ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОЁМА (ВОДОХРАНИЛИЩА)
Площадь водной поверхности Q и объем воды V в водохранилище зависят от уровня Я или средней глубины hc/7 в нем (рис. 3.1) [3, 7]. Кривую Q = Q(H) называют кривой площадей водной поверхности водохранилища; кривую V = V(H) - кривой объемов. Эти кривые наносят на один график и называют батиграфически- ми кривыми.
![Батиграфические кривые [3, 7]](/htm/img/40/11110/4.png)
Рис. 3.1. Батиграфические кривые [3, 7]
Различают статический и динамический объемы. Объемы воды, подсчитанные в предположении, что поверхность воды в водохранилище горизонтальная, называют статическим. Если же объем вычисляют с учетом кривой свободной поверхности воды в водохранилище, то его называют динамическим [7]. На слабопроточных водохранилищах, в равнинных условиях уклон водной поверхности незначителен, поэтому при вычислении объемов воды в водохранилище ее поверхность, как правило, принимают горизонтальной.
Исходным материалом для построения кривой водохранилища служат крупномасштабные топографические карты. Площади водной поверхности водохранилища О, соответствующие различным уровням воды Я, считая поверхность воды горизонтальной, определяют путем планиметрирования площадей, заключенных между отдельными горизонталями и створом плотины, замыкающим горизонтали у берегов.
Кривую Q = Q(H) строят в прямоугольных координатах: на оси ординат откладывают уровни Я, на оси абсцисс - площадь Q.
Объем воды в водохранилище находят обычно последовательным суммированием частичных объемов AVj по упрощенной формуле [3, 7]:
где Qj и Qj+i - площади, соответствующие уровням воды Hi и Hi+i, тыс. м2;
AHj - приращение уровня воды, м:
Если зависимость Q = Q(H) имеет сложный вид и соотношение между смежными уровнями воды Qj+i / Qj > 1,5, то следует применять формулу усеченной пирамиды:
Объем первого придонного слоя воды определяют по формуле усеченного параболоида:
Объем воды в водохранилище, соответствующий отметке Я, получают суммированием частичных объемов, расположенных ниже этого уровня,
По данным расчета стоят кривую объемов V = V(H).
Важной характеристикой является также средняя глубина (м):
Критерий литорали (мелководья)
где Он, и Ун, - площадь водной поверхности и объем воды в водохранилище при одном и том же уровне Hi соответственно, км2 и м3;
Qu - площадь литорали (мелководья), соответствующая уровню Hi, км2.
Площадь литорали, то есть площадь водной поверхности прибрежной части водохранилища с глубинами Н < 2 м, определяют, пользуясь кривой Q = Q(H), как разность площадей водной поверхности водохранилища при уровне воды Hi и уровне на 2 м ниже:
Кривые hc/,(H) и Lq(H) обычно совмещают на одном графике с батиграфическими характеристиками водохранилища.
Пример 3.1. Построить батиграфические кривые водоема (водохранилища) при известных параметрах.
Исходные данные. Площади водной поверхности водохранилища, соответствующие различным уровням воды (горизонталям), полученные путем определения площадей между горизонталями:
|
Я, м |
ПО |
112 |
114 |
116 |
118 |
120 |
122 |
124 |
126 |
128 |
130 |
132 |
134 |
|
Q, км2 |
0 |
2 |
8 |
14 |
22 |
34 |
46 |
62 |
80 |
100 |
128 |
160 |
202 |
Исходные данные заимствованы из [7].
Порядок выполнения
1. В графы 1 и 2 таблицы 3.1 вписываем отметки уровня воды и соответствующие им площади водной поверхности водохранилища из исходных данных.
2. Первоначальный объем водоема, начиная с уровня воды с 120 м, можно рассчитывать по упрощенной формуле (3.4). С 112 м до 120 м каждая последующая площадь превышает предыдущую больше чем в 1,5 раза (выделено в табл. 3.1 полужирным шрифтом). Следовательно, необходимо использовать формулу (3.3). Эти величины по средней площади вносим в графу 3, причем полагаем, что водная поверхность водохранилища горизонтальна. Остальные величины определяем по упрощенной формуле (3.1). В графе 6 таблицы 3.1 последовательно суммируем частичные объемы графы 5 по формуле (3.5), начиная от дна.
Таблица 3.1
Зависимость площади водной поверхности и объема воды в водохранилище
от уровня воды и средней глубины
|
Уровень воды, Н, м |
Площадь водной поверхности, км2 |
Разность уровней AHi, м |
Объем воды, млн м3 |
Средняя глубина hep, м |
Литораль (мелководье) |
||||
|
Qi |
Clcp |
AVi |
VHi |
площадь Ql, км2 |
критерий |
коорд |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
110 |
0 |
0 |
0 |
||||||
|
1,3 |
2 |
2,6 |
2 |
1 |
111 |
||||
|
112 |
2 |
2,6 |
1,3 |
||||||
|
4,0 |
4,7 |
2 |
9,4 |
6 |
0,75 |
113 |
|||
|
114 |
8 |
12 |
1,5 |
||||||
|
1,8 |
10,9 |
2 |
21,8 |
6 |
0,43 |
115 |
|||
|
116 |
14 |
33,8 |
2,4 |
||||||
|
1,7 |
17,8 |
2 |
35,6 |
8 |
0,36 |
117 |
|||
|
118 |
22 |
69,4 |
3,15 |
||||||
|
1,6 |
27,8 |
2 |
55,6 |
12 |
0,35 |
119 |
|||
|
120 |
34 |
125 |
3,68 |
||||||
|
1,4 |
40 |
2 |
80 |
12 |
0,26 |
121 |
|||
|
122 |
46 |
205 |
4,46 |
||||||
|
1,4 |
54 |
2 |
108 |
16 |
0,26 |
123 |
|||
|
124 |
62 |
313 |
5,05 |
||||||
|
1,3 |
71 |
2 |
142 |
18 |
0.23 |
125 |
|||
|
126 |
80 |
455 |
5,69 |
||||||
|
1,2 |
90 |
2 |
180 |
20 |
0,20 |
127 |
|||
|
128 |
100 |
635 |
6,35 |
||||||
|
1,3 |
114 |
2 |
228 |
28 |
0,22 |
129 |
|||
|
Уровень воды, Н, м |
Площадь водной поверхности, км2 |
Разность уровней АН,, м |
Объем воды, млн м3 |
Средняя глубина hc/>, м |
Литораль (мелководье) |
||||
|
Qi |
Clip |
AVi |
VHi |
площадь Qi., км2 |
критерий |
коорд |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
130 |
128 |
863 |
6,74 |
||||||
|
1,2 |
144 |
2 |
288 |
32 |
0.20 |
131 |
|||
|
132 |
160 |
1151 |
7,2 |
||||||
|
1,3 |
181 |
2 |
362 |
42 |
0.21 |
133 |
|||
|
134 |
202 |
1513 |
7,5 |
||||||
- 3. Средние глубины воды в водохранилище Н(/, (графа 7) при соответствующих отметках уровня воды в нем рассчитываем по формуле (3.6).
- 4. Площадь Ql определяем по зависимости (3.8), затем вычисляем критерий мелководья по формуле (3.7) и координаты критерия мелководья.
Вычисленные значения ординат наносим на график на миллиметровой бумаге. Масштаб построения кривых следует принимать таким, чтобы кривые не пересекали соединяющие концы кривых V = V(H), Q = Q(H) и Н = = Н(), Q = Q(V) и составляли с осью абсцисс угол 30...60°.
