатого графика отдачи является типичным для компенсирующего транспортно-энергетического регулирования. При этом в межень, когда имеются минимальные бытовые расходы воды, отдача из водохранилища наибольшая. В зимний период из водохранилища подается лишь гарантированный расход турбины гидроэлектростанции, которая вырабатывает электрическую энергию. В период паводка зарегулированная отдача увеличивается только для покрытия потерь воды на испарение.
Во всех случаях площадь бытового гидрографа w1, расположенная выше графика отдачи, представляет собой объем водохранилища VB, а площадь w2, расположенная ниже графика отдачи, но выше бытового гидрографа – объем отдачи для обеспечения зарегулированных расходов воды QЗ. Для того, чтобы такая отдача была возможна, необходимо соблюдение неравенства w1 ³ w2, т.е. чтобы дефицит стока в летне-зимний период не превосходил избытка стока за период весеннего паводка.
Водохранилища, их классификация и характеристики. По гидрографическому признаку различают три типа водохранилищ: русловые, озерные и смешанные.
Водохранилище, которое образуется в результате преграждения течения реки плотиной и затопления речной долины, называется русловым (рис. 9.2, а). Такие водохранилища обычно имеют большую длину и площадь водного зеркала. Для создания в них больших запасов воды необходимо значительное повышение уровня воды.
Озерное водохранилище образуется в результате преграждения плотиной истока реки, вытекающей из озера (рис. 9.2, б). Вода при этом заполняет озерную чашу. В таких водохранилищах с большой площадью водного зеркала могут создаваться значительные запасы воды при сравнительно небольших повышениях уровня озера.
При возведении плотины несколько ниже истока реки, вытекающей из озера, образуется смешанное водохранилище, которое включает емкости чаши озера и прилегающей к нему долины реки (рис. 9.2, в).
Основными характеристиками любого водохранилища являются его емкость V и площадь водного зеркала F. При этом площадь водного зеркала водохранилища определяют планиметрированием горизонталей по топографическим картам на соответствующей отметке берегового откоса. Объем водохранилища вычисляется путем последовательного суммирования произведений средних площадей водного зеркала Fi на приращение высоты уровня воды DZ
. (9.1)
Характеристики водохранилища приводятся либо в табличной форме при четырех характерных уровнях воды (ФПУ – форсированный подпорный уровень, НПУ – нормальный подпорный уровень, УНС – уровень навигационной сработки и УМО – уровень мертвого объема), либо в виде кривых зависимости емкости V и площади водного зеркала F от изменения уровня воды в водохранилище (рис. 9.3). На кривые V и F=¦(Z) наносятся расчетные отметки ФПУ, НПУ, УНС и УМО.
Для нижнего бьефа водохранилища основной характеристикой является кривая связи между уровнями и расходами воды. Она строится по данным гидрометрических измерений за многолетний период, предшествующий возведению плотины, а затем корректируется, так как происходит размыв дна реки на участке ниже створа плотины.
При эксплуатации водохранилища, кроме полезного объема, используемого для народнохозяйственных целей, имеются бесполезные потери воды на испарение с водной поверхности водохранилища и на фильтрацию в грунт дна и берегов.
Потери на испарение возникают в результате затопления большой площади долины реки. Величина этих потерь Pн определяется разницей между количеством воды, поступающей в атмосферу с водной поверхности водохранилища Zв и объемом воды, который раньше (до затопления) поступал в атмосферу с площади суши, занятой водохранилищем Zс
, (9.2)
где: X – количество осадков, выпадающих на занимаемую водохранилищем площадь;
Y – сток воды с указанной площади.
Для определения Zв пользуются картой изолиний среднего многолетнего слоя испарения с водной поверхности, составленной по данным многолетних наблюдений на территории расположения водохранилища.
Непосредственный подсчет величины Zс затруднителен из-за большого разнообразия природной среды (района постройки водохранилища, рельефа местности, растительности и др.). Поэтому эта величина определяется косвенно, как разница между осадками и стоком воды.
Потери воды на испарение в Северо-Западной зоне обычно составляют 1-2 мм в год. В южных районах с засушливым климатом они существенно больше до 0,5-1,0 м и более в год, что учитывается при определении полезного объема водохранилища.
Потери воды из водохранилища на фильтрацию происходят через поры породы, слагающей чашу водохранилища, в соседние бассейны, а также через тело и различные устройства самой плотины в нижний бьеф реки. При этом последний вид потерь на фильтрацию является сравнительно малой величиной и обычно в водохозяйственных расчетах не учитывается.
Потери воды на фильтрацию через дно и берега водохранилища зависят от напора воды, создаваемого плотиной и гидрогеологических условий (пород, слагающих долину реки, их водопроницаемости, характера залегания, положения уровня и режима грунтовых вод).
Фильтрационные потери будут минимальными в том случае, когда ложе водохранилища сложено из практически водонепроницаемых пород (глина, плотные осадочные или массивные кристаллические породы без трещин), а уровень грунтовых вод на примыкающих к водохранилищу склонах расположен выше отметки нормального подпорного уровня (рис. 9.4, а).
Большие фильтрационные потери наблюдаются у водохранилищ, дно и берега которых сложены трещиноватыми песчаниками, известняками, сланцами или другими водопроницаемыми грунтами, а уровень грунтовых вод на склонах расположен ниже отметки НПУ (рис. 9.4, б).
Наиболее значительная фильтрация из водохранилищ наблюдается в первые годы их эксплуатации. Это объясняется тем, что в период заполнения водохранилища происходит насыщение водой грунта, слагающего ложе, и пополнение запасов подземных вод. С течением времени фильтрация уменьшается и через 4-5 лет стабилизируется. Фильтрация воды из водохранилища через поры породы изучена слабо из-за большого количества определяющих факторов и сложности проведения гидрогеологических исследований. Поэтому часто для оценки таких потерь опираются на опыт эксплуатации уже действующих водохранилищ.
По приближенным нормативам при средних гидрогеологических условиях слой потерь воды из водохранилища на фильтрацию может составить от 0,5 м до 1,0 м в год.
3.1.13. Наполнение и опорожнение водохранилищ, бассейнов,каналов и напорных водоводов, а также изменение уровней воды должны производиться постепенно, со скоростями, исключающими появление недопустимо больших давлений за облицовкой сооружения, оползание откосов, возникновение вакуума и ударных явлений в водоводах. Допустимые скорости опорожнения и наполнения должны быть указаны в местной инструкции.
При пропуске высоких половодий (паводков) превышение нормального подпорного уровня (НПУ) верхних бьефов гидроузлов допускается только при полностью открытых затворах всех водосбросных и водопропускных отверстий и при обязательном использовании всех гидротурбин. При уменьшении притока воды отметка уровня водохранилища должно снижаться до НПУ в кратчайшие технически возможные сроки.
Грунтовые откосы гидротехнических сооружений и берегов водоемов весьма чувствительны к изменению уровней воды. Быстрое повышение уровня воды в каналах и водохранилищах приводит к неравномерному смачиванию грунта, вследствие чего возможно обрушение откосов и берегов.
Как правило, быстрое наполнение водоемов (за исключением первичного наполнения) не может причинить существенных повреждений даже неукрепленным откосам; для укрепленных откосов повторные наполнения каналов и водоемов практически безопасны. Первичное затопление каналов и наполнение водохранилищ требуют наблюдений по специальной программе с организацией контроля за состоянием бортов водоемов, откосов каналов, за режимом грунтовых вод на окружающей территории и другого специального контроля.
Быстрое понижение уровня воды является более опасным для сооружений и берегов, поскольку уровень грунтовых вод в теле сооружения и в бортах не успевает понизиться вслед за уровнем воды водоема или канала и образуется избыточное противодавление на откос со стороны грунтовых вод. Это может привести к нарушению устойчивости откосов, возникновению оползневых явлений. При быстрых понижениях уровней воды в каналах облицовка откосов обычно выдавливается наружу, особенно тогда, когда дренаж за облицовкой выполнен недостаточно доброкачественно, отсутствуют или забиты разгрузочные отверстия в железобетонных плитах крепления (рисунок 3.1.4). Таким образом, скорости понижения уровня воды в водоемах и каналах должны быть такими, чтобы возникающий перепад давления со стороны водоема и со стороны грунтовых вод не привел к нарушению устойчивости откосов и их креплений. Поскольку скорость фильтрации в несвязных грунтах выше, чем в связных, скорость понижения уровня воды должна быть меньше при откосах, сложенных из глин и суглинков, по сравнению с песчаными и супесчаными откосами. В то же время для песчаных откосов допустим меньший перепад давления снаружи и изнутри, поскольку для вымыва песчаных частиц достаточна малая скорость выхода фильтрационных вод на откос или в разгрузочные отверстия крепления
Рисунок 3.1.4 – Схема воздействия фильтрационного потока на крепление наружного откоса при быстромпонижении уровня воды
1 — тело плотины; 2 — водонепроницаемое крепление откоса; 3 и 3′ — высокий уровень воды перед откосом и соответствующее ему положение поверхности фильтрационной воды; 4 и 4′ — низкий уровень воды перед откосом и соответствующее ему статическое положение поверхности фильтрационной воды; 5 — динамическое положение уровня фильтрационной воды при быстром понижении уровня воды перед откосом; 6 — эпюра обратного давления фильтрационной воды на водонепроницаемое крепление откоса (крепление устойчиво, если Gcosα>W)
Значения безопасных скоростей опорожнения и наполнения водоемов определяются проектом.
Нередко в процессе эксплуатации для промывки водохранилища от отложений наносов необходимо глубокое его опорожнение. В этом случае для составления программы промывки должен быть выполнен специальный расчет устойчивости бортов водохранилища и откосов сооружений.
Напорные водоводы также требуют постепенного наполнения и опорожнения. При этом должна быть проверена работа аэрационных отверстий и обратных клапанов; это особенно важно при опорожнении водоводов (подробнее см. п. 3.1.16). Порядок заполнения и опорожнения трубопроводов должен быть изложен в местной инструкции.
Наполнение водохранилища выше НПУ (в пределе до отметки форсированного подпорного уровня — ФПУ) предусматривается только в исключительных случаях при необходимости пропуска через гидроузел высоких паводковых расходов воды. Причем такое превышение НПУ допустимо только на период пропуска высоких паводковых расходов, которые при НПУ не могут быть пропущены. При снижении притока в водохранилище уровень воды в нем должен быть понижен до НПУ. Длительная работа гидротехнических сооружений при уровне воды в водохранилище выше НПУ не предусмотрена, так как связана с рядом неблагоприятных проявлений как для самих сооружений, так и для территорий, прилегающих к водохранилищу. Так, при снижении сбрасываемых в нижний бьеф расходов и сохранении уровня воды в водохранилище на отметках выше НПУ напор на сооружения может превысить расчетный.
Превышение НПУ вызывает изменение установившегося фильтрационного режима как в гидротехнических сооружениях, так и в основании гидроузла, что может привести к снижению их надежности.
Форсирование уровня вызывает интенсификацию процесса переработки берегов водохранилища и повышение Уровней грунтовых вод на прибрежных территориях.
В практике эксплуатации гидроэлектростанций случаи наполнения водохранилищ выше НПУ не единичны. Неоднократно превышался НПУ на Братской, Волжских, Цимлянской ГЭС с целью накопления возможно большего количества воды и увеличения напора для получения большей выработки электроэнергии. По существу эти случаи следует квалифицировать как повышение НПУ.
Для обеспечения надежности гидротехнических сооружений Эксплуатационным циркуляром [35] допускается повышение НПУ только с разрешения генерального проектировщика гидроузла с учетом фактического состояния гидротехнических сооружений и их механического оборудования при надежном расчетном обосновании.
. (9.1)
, (9.2)
