Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

Проектирование водохозяйственной системы на базе руслового водохранилища и переброски стока из смежного речного бассейна



Оглавление

1. Введение

2. Оценка водных ресурсов бассейна

3. Поверхностный сток

3.1 Основные характеристики

3.2 Внутригодовое распределение стока

3.3 Определение расчётной зависимости «ёмкость водохранилища - гарантированная водоотдача»

3.4 Расчёт параметров канала переброски

3.5 Определение параметров ВХС. Решение задачи оптимизации

4. Технико-экономические показатели ВХС

5. Заключение

6. Список литературы



1. Введение

Водохозяйственная система (ВХС)- комплекс взаимосвязанных водных объектов и гидротехнических сооружений, предназначенных для обеспечения рационального использования и охраны вод участниками водохозяйственного комплекса (ВХК). Основным элементом ВХС бассейна реки является комплексный гидроузел (каскад гидроузлов), в состав которого входит плотина, образуемое, ею водохранилище и совокупность инженерно-технических устройств, для многоцелевого использования водных ресурсов бассейна в целом или на выделенном водохозяйственном участке.

Цель курсового проекта:

Обоснование мероприятий по регулированию стока р. Учебной и привлечению дополнительных водных ресурсов соседнего бассейна р. Донора для получения дополнительной сельскохозяйственной продукции.

Расчётная схема

Выбираем вариант схемы (Рис.1) мероприятий для удовлетворения требований ВХБ. Поскольку есть возможность получить дополнительные водные ресурсы, которые можно пустить на орошение земель. Что в свою очередь даст возможность получить дополнительную продукцию. Данный вариант соответствует простоте схемы с точки зрения эксплуатации, социальному и экологическому факторам.



2. Оценка водных ресурсов бассейна

Назначение расчётных балансовых створов

Разработка проекта начинается с анализа водных ресурсов. Для повторной оценки ресурсов поверхностного стока необходимо назначить водохозяйственные створы. Створы в проекте назначаются по следующим соображениям. В качестве расчётных принимаются створы сосредоточенных водозаборов и сбросов сточных вод; устья крупных притоков; существующих и проектируемых гидроузлов; контрольные створы, регламентирующие качество воды; пограничные и трансграничные створы; сопряжения с подводящими трактами; другие характерные точки.



3. Поверхностный сток

3.1 Основные характеристики

В качестве расчетного створа принимаем створ водохранилища, среднегодовой расход реки и его Cv в пункте наблюдений, определены по имеющимся данным.

Данные:

Таблица 1

F,км2	Qcp, м3/с	Сv	q, л/с*км2	, млн.м3	Обеспеч. Сток 25%	Обеспеч. Сток 50%	Обеспеч. Сток 75%	Обеспеч. Сток 95%
2150	6,45	0,40	3	203	249,7	192,4	143,7	90,9

Используя данные наблюдений вычисляем:

Q_cp-среднемноголетний расход годового стока

млн. м³

Величины обеспеченного стока P=75%,P=95% обеспеченности определены с использованием таблиц трёх параметрического гамма распределения.

Расчётные данные представлены в таблице 1.

3.2 Внутригодовое распределение стока

Выполнено на основе типовых гидрографов, построенных для рек аналогов.

Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

P, %	4	5	6	7	8	9	10	11	12	1	2	3	год
W25%	124,9	30,71	13,98	10,24	8,51	8,78	8,78	11,26	8,78	7,74	7,24	8,78	249,7
W50%	96,2	23,67	10,77	7,89	6,56	6,77	6,77	8,68	6,77	5,97	5,58	6,77	192,4
W75%	76,89	16,24	5,89	4,90	5,06	4,45	5,06	6,48	5,06	4,45	4,16	5,06	143,7
W95%	53,18	6,63	3,20	2,82	2,82	3,10	3,20	4,10	3,20	2,82	2,63	3,20	90,9

Участниками водохозяйственного комплекса является промышленность, орошение, экологическая система реки.

Комплексный попуск назначен исходя из того, что в период межени сохранялся гидрограф года 95% обеспеченности, а в период половодья -апрель, май, в реке оставалось не менее 75% обеспеченности.

Безвозвратное водопотребление промышленности распределено в течение года равномерно, кроме тех дней когда допускается снижение водоподачи

Внутригодовое распределение минимальной расчётной отдачи представлено в таблице 3.

Таблица 3.

Показ.млн.м3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	1	2	3	?
U пром.	4,50	4,50	4,50	4,50	4,50	4,50	4,50	4,50	4,50	4,50	4,50	4,50	54,00
U эк	53,18	6,63	3,20	2,82	2,82	3,10	3,20	4,10	3,20	2,82	2,63	3,20	90,9
U min	57,68	11,13	7,70	7,32	7,32	7,60	7,70	8,60	7,70	7,32	7,13	7,70	144,9

Wиз. = 0.3Wср = 0.3*203 = 60,9 млн.м³

Uoр = Wиз - Uпром = 60,9 - 54 = 6,9 млн.м³

Для данного проекта назначаем максимально возможную величину водозабора из р. Донора в маловодных условиях в объёме 50% среднемноголетнего стока основной реки.

W_{дон.макс.}= 0,5*= 201,5 млн.м³

3.3 Определение расчётной зависимости «ёмкость водохранилища - гарантированная водоотдача»

Регулирующая ёмкость водохранилища многолетнего регулирования стока определена обобщённым методом.

Суть расчётов обобщённым методом заключается в определении регулирующей ёмкости водохранилища V в зависимости от задаваемого объёма и режима гарантированной отдачи по обобщённым параметрам стока и водопотребления. При этом выделяются многолетняя и сезонная составляющие ёмкости. Сезонная составляющая находится по формулам:

при сезонном регулировании

при многолетнем регулировании

t - продолжительность лимитирующего периода в долях года, соответствующего объёму отдачи

m - объём стока лимитирующего периода в долях того же года

В рассматриваемом проекте указанные параметры получены для маловодного года с учётом графика гидромодуля:

t = 10/12=0,83;

m = 0,35

б = Umax/Wср

б = 151.8/203=0.75

б - относительная водоотдача брутто (с учётом непроизвольных потерь).

Потери на испарение и фильтрацию определяются известными методами инженерной гидрологии. Ориентировочно при отсутствии объективной информации суммарные потери можно принять в размере 10% от полезной отдачи.

Многолетняя составляющая ёмкости определяется следующим выражением и находится по табличным монограммам.

- относительная многолетняя составляющая ёмкости водохранилища

Cv - коэффициент вариации

Cs - коэффициент асимметрии, принимается равным 2Cv

r - коэффициент автокорреляции

P - расчётная обеспеченность отдачи

В водохозяйственных расчётах обобщённым методом для условий комплексного водопотребления в качестве Р следует использовать так называемую приведённую обеспеченность. Приведённая обеспеченность в наиболее общей постановке - это условная величина обеспеченности, которую должна иметь суммарная отдача всех потребителей, чтобы многолетнее водопотребление было эквивалентным сумме потребляемых объёмов воды всеми участниками ВХК с учётом их обеспеченностей и допустимого снижения требований в перебойные годы. Для определения этого параметра рекомендуется формула:

гарантированное количество воды, полученной потребителем за многолетие (100 лет)

суммарная гарантированная водоотдача

- расчётные требования i-го участника ВХК, включая и санитарно-экологические требования природного комплекса. Для водопотребителей расчётные требования определяются по величине безвозвратного водопотребления, для водопользователей размерами попуска.

- то же с учётом допустимого снижения требований в период дефицитов

Основные результаты водохозяйственных расчетов приведены в таблице 4.

Зависимость суммарной полезной отдачи и прироста отдачи на орошение от полного объема водохранилища приведена на графике (рис.3).

Таблица 4. Результаты водохозяйственных расчетов обобщенным методом

Полезная отдача	Потери из водохранилища	Отдача брутто	вмн	Относительная отдача б	Приведенная обеспеченность Р %	Составляющие емкости водохранилища
Сверх Umin	Всего						Vмн	Vсез	Vплз	Vмо	Vпол
0	144,9	2,90	147,80	0,134	0,73	83	27,2	71,05	98,25	4,91	103,16
1,15	146,05	2,90	148,95	0,134	0,73	83	27,2	71,05	98,25	4,91	103,16
2,30	148,35	2,30	151,35	0,194	0,75	83	39,38	73,08	112,46	5,62	118,08
3,45	151,18	3,00	154,18	0,216	0,76	83	48,85	75,11	123,96	6,20	130,16
4,60	156,40	3,00	159,40	0,27	0,79	83	54,81	77,14	131,95	6,59	138,54
5,75	162,15	3,00	165,15	0,37	0,81	83	75,11	79,17	154,28	7,71	161,99
6,90	169,05	3,00	172,05	0,478	0,85	83	97,03	83,23	180,26	9,01	189,27



3.4 Расчёт параметров канала переброски

Водохозяйственная система в качестве источника воды предусматривает: регулирование стока главной реки, водохранилище и переброску части стока из соседнего бассейна. Величина водозабора из р. Донор в условиях маловодного года с учётом асинхронности стока возможна в объёме 50% среднемноголетнего стока главной реки т.о. U_max водохозяйственной системы составит U_min+U_доп+а переброски.

Поперечное сечение канала предполагается трапецеидальной формы.

Длина канала переброски 20 км.

Уклон дна канала i=0,0005.

Грунт в основании канала - лёгкие суглинки.

В зависимости от грунтов, для каналов глубиной менее 10 м, коэффициент заложения откосов m=1,5.

Коэффициент шероховатости примем как для оросительного канала в глинистом русле n=0,0225.

в_max = b/h

Гидравлически наивыгоднейшее значение:

b/h=2(-m)=0,61

Из условий работы эксплуатации канала переброски принимаем: в=1,95

В зависимости от грунтов, для каналов глубиной менее 10 м, m=1,5.

Q_бр = щ*с*

щ = (b+m)h² = 3,45h²

ч = b+2h*= 5,55h

R = щ/ ч=3,45h²/5,55h=0,62h

C=1/n*R=44,44*(0,62h)=41.05*h

K=щ*C=3.95 h² *41.3 h *=110,9 h^2,66

Параметры сечения канала определяем с помощью уравнения

Q_бр=K*=130.5h*=2.48 h^2,66

0,14U_пер=2,48 h^2,66

h=0,056 U_пер^0,38

V=L* щ

Площадь сечения выемки примем с некоторым запасом/

Объём канала

щ = a* h² = 3.5h²

Объём канала через объём переброски:

V= a* h² *L= 3.5 h² *20 = 70*(0,056 U_пер^0,38)²

Полагая длину тракта 20 км получаем:

V=70*(0,056 U_пер)^0.76, млн. м³



Таблица 5. Зависимость А переброски от V выемки грунта

Uпер, млн. м3	0	5	10	15
Vвыем, млн. м3	0	26.6	45.05	61.31

На основании таблицы 6 строим график зависимости А переброски от V выемки грунта.

3.5 Определение параметров ВХС. Решение задачи оптимизации

сток бассейн водохранилище

С целью отыскания оптимума воспользуемся методом динамического программирования. Для каждого из рассматриваемых значений гарантированной отдачи определяем стоимостные показатели разных вариантов достижения этой отдачи. Варианты обусловлены сочетаниями ёмкость водохранилища - объём переброски.

В пределах дополнительной гарантированной отдачи на орошение рассмотрены варианты, сочетающие подачу воды из водохранилища и по каналу переброски при разных значениях отдачи в указанных пределах.

Экономический эффект от дополнительного орошения определен на основании критериев, связанных с доходностью и затратами на отрасль.

В качестве целевой функции взят чистый доход от дополнительной сельскохозяйственной продукции, при условии, что коэффициент рентабельности не менее нормативного значения k = 0.12.

Расчеты выполнены с использованием укрупненных стоимостных показателей без учета фактора времени.

Капитальные затраты включают комплексные и отраслевые.

Комплексные затраты:

К_ком = k_вдхр[V-V₀] + k_перV_выемки + k_в-щаU_пер

k_вдхр - капитальные затраты по водохранилищу, 12 руб./м³

V - полный объем водохранилища рассматриваемого варианта по отдаче U_в-ща

V₀ - объем водохранилища, необходимый для покрытия минимальной гарантированной водоотдачи U_min

k_пер - удельные капиталовложения на кубометр выемки, учитывающие стоимость водозаборного сооружения, 3300 руб.

Ежегодные издержки С

С_ком = 0.015* k_вдхр[V-V₀] + 0.03(k_перV_выемки + k_в-щаU_пер)

Отраслевые затраты, т.е. затраты на орошение:

К_отр = R_ор*F_ор R_отр = 36000 руб./га

С_ор = K_ор*0.01

F_ор = U_ор/М

U_ор = U_вдхр+U_пер

М - оросительная норма комплексного гектара, принята 2000 м³/га

Стоимость продукции:

Ц = Цз* F_ор Цз = 15000 руб./га

Таблица 6. Водохозяйственный баланс основного водохозяйственного участка по маловодному году 75% обеспеченности, млн.м³

Мес.	Приходная часть баланса	Расходная часть баланса	Результаты водохозяйственного баланса
	Сток реки	Итого располагаемые ресурсы	Комплексный попуск	Орошение	БВ	Брутто	Дефицит	Избыток	Сток в НБ
IV	76,89	76,89	53,18	2,25	4,5	59,93	0	16,96	70,14
V	16,24	16,24	6,63	3,75	4,5	14,88	0	1,36	7,99
VI	5,89	5,89	3,20	5,25	4,5	12,95	7,06	0	3,20
VII	4,90	4,90	2,82	3,75	4,5	11,07	6,17	0	2,82
VIII	5,06	5,06	2,82	0	4,5	7,32	2,26	0	2,82
IX	4,45	4,45	3,10	0	4,5	7,60	3,15	0	3,10
X	5,06	5,06	3,20	0	4,5	7,70	2,64	0	3,20
XI	6,48	6,48	4,10	0	4,5	8,60	2,12	0	4,10
XII	5,06	5,06	3,20	0	4,5	7,70	2,64	0	3,20
I	4,45	4,45	2,82	0	4,5	7,32	2,87	0	2,82
II	4,16	4,16	2,63	0	4,5	7,13	2,97	0	2,63
III	5,06	5,06	3,20	0	4,5	7,70	2,64	0	3,20
?	143,7	143,7	90,9	15,0	54	159,9	34,52	18,32	109,22



Таблица 7. Водохозяйственный баланс основного водохозяйственного участка по маловодному году 75% обеспеченности с учётом водохозяйственных мероприятий, млн.м³

Мес.	Приходная часть баланса	Расходная часть	Результаты
	Сток	Дотация стока из бассейна	Регулирование стока	Итого располагаемые ресурсы	Попуск	Орошение	БВ	Потери на доп. испарение и фильтр.	Брутто	Дефицит	Проектир. сток НБ	Наполнение вдхр. на конец месяца
IV	76,89	1,20	-17,91	60,18	53,18	2,25	4,5	0,25	60,18	0	53,18	29,11
V	16,24	2,00	-3,11	15,13	6,63	3,75	4,5	0,25	15,13	0	6,63	32,22
VI	5,89	2,80	4,51	13,20	3,20	5,25	4,5	0,25	13,20	0	3,20	27,71
VII	4,90	2,00	4,42	11,32	2,82	3,75	4,5	0,25	11,32	0	2,82	23,29
VIII	5,06	0	2,51	7,57	2,82	0	4,5	0,25	7,57	0	2,82	20,78
IX	4,45	0	3,40	7,85	3,10	0	4,5	0,25	7,85	0	3,10	17,38
X	5,06	0	2,89	7,95	3,20	0	4,5	0,25	7,95	0	3,20	14,49
XI	6,48	0	2,37	8,85	4,10	0	4,5	0,25	8,85	0	4,10	12,12
XII	5,06	0	2,89	7,95	3,20	0	4,5	0,25	7,95	0	3,20	9,23
I	4,45	0	3,12	7,57	2,82	0	4,5	0,25	7,57	0	2,82	6,11
II	4,16	0	3,22	7,38	2,63	0	4,5	0,25	7,38	0	2,63	2,89
III	5,06	0	2,89	7,95	3,20	0	4,5	0,25	7,95	0	3,20	0
?	143,7	8,0	11,20	162,90	90,9	15,0	54	3,00	162,90	0	90,9	-



Таблица 8. Водохозяйственный баланс основного водохозяйственного участка по маловодному году 95% обеспеченности, млн.м³

Мес.	Приходная часть баланса	Расходная часть баланса	Результаты водохозяйственного баланса
	Сток реки	Итого располагаемые ресурсы	Комплексный попуск	Орошение	БВ	Брутто	Дефицит	Избыток	Сток в НБ
IV	53,18	53,18	26,59	1,69	3,6	31,88	0	21,30	47,89
V	6,63	6,63	3,31	2,81	3,6	9,72	3,09	0	3,31
VI	3,20	3,20	1,60	3,94	3,6	9,14	5,94	0	1,60
VII	2,82	2,82	1,41	2,81	3,6	7,82	5,00	0	1,41
VIII	2,82	2,82	1,41	0	3,6	5,01	2,19	0	1,41
IX	3,10	3,10	,55	0	3,6	5,15	2,05	0	1,55
X	3,20	3,20	1,60	0	3,6	5,20	2,00	0	1,60
XI	4,10	4,10	2,05	0	3,6	5,65	1,55	0	2,05
XII	3,20	3,20	1,60	0	3,6	5,20	2,00	0	1,60
I	2,82	2,82	1,41	0	3,6	5,01	2,19	0	1,41
II	2,63	2,63	1,32	0	3,6	4,92	2,29	0	1,32
III	3,20	3,20	1,60	0	3,6	5,20	2,00	0	1,60
?	90,9	90,9	45,45	11,25	43,20	99,90	30,30	21,30	66,75



Таблица 9. Водохозяйственный баланс основного водохозяйственного участка по маловодному году 95% обеспеченности с учётом водохозяйственных мероприятий, млн.м³

Мес.	Приходная часть баланса	Расходная часть	Результаты
	Сток	Дотация стока из бассейна	Регулирование стока	Итого располагаемые ресурсы	Попуск	Орошение	БВ	Потери на доп. испар. и фильт.	Брутто	Дефицит	Проект. сток	Наполнение
IV	53,18	0,90	-21,95	32,13	26,59	1,69	3,6	0,25	32,13	0	26,59	29,22
V	6,63	1,49	1,85	9,97	3,31	2,81	3,6	0,25	9,97	0	3,31	27,37
VI	3,20	0,85	5,34	9,39	1,60	3,94	3,6	0,25	9,39	0	1,60	22,03
VII	2,82	1,49	3,76	8,07	1,41	2,81	3,6	0,25	8,07	0	1,41	18,27
VIII	2,82	0	2,44	5,26	1,41	0	3,6	0,25	5,26	0	1,41	15,83
IX	3,10	0	2,30	5,40	,55	0	3,6	0,25	5,40	0	,55	13,53
X	3,20	0	2,25	5,45	1,60	0	3,6	0,25	5,45	0	1,60	11,28
XI	4,10	0	1,80	5,90	2,05	0	3,6	0,25	5,90	0	2,05	9,48
XII	3,20	0	2,25	5,45	1,60	0	3,6	0,25	5,45	0	1,60	7,23
I	2,82	0	2,44	5,26	1,41	0	3,6	0,25	5,26	0	1,41	4,79
II	2,63	0	2,54	5,17	1,32	0	3,6	0,25	5,17	0	1,32	2,25
III	3,20	0	2,25	5,45	1,60	0	3,6	0,25	5,45	0	1,60	0
?	90,9	4,73	7,27	102,90	45,45	11,25	43,20	3,00	102,9	0	45,45	-



Таблица 10. Технико-экономические показатели для выбора оптимального варианта.

Uор	U в-ща	U пер	Водохранилище	Канал переброски и водозаборное сооружение	Отраслевые затраты орошения	Суммарные затраты ВХС	Пл-дь орош-я Fор, га	Размер ЧД	Коэф. рентаб. Кр
			к	c	к	с	к	с	к	с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
5	0,00	5,00	0,00	0,00	87,79	2,63	90	0,90	177,79	3,53	2,50	33,97	0,190
	2,50	2,50	202,08	3,03	51,84	1,55	90	0,90	343,92	5,48	2,50	32,02	0,093
	5,00	0,00	514,08	7,71	0,00	0,00	90	0,90	604,08	8,61	2,50	28,89	0,048
10	0,00	10,00	0,00	0,00	148,50	4,45	180	1,80	328,50	6,25	5,00	68,75	0,210
	5,00	5,00	514,08	7,71	87,79	2,63	180	1,80	781,87	12,14	5,00	62,86	0,080
	7,00	3,00	1078,08	16,17	59,40	1,78	180	1,80	1317,48	19,75	5,00	55,25	0,042
15	0,00	15,00	0,00	0,00	202,33	6,07	270	2,70	472,33	8,77	7,50	103,73	0,22
	7,00	8,00	1078,08	16,17	125,40	3,76	270	2,70	1473,48	22,63	7,50	89,87	0,061
21	7,00	15,00	1078,08	16,17	202,33	6,07	378	3,78	1658,41	26,02	10,50	131,48	0,079

4. Технико-экономические показатели ВХС

Технико-экономические показатели представлены для рекомендуемого варианта.

Полный объем водохранилища 189,27 млн. м³

Полезный объем водохранилища 180,26 млн. м³

Суммарная гарантированная полезная отдача водохранилища 7 млн. м³

В том числе санитарно-экологический попуск 90,9 млн. м³

Пропускная способность канала переброски 2,03 м³/с

Суммарная гарантированная отдача ВХС 162,9 млн. м³

В том числе прирост гарантированной отдачи за счет регулирования и переброски стока 15 млн. м³

Объем инвестиций с учетом регулирования стока на минимальную отдачу ВХК:

Водохранилищный гидроузел с учетом компенсации затопления 1078,08 млн. руб.

Канал переброски и водозаборное сооружение в точке изъятия 125,4 млн. руб.

Отраслевые затраты на орошение 270,0 млн. руб.

Всего по ВХС 1473,48 млн. руб.

Эксплуатационные затраты:

Водохранилищный гидроузел с учетом компенсации затопления 16,17 млн. руб.

Канал переброски и водозаборное сооружение в точке изъятия 3,76 млн. руб.

Отраслевые затраты на орошение 2,70 млн. руб.

Всего по ВХС 22,63 млн. руб.

Ежегодный чистый доход

Орошение 89,87 млн. руб.

Всего по ВХС 89,87 млн. руб.

Себестоимость воды без учета стоимости водоподготовки



5. Заключение

Разработка проекта начинается с анализа водных ресурсов. Для повторной оценки ресурсов поверхностного стока необходимо назначить водохозяйственные створы. Створы в проекте назначаются по следующим соображениям. В качестве расчётных принимаются створы сосредоточенных водозаборов и сбросов сточных вод; устья крупных притоков; существующих и проектируемых гидроузлов; контрольные створы, регламентирующие качество воды; пограничные и трансграничные створы; сопряжения с подводящими трактами; другие характерные точки.

Водохозяйственная система (ВХС)- комплекс взаимосвязанных водных объектов и гидротехнических сооружений, предназначенных для обеспечения рационального использования и охраны вод участниками водохозяйственного комплекса (ВХК). Основным элементом ВХС бассейна реки является комплексный гидроузел (каскад гидроузлов), в состав которого входит плотина, образуемое, ею водохранилище и совокупность инженерно-технических устройств, для многоцелевого использования водных ресурсов бассейна в целом или на выделенном водохозяйственном участке.



6. Список литературы

1. Козлов Д.В., Раткович Л.Д. Проектирование ВХС на базе руслового водохранилища и переброски стока из смежного речного бассейна 2010.

Размещено на Allbest.ru