Розрахунок гідрологічних характеристик річки
ПРОЕКТ ГЕС НА РІЧЦІ КІРЄНГА
Опис місцевості розташування ГЕС
Кірєнга - річка в Іркутській області, правий приплив Лєни. Довжина Кірєнги складає 746 км. Площа її водозбірного басейну - 46 600 км². В гирлі річки розташовано місто Кірєнск.Основні придитки: Ханда (472 км) - лівий; Улькан (294 км), Окунайка (261 км), Миня (179 км), Кутима (97 км) - праві.
Річка замерзає у кінці жовтня або на початку листопада і залишається під крижаним покривом до кінця квітня або початку травня. Середньорічна витрата води - в гирло - 651 м³/с. Має переважно дощове живлення.
Рисунок 1.1 – Басейн річки Кірєнга
Рисунок 1.2 – Місце розташування ГЕС
Розрахунок гідрологічних характеристик річки
Початкові дані для розрахунку:
· гідрограф витрат води в річці, рис. 1.3;
Рисунок 1.3 – Гідрограф витрат
· топографічна характеристика водосховища, рис.1.4;
· корисна місткість водосховища 820 млн. м3;
· відмітка дна Дно = 386 м;
Рисунок 1.4 - Графік залежності zВБ=f (V)
· залежність рівня нижнього б’єфу від витрати ГЕС, рис.1.5.
Рисунок 1.5 - Графік залежності Zнб = f(QГЕС)
Передбачається, що на початок і кінець року початкове наповнення водосховища дорівнює:
Vпоч.=0,5Vкор міст; (1.1)
Vпоч=0,5820=410 млн. м3.
Інтегральна крива притоку, рис. 1.6 будується таким чином. Стік на кінець даного періоду дорівнює:
W = Qt, м3, (1.2)
де Q - витрата за гідрографом, м3/сек
t = 60х60х24х30хМ, (1.3)
де 60х60х24х30 - кількість секунд в місяці
М - кількість місяців, протягом яких витрата постійна.
Виконаємо розрахунок стоку для побудови інтегральної кривої притоку.
1. На початок періоду стік рівний нулю
W0=0 млн. м3;
2. На кінець першого місяця стік дорівнює:
W1=0+26,3х60х60х24х31х1=70,44 млн. м3;
3. На кінець другого місяця стік дорівнює:
W2=70,44+22,7х60х60х24х28х1=125,36 млн. м3;
4. На кінець третього місяця стік дорівнює:
W3=125,36+21,6 х60х60х24х31х1=183,21 млн. м3;
5. На кінець четвертого місяця стік дорівнює:
W4=183,21+44х60х60х24х30х1=297,26 млн. м3;
6. На кінець п'ятого місяця стік дорівнює
W5=297,26+260,2х60х60х24х31х1=994,18 млн. м3;
7. На кінець шостого місяця стік дорівнює:
W6=994,18+188,3х60х60х24х30х1=1482,25 млн. м3;
8. На кінець сьомого місяця стік дорівнює:
W7=1482,25+148,7х60х60х24х31х1=1880,53 млн. м3;
9. На кінець восьмого місяця стік дорівнює:
W8=1880,53+118,9х60х60х24х31х1=2198,99 млн. м3;
10. На кінець дев'ятого місяця стік дорівнює:
W9=2198,99+100х60х60х24х30х1=2458,19 млн. м3;
11. На кінець десятого місяця стік дорівнює:
W10=2458,19+63,1х60х60х24х31х1=2627,20 млн. м3;
12. На кінець одинадцятого місяця стік дорівнює:
W11=2627,20+33,9х60х60х24х30х1=2715,07 млн. м3;
13. На кінець року стік дорівнює:
W12=2715,07+31,4х60х60х24х31х1=2799,17 млн. м3.
По розрахованих даним будуємо інтегральну криву притоку (f1), рис. 1.6.
В проміжку 1-4 місяці лінія витрати ГЕС (f3) нахилена до осі абсцис на більший кут, чим лінія інтегральної кривої притоку (f1) в тому ж проміжку. Дана обставина означає, що витрата на ГЕС більше притоку, пунктир наближається до верхньої лінії (f2), а це - у свою чергу - означає, що об'єм води в корисній місткості водосховища на кінець періоду повністю вичерпується.
В проміжку 5-8 місяці лінія витрати ГЕС (f3) нахилена до осі абсцис на меньший кут, чим лінія інтегральної кривої притоку (f1) в тому ж проміжку. Дана обставина означає, що витрата на ГЕС меньш чим приток, пунктир наближається до нижньої лінії (f1), а це - у свою чергу - означає, що об'єм води в корисній місткості водосховища на кінець періоду повністю заповнюється.
В проміжку 9-12 місяці лінія витрати ГЕС (f3) нахилена до осі абсцис на більший кут, чим лінія інтегральної кривої притоку (f1) в тому ж проміжку. Дана обставина означає, що витрата на ГЕС більше притоку, пунктир наближається до верхньої лінії (f2), а це - у свою чергу - означає, що об'єм води в корисній місткості водосховища на кінець періоду становить половину корисної місткості водосховища.
Рисунок 1.6 - Інтегральні криві:
f1 - притока, f2 – допоміжна, f3 - витрат на ГЕС
Розглянемо зміну об’єму впродовж року:
· на початок року об’єм, що знаходиться у корисної місткості водосховища, складає 410 млн. м3, що відповідає відмітці 405 м,
· на кінець 4-го місяця об’єм, що знаходиться у корисної місткості водосховища, складає 0 млн.м3, що відповідає відмітці РМО= 392 м.
· на кінець 8-го місяця водосховище повністю наповниться, що відповідає відмітці НПР=406 м.
· на кінець року в корисній місткості водосховища залишиться
410 млн. м3 води, що відповідає відмітці 405 м.
Таким чином, за допомогою аналізу зміни об’єму водосховища та графіку залежності V =f (zВБ) побудовано графік залежності відміток верхнього б'єфу від часу рис.1.7.
Рисунок 1.7- Графік залежності відміток верхнього б'єфу від часу
Витрати на ГЕС визначаються аналітичним способом за формулою, що виникає з формули (1.1):
Q = W / t, м3/сек; (1.4)
1. Розрахунок витрати на ГЕС в проміжок часу 1-4 місяці.
Розрахунок WГЕС здійснюється в млн. м3.
WГЕС1-4= W4 + Vкор. містк –Vкор. містк/2 = 297.26 + 820 – 410 = 707.26 млн. м2.
QГЕС1-4 = 707.26 млн. м3: 60х60х24х30х4 = 68.22 м3/сек.
2. Розрахунок витрати на ГЕС в проміжок часу 5-8 місяці.
WГЕС5-8= W8 – W4 – Vкор. містк = 2198.99 – 297.26 – 820 = 1081.73 млн. м3.
QГЕС5-8 = 1081.73 млн. м2 : 60х60х24х30х4 = 104.33 м3/сек.
3. Розрахунок витрати на ГЕС в проміжок часу 9-12 місяці.
WГЕС9-12= W12 – W8 + Vкор. містк/2 = 2799.17 – 2198.99 + 410 = 1010.18 млн. м3.
QГЕС9-12 = 1010.18 млн. м3 : 60х60х24х30х4 = 97.43 м3/сек.
За підсумками розрахунку будується графік залежності витрат, що подаються на ГЕС, від часу рис.1.8.
Рисунок 1.8 - Графік залежності витрат, що подаються на ГЕС, від часу
Відповідно до отриманих вище витрат, використовуючи криву залежності рівня нижнього б'єфу від витрат ГЕС Zнб=f (QГЕС), визначають відмітки нижнього б'єфу за і будують відповідний графік рис.1.9:
· для QГЕС1-4 = 68.22 м3/сек. Zнб = 386.65 м;
· для QГЕС5-8 = 104.33 м3/сек. Zнб = 386.82 м;
· для QГЕС9-12 = 97.43 м3/сек. Zнб = 386.78 м.
Рисунок 1.9 - Крива залежності рівня нижнього б'єфу від часу
Натиск «Н» на турбінах ГЕС є різницею у відмітках верхнього zвб і нижнього zнб б'єфів на даний момент часу (спрощено Нст= Н):
Н = zвб – zнб, м; (1.5)
Рисунок 1.10 – Натиск на турбінах
Скачок на графіку в кінці 4 і 8 місяців пояснюється стрибком витрат на гідрографі. Зрозуміло, що рівні води стрибкоподібно змінюватися не можуть.
Виходячи з проведенного аналізу та розрахунків отримуємо наступні параметри:
· відмітка нормального підпорного рівню НПР=406 м;
· відмітка форсованого підпорного рівню ФПР=407 м;
· відмітка рівня мертвого об’єму РМО=400 м;
· відмітка рівня нижнього б’єфу РНБ=387 м;
· відмітка дна Дно =386 м;
· натиск Hгес= НПР-РНБ=406–387=19 м;
· Qмах= 260.2 м3/сек;
· L =25 км.