Назва річки

Кам’янка

Річка – аналог

Уборть

Площа водозабору

260 км²

Роки

1961 – 1975

К-ть голів тварин

2900

К-ть води, використаною однією головою

65 л/добу

М, м³/га

850

Площа дзеркала

150

Грунт

Глина

Зарегульваність стоку

0,01

№№ п/п

Рік

Q,

м³/с

Q_A, м³/с

ДQ

ДQ_А

ДQ²

ДQ_А²

ДQДQ_А

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1961

5,4

13,0

-4,9

-0,7

24,01

0,49

3,93

2

1962

18,6

20,9

8,3

7,2

68,89

51,84

59,76

3

1963

4,7

6,0

-5,6

-7,7

31,36

59,29

43,12

4

1964

5,1

6,2

-5,2

-7,5

27,04

56,25

39,00

5

1965

6,0

7,8

-4,3

-5,9

18,49

34,81

25,37

6

1966

12,3

17,8

2,0

4,1

4,00

16,81

8,2

7

1967

10,4

13,4

0,1

-0,3

0,01

0,09

-0,03

8

1968

13,6

17,6

3,3

3,9

10,89

15,21

12,87

9

1969

14,9

21,5

4,6

7,8

21,16

60,84

35,88

10

1970

19,6

28,4

9,3

14,7

86,49

216,09

136,81

11

1971

17,5

21,0

7,2

7,3

51,84

53,29

52,56

12

1972

Роки

Q, м³/c

Q_i

К =

Q_cp

К – 1

(К – 1)²

(К – 1)³

1961

5,4

0,54

-0,46

0,212

-0,097

1962

18,6

1,86

0,86

0,740

0,636

1963

4,7

0,47

-0,53

0,281

-0,149

1964

5,1

0,51

-0,49

0,240

-0,118

1965

6,0

0,6

-0,4

0,160

-0,064

1966

12,3

1,23

0,23

0,053

0,012

1967

10,4

1,04

0,04

0,002

0,001

1968

13,6

1,36

0,36

0,130

0,047

1969

14,9

1,49

0,49

0,240

0,118

1970

19,6

1,96

0,96

0,922

0,885

1971

17,5

1,75

0,75

0,563

0,422

1972

6,1

0,61

-0,39

0,152

-0,059

1973

5,9

0,59

-0,41

0,168

-0,069

1974

4,0

0,4

-0,6

0,360

-0,216

1975

6,4

0,64

-0,36

0,130

-0,047

1976

15,78

1,58

0,58

0,334

0,1931

1977

18,56

1,86

0,86

0,733

0,6272

1978

13,3

1,33

0,33

0,109

0,0359

1979

7,22

0,72

-0,28

0,077

-0,0215

1980

10,3

1,03

0,03

0,001

0,0000

1981

6,62

0,66

-0,34

0,114

-0,0386

1982

4,7

0,47

-0,53

0,281

-0,1489

1983

4,0

0,40

-0,60

0,360

-0,2160

1984

5,3

0,53

-0,47

0,221

-0,1038

1985

7,1

0,71

-0,29

0,084

-0,0244

1986

6,0

0,60

-0,40

0,160

-0,0640

1987

7,4

0,74

-0,26

0,068

-0,0176

1988

8,9

0,89

-0,11

0,012

-0,0013

1989

15,6

1,56

0,56

0,314

0,1756

1990

19,3

1,93

0,93

0,865

0,8044

1991

7,4

0,74

-0,26

0,068

-0,0176

1992

12,5

1,25

0,25

0,063

0,0156

1993

15,1

1,51

0,51

0,260

0,1327

1994

9,8

0,98

-0,02

0,001

0,0000

1995

4,7

0,47

-0,53

0,2809

0,1489

S

10,02

Роки

Q, м³/с

Q в убиваючому

порядку, м³/с

M

Q_m

К =------

Q_ср

m

P =------100,%

N + 1

1961

5,4

19,6

1

1,96

2,7

1962

18,6

19,3

2

1,93

5,5

1963

4,7

18,6

3

1,86

8,3

1964

5,1

18,56

4

1,856

11,1

1965

6,0

17,5

5

1,75

13,8

1966

12,3

15,78

6

1,578

16,6

1967

10,4

15,6

7

1,56

19,4

1968

13,6

15,1

8

1,51

22,2

1969

14,9

14,9

9

1,49

25,0

1970

19,6

13,6

10

1,36

27,7

1971

17,5

13,3

11

1,33

30,5

1972

6,1

2.4 Побудова аналітичної кривої забезпеченості

Аналітичну криву забезпеченості будують, а частіше добудовують, при обмежувальному числі даних спостережень, коли емпірична крива забезпеченості слабо або зовсім на дає можливості визначити Q або К на кінцевих ділянках, які відносяться до області великих і малих значень стоку.

Аналітичні криві забезпеченості будують при відомих параметрах Q (Q_ср), С_н, і С_s за допомогою таблиць трьохпараметричного гамма або біномального розподілу.

В таблиці біномального розподілу приводяться нормовані відхилення модульних коефіцієнтів К_Р% від одиниці (тобто від середнього значення) які виражені в частках коефіцієнта варіації в залежності від забезпеченості при фіксованих коефіцієнтах асиметрії. Ці відхилення називаються числами Фостера і визначаємося за формулою:

К_Р% - 1

Ф_Р% = ---------- (10)

С_н

З формули (10) можна записати

К_Р% = Ф_Р% С_н + 1 (11)

Тоді витрати завданої забезпеченості, в свою чергу, визначаємося як

Q_Р% = К_р% Q = (Ф_Р% С_н + 1) Q (12)

У подальшому порядок побудови кривої забезпеченості аналогічний попередньому параграфу.

Для побудови цієї кривої забезпеченості необхідно скористатися величинами Q_ср, С_н, С_s, які одержані в підрозділах 3.1 і 3.2 і додатком, в якому приведені числа Фостера. Всі розрахунки зводжу в таблицю 4.

Визначення теоретичних значень

2.5 Побудова кривих повторюваності і забезпеченості при достатній кількості даних

Цей спосіб застосовується при великому об’ємі спостережень (більше 50 років). Криві повторюваності і забезпеченості будують за згрупованими даними. Для цього всю амплітуду коливань випадкової величини А = Q_max - Q_min (різниця між максимальними і мінімальними величинами в ряду спостерігаючої величини) ділять на інтервали, або розряди ДQ, і підраховують, скільки значень потрапило в кожний з них, тобто визначаємо абсолютну частоту n_i.

Число інтервалів С призначають від 10 до 15 в залежності від числа спостережень N, таким чином, щоб відобразити основні риси розглядаючої статистичної сукупності. Інтервали ДQ призначають однаковими. За їх величини приймають таке число, щоб після ділення А/С не лишалось залишку.

Відібрані інтервали не повинні перекриватися, щоб сусідні значення спадаючого ряду не потрапили в суміжні інтервали Контролем при підрахунку абсолютних частот по розрядам є очевидна рівність

∑n_i = Н (13)

Для кожного інтервалу розраховують відносну частоту

n_i

m_i = ----- (14)

N

При цьому, ураховуючи формулу (14) одержують

∑m_i = 1 (15)

Всі розрахунки зводжу в таблицю 5.

Емпіричній розподіл середньорічних витрат води

4

168 – 159

3

0,063

0,188

5

158 – 149

3

0,063

0,2505

6

148 – 139

7

0,146

0,3965

7

138 – 129

8

0,167

0,5635

8

128 – 119

7

0,146

0,7095

9

118 – 99

11

0,229

0,9385

10

98 – 89

1

0,021

0,9595

11

88 – 79

1

0,021

0,9805

12

78 – 69

1

0,021

1,0000

У

48

1,0000

1,0000

Характеристика схилів і прилеглої частини басейну

Суглинок, ліс

Глина

Пісок

Річка з широкою заболоченою заплавою, плоска рівнина

1

0,7

0,5

Схили, зарослі лісом і чагарником, задерновані

3

2

1

Те ж, схили круті

Значення коефіцієнта в

Значення коефіцієнта с

Значення параметрів А, В, С

Після визначення об’єму припливу мулу треба розташувати його в чаші водосховища. Порядок розміщення слідуючий. Спочатку в ніжній частині водосховища в найбільш звуженої частині перпендикулярно напрямку потоку в річці проводиться ось греблі. Починаючи з самої ніжний горизонталі, розташованої вище осі, виконується розрахунок об’ємів прострів між двома cусідніми горизонталями за формулою

F₁ + F₂

V₀ = Дh, м (19)

2

де F₁ і F₂ – площі оконтурені горизонталями і віссю греблі,м²; Дh – відстань по висоті між двома розрахунковими горизонталями.

Ураховуючи, що між нижньою горизонталлю і ложем водосховища залишається ще невеличкий простір, то Дh в даному випадку можна прийняти 0,5 – 1,5 м і при визначенні об’єму V₀ за формулою (19) F₁ слід прийняти рівною нулю.

Після додавання V₀ i V₁ ця сума повинна дорівнювати або бути більша, ніж W_МО.

У випадку (V₀ + V₁) < Wмо, рахується об’єм між вище розташованими горизонталями і додається до суши V₀ + V₁ + V₂ і так до тих пір, поки не буде рівнятися

V₀ + V₁ + … V_i = W_мо

Ця верхня горизонталь є верхом мертвого об’єму (ДСМП) і низом корисного.

L=15%

F₁ = 37 * 2500 = 92500 м²

V₁ = 46250 м³

F₂ = 96 * 2500 = 240000 м²

V₂ = 92500 + 240000 = 332500 м²

V_{1 +} V_{2 =} 46250 + 332500 = 378750 м³

V₃ = 240000 + 46250 + 702500

V_{1 +} V₂₊ V₃ = 702500 + 378750 = 1081250 м³

= 135 * 2500 = 337500 м²

= (240000 + 337500) / 2 = 577500/2 = 288750 м³

V_{1 +} V₂₊ = 378750 + 288750 м³ = 667500 м³

3.2.2 Корисний об’єм

Корисний об’єм призначається для того, щоб забезпечити усі витрати води з водосховища на господарські цілі. Крім господарських витрат є ще витрати на випаровування з дзеркала води і фільтрацію крізь дно, берега і греблю водосховища.

Найперше – це забезпечення потреб водокористувачів. В нашому випадку це водопостачання тваринницької ферми і подача води на зрошення сільськогосподарських культур. Розрахунок виконується за формулою:

V_г = q^ґN + M F_зр, м³ (20)

Де q' – норма водопостачання, м³/сут; N – поголов’я тварин на фермі, шт; М – зрошувальна норма, м³/га; F_зр – поливна площа, га.

V_г= 0,065 * 2900 * 365 + 850 * 150 = 188,5 * 365 + 127500 = 68802,5 + 127500 = 196302,5

Друга стаття витрат – це випаровування води з поверхні водосховища. Як відомо, в Лісостепній і Поліської зонах України середньорічна величина випаровування з відкритої водної поверхні дорівнює d = (6000-8000) м³/га. Для визначення всього об’єму випаровування слід помножити цю величину на площу дзеркала води водосховища (F_дзер.) тобто

V_в = d F_дзер. (21)

Де V_в - об’єм води, що випаровується з 1 га, м³; F_дзер. – площа дзеркала води у водосховищі (км²), яка визначається шляхом наближення і розподілу еліптичної поверхні дзеркала до простіших геометричних фігур, обчислення їх площ з послідуючим додаванням. За розрахункову горизонталь приймається горизонталь, яка розташована від ∆ РМО на відстані 4-6 м.

V_в = 6000 * 131,5 га = 789000 м³

F_дзер = 526 *2500 = 1315000 м²

Третя стаття – це фільтрація води крізь дно. Об’єм витрат води на фільтрацію (V₃) в декілька разів перевищує втрати води на випаровування. Абсолютна величина втрат води на фільтрацію залежить від гідрологічних умов і середньої місткості самого водосховища. При добрих гідрогеологічних умовах коли ложе і укоси водосховища складаються з глинистих або важкосуглинкових грунтів втрати становлять 5-10% від його місткості; при несприятливих умовах, тобто коли ложе і укоси представлені піщаними грунтами, то втрати сягають 30-40% від місткості водосховища. Місткість чаші водосховища орієнтовано можна визначати за формулою

V_ч = К F_дзер Н (22)

Де Н – максимальна глибина води перед греблею на рівні F_дзер, м; К – коефіцієнт, який залежить від форми поперечного перерізу балки і дорівнює 0,16 – 0,25.

V_ч = 0,25 * 1315000 м^{2 *} 8,5 = 2794375 м³

Таким чином корисний об’єм (V_ко) буде дорівнювати

V_ко= V_г + V_в + V_ф

V_ко = 196302,5 + 789000 + 8383125 = 1823615 м³

Після визначення V_ко починається його вписування в тому же порядку, що і мертвого об’єму.

F₄ = 300 * 2500 = 750 000 м²

V₄ = = 1631250 м²

= 392 * 2500 = 980 000 м²

= = 865000

V₄ + = 1631250 + 865000 = 2496250 м³

3.2.3 Форсований об’єм

З метою зменшення скидних витрат під час повені або паводку передбачається форсований об’єм, в якому розташовується на невеличкий проміжок часу частина талих і зливових вод. Починається він від нормального підпірного рівня (∆ НПР) який є верхом корисного об’єму. В залежності від об’єму водосховища, класу капітальності гідроспоруд на ньому, мінливості стоку форсований об’єм може розташовуватись вище НПР на висоту 1,0-1,5м. Верх його називається рівнем форсованого об’єму (∆РФО).

Форсований об’єм обмежується горизонталлю 48⁰

3.3 Проектування греблі

Спочатку визначаємо відмітку гребня греблі за формулою

∆_гг = ∆НПР + h_ф + h_зап, м (23)

де h_ф – висота частини об’єму водосховища, яка потрібна на розташування форсованого об’єму, (1 – 1,5),м; h_зап- запас на вітряний нагін і хвильовий накат, м.

∆ _гг = 48 + 1 + 0,243 = 49,423 м

Висоту вітряного нагону можна визначити за формулою

ДU²

H_наг = К соsб, (24)

3 д Н

де К – коефіцієнт, який орієнтовано можна прийняти 0,06; Д – довжина розгону вітряних хвиль, км; U – максимальна швидкість вітру завданої забезпеченості, м/с (U =); д – прискорення вільного падіння, м/с²; Н – середня глибина водосховища при ∆РФО,м; б – кут між віссю водосховища і пануючим напрямком вітру (б = 0).

H_наг = = 0,039 м

Висоту напливу хвилі можна знайти за формулою

h

h_нап = 1,2 ------ (25)

m

де h – висота хвилі, м (h = 0,8 – 1,0); m – коефіцієнт закладання укосу греблі.

h _{нап =} м

Гребля повинна розташовуватись в найбільш звуженій частині балки або долини річки, з порівняно пологими берегами і з достатньо глибокою та широкою чашею водосховища вище греблі. На ставках і малих водосховищах греблі виконують земляними з різними коефіцієнтами закладання укосу. Той укіс, що постійно затоплюється водою, називається мокрим, або верховим і має такі величини: для глинистих і суглинкових грунтів 2,5 – 3,0, супіщаних 3,0 – 3,5, піщаних –3,5 – 4,0. Укіс, який не затоплюється, називається сухим або низовим і має такі величини: для глинистих і суглинкових ґрунтів – 1,5 – 2,0; супіщаних – 2,0-2,5; піщаних 2,5-3,0.

Ширина греблі залежить від ширини дороги, яку звичайно, розташовують тут, але не менше 4 – 6 м.

У випадку, коли об’єм притоку води менше корисного об’єму, то треба зменшити кількість користувачів води. Аналогічно слід робити, коли сума трьох витрат на водопостачання, фільтрацію і випаровування разом з V_МО, перевищує об’єм чаши водосховища.

У відповідному масштабі зображую повздовжній переріз водосховища і поперечний – греблі.

4. Внутрірічний розподіл стоку

Відомо, що протягом року стік розподіляється по місяцях нерівномірно. Для визначення абсолютних середньомісячних величин при відсутності даних спостережень застосовують різні методи. Одним з них є метод, коли місячні значення визначаємо за допомогою таблиць відсоткового розподілу витрат стоку різної забезпеченості, які складені на основі реальних гідрографів річок різних природно-кліматичних зон. Такі дані приведені в табл.10.

Розподіл стоку по місяцях

Взявши з таблиці 3 величини стоку забезпеченістю 25, 50 і 75% і по тим відсоткам, що наведені в табл.10 знаходжу абсолютні місячні величини стоку, записавши їх в аналогічну табл.10. По цим даним будую 3 гідрографи стоку.

5. Визначення скидних витрат з водосховища і розмірів гідроспоруд

Річка після побудови водосховища повинна існувати незалежно від водності року. Тому завжди за межі греблі повинні скидатись витрати не менше витрат 95% забезпеченості, тобто для розрахунків розмірів гідроспоруд, які треба зробити для перепуску залишків води після її використання в різних галузях народного господарства необхідно мати уяву про вплив регулювання стоку на величини витрат річки.

За основу беру річний об’єм води 5, 50 і 95% забезпеченості який зменшується на величину корисного об’єму, а потім ділю на число секунд в році. Розрахунок скидних витрат (Q_ск.р.%) виконую за формулою:

Q _р% Т – V _ко

Q _{ск р%} м³ (26)

Де Q_р% - витрати річки в роки розрахункової забезпеченості, м³/с (табл.3).

Q _{ск 5% =}

Q _{ск 50% =}

Q _{ск 95% =}

Результати розрахунків зводжу в табл.11.

Скидні витрати

Скид воді виконується за допомогою водозливів практичного профілю або з широким порогом, які будують замість частини земляної греблі. Розрахунок виконується за формулою

Q _ск.95% = m b √ 2 g Н₀^3/2 (27)

Де b – ширина водозливу, м; m – коефіцієнт витрат, який можна прийняти для водозливів практичного профілю 0,4 – 0,5, для водозливів з широким порогом – 0,35; g –прискорення вільного падіння; Н₀ – глибина води на водозливі з урахуванням швидкості підходу, тобто

J₀²

Н₀ = Н + ________ (28)

2g

Швидкість підходу J₀ в водосховище можна прийняти рівної в межах 0,1 ¸ 0,3 м/с.

Розрахункову глибину слід призначити в межах (0,5 ¸ 0,6) Н_max для водозливів з широким порогом і (0,3 ¸ 0,4) для водозливів практичного профілю.

34,55

При кресленні плану греблі пунктиром показати місце розміщення водозливу.

Витрати Q_95% приймаються по таблиці 3 і застосовуються для визначення останнього члена “b” з формули (27).

Список літературних джерел

1. А.М. Владимиров. Гидрологические расчеты. Л.: Гидрометеоиздат, 1990, 364 с.

2. А.В. Рождественский, А.В. Ежов, А.В. Сахарюк. Оценка точности гидрологических расчетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1990, 276 с.

3. Г.И. Васенков, О.Е. Полищук. Адаптация модели ливневой эрозии почв к расчету миграции радиоцезия в Полесье.- В сб.: Проблемы сельскохозяйственной ірадиоэкологии десять лет спустя после аварии на Чернобыльской АЭС. Житомир, 1996,с.93-96. Практикум по гидрологии и гидрометрии и регулированию стока (Под редакцией Е.Е. Овчарова), М., 1988.

4. Г.П. Левченко. Гидрология и сельскохозяйственная мелиорация. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.