Эксперт

Сергей

Задать вопрос

Мы готовы помочь Вам.

2.2 Состав задания

1. Построить и проанализировать годовой гидрограф реки. Определить годовой сток реки и среднегодовой расход.
2. Провести водно-энергетический расчет режима работы ГЭС без регулирования годового стока при Z_вб (t)= const = ÑНПУ (t=1,.., 12). Определить годовую выработку ГЭС и среднегодовые значения параметров ГЭС при работе ГЭС по водотоку: Q_гэс^с.год_; Н_гэс; ^с.год _; N_гэс^с.год.

Таблица 2.1

Среднемесячные значения расходов, м³/с

3. Определить основные параметры водохранилища водохозяйственного назначения годового цикла регулирования стока при постоянном попуске в НБ, равном среднегодовому значению расхода:

• объем аккумулирования водохранилища;
• отметку _ÑУМО;
• коэффициент зарегулированности стока b.

4. Провести водохозяйственный расчет режима работы ГЭС с учетом регулирования годового стока при постоянном попуске в НБ, равном среднегодовому значению расхода. Построить зависимости Z_вб (t), N_гэс(t), Z_нб(t), Н _гэс(t), Q_гэс(t). Определить годовую выработку ГЭС и среднегодовые значения параметров ГЭС при работе ГЭС при ВХР: Q_гэс^с.год_; Н_гэс; ^с.год _; N_гэс^с.год.

2.3 Методические рекомендации по выполнению расчетного задания

2.3.1 Гидрографы реки

Изменения расхода во времени Q(t) – гидрограф реки – хронологический ход колебания расходов реки. В зависимости от периода времени различают гидрографы: годовые, недельные, суточные.

Вид годового гидрографа в основном определяется главным источником питания реки: снеговое, дождевое или ледниковое.

Во всех гидрографах принято различать три типичных состояния реки:

Половодье – характеризует наибольшую в году водность, высокий и длительный подъем уровня воды в реке, сопровождающееся выходом из русла реки в пойму. Вызывается главным источным питание реки: на равнинах – таяние снега, в горах – таяние льда. Повторяется в один и тот же сезон с различной продолжительностью и интенсивностью.

Паводок —  быстрый, сравнительно кратковременный подъем уровня воды в створе реки, отличается от половодья нерегулярностью.

Обычно возникает от дождей, иногда уровень воды в реке может превышать уровень при половодье. В условиях зимы кратковременное потепление – таяние снега.

Межень —  наблюдается низкая водность, так как отсутствует дождевое и снеговое питание реки. Преобладающее значение в речном стоке имеют подземные воды. На равнинных реках России различают летнюю и зимнюю межень. Повторяется в одни и те же сезоны, но с различной продолжительностью и интенсивностью.

Гидрограф реки характеризуется тремя значениями расхода:

— максимальный расход Q^max определяется, как максимальное значение из ряда наблюдаемых значений расхода;

— минимальный расход Q^min определяется, как минимальное значение из ряда наблюдаемых значений расхода;

— средний расход Q₀ определяется, как среднеарифметическое значение наблюдаемых значений расхода. В данном расчете производится расчет среднегодового значения естественной приточности по формуле:

Q₀= .                                                                      (2.1)

При анализе годового гидрографа принимаем допущение, что:

— к периоду межени относятся все i-ые месяцы, когда Q₀>Q_прi;

— к периоду половодья все i-ые месяцы, когда Q₀<Q_прi ;

— к периоду паводку i-ые месяцы с нехарактерным для данного региона, когда Q₀>Q_прi.

Годовой сток реки W определяется по формуле:

W=,                                                             (2.2)

где =1 месяц=30 дней = 2592000 секунд.

2.3.2 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС без регулирования годового стока

При работе ГЭС по водотоку весь приток (расход) воды  Q_пр, подтекающий к створу ГЭС, будет пропускаться через оборудование ГЭС Q_гэс  (при отсутствии холостых сбросов) и попадать в нижний бьеф (НБ) Q_нб, т.е. без учета потерь расхода (на испарение, фильтрацию, льдообразование и т.д.) и отсутствии холостых сбросов справедливо соотношение:

                            Q_пр  @ Q_гэс @ Q_нб.                                                           (2.3)

Мощность ГЭС N_гэс, как известно, определяется произведением расхода воды Q_гэс и напора H_гэс, т.е. имеет следующее математическое выражение:

                              N_гэс= k_N ·H_гэс ·Q_гэс,                                                    (2.4)

где k_N = 9,81·h_гэс(H_гэс ,Q_гэс) – коэффициент  мощности МГЭС, зависит от режима ее работы и определяется по эксплуатационной характеристике агрегата. В данном расчете h_гэс принимается постоянным.

Напор H_гэс представляет собой удельную энергию водотока и определяется по формуле:

                                          H_гэс = Z_ВБ — Z_НБ(Q_нб)                                                                                            (2.5)

где Z_ВБ — уровень верхнего бьефа (ВБ), зависит от объема воды, содержащейся в водохранилище V_в; Z_НБ — уровень нижнего бьефа (НБ), зависит от расхода воды в нижнем бьефе Q_нб. Поскольку рассматривается режим работы ГЭС по водотоку, то  Z_ВБ остается постоянной.

Отметка НБ Z_НБ  меняется в зависимости от расхода, поступающего в НБ Q_нб, и определяется по топографической характеристике НБ Z_НБ(Q_нб) с учетом зимних условий.

В качестве расчетного интервала времени Dt рассматривается 1 месяц и принимается, что все параметры водотока и ГЭС рассчитываются, как средние значения в течение месяца.

ВЭР ГЭС по водотоку проводится по формулам (2.3)-(2.5) и результаты расчетов удобно представлять в табличном виде (см. табл.2.2).

Таблица 2.2

Результаты ВЭР ГЭС по водотоку при Z_ВБ=const

2.3.3 Определение основных параметров водохранилища водохозяйственного назначения годового цикла регулирования стока при постоянном попуске в НБ, равном среднегодовому значению расхода.

Определяются следующие параметры:

• объем аккумулирования водохранилища;
• отметка _ÑУМО;

— коэффициент зарегулированности стока b.

При водохозяйственном регулировании речного стока в качестве регулируемого параметра в данном расчете выступает требуемый попуск (расход) НБ, равный среднегодовому Q_сред и определяемый по формуле:

Q_сред= ,                                                          (2.6)

где — среднемесячные расходы  за 1 год, заданные в качестве исходных данных (см.табл.2.1).

Сработка и наполнение водохранилища между отметками _ÑНПУ и _ÑУМО происходит за один год, при постоянном попуске расхода в НБ, равном среднегодовому значению расхода.

Определение объема аккумулирования годичного регулирования водохранилища  водохозяйственного назначения V_полез и отметки_ÑУМО:

1. При известной _ÑНПУ, по кривой связи верхнего бьефа Z_вб(V_в) определяем полный объем водохранилищаV_полн.;

2. Требуемый попуск воды в НБ, равный среднегодовому расходу Q_сред, определяем по формуле (2.6);
3. За начало сработки водохранилища принимается j-месяц — первый месяц в осенне-зимнем периоде, когда среднемесячное значение`<`Q_сред;
4. Определяем V_{полезн.} исходя из условия годового баланса воды в водохранилище (за год объем сработки V_сраб = объему наполнения V_нап.) по следующему алгоритму:

Для i-ого месяца  продолжительностью Dt_i =1 месяц  проводим определение:

—  изменение объема воды в водохранилище DV:

Если `Q<sub>прi</sub> <`Q_сред. – сработка водохранилища и DV определяется по формуле:

DV_сраб.i = (Q_сред. —` Q_прi)× Dt_i,                                                (2.7)

где  Q_{в i} = Q_сред. —` Q_прi – расход водохранилища.

Если `Q<sub>прi</sub> >`Q_сред. – наполнение водохранилища и DV определяется по формуле:

DV_нап.i = (`Q<sub>прi</sub> —`Q_сред.)× Dt_i.                                            (2.8)

где  Q_{в i} = Q_прi – Q_сред. —`расход водохранилища.

Годовой объем аккумулирования (полезный объем) определяется по формуле:

V_{полезн.} = V_сраб. = V_нап,                                              (2.9)

где V_сраб. = åDV_сраб.i;    V_нап. = åDV_нап.i.

5. Отметку ÑУМО определяем по характеристике ВБ при объеме равном V_мо.