Испарение с поверхности водохранилища в зависимости от района расположения последнего может достигать значительных величин и существенно влиять на водохозяйственный баланс гидростанции.
В том случае, когда при проектировании ГЭС определенный вариант водохранилища уже выбран, иногда бывает целесообразным производить дальнейшие расчеты с учетом изменений стоковых характеристик реки, вносимых создаваемым водохранилищем.
Рис. 75. Карта испарения с поверхности водохранилища в сантиметрах.
Образование водохранилища вызывает повышенные потери на испарение, которые при больших площадях зеркала могут заметно
изменить величину нормы стока и внутригодовое распределение. Для учета этих изменений после выбора отметки НПГ и определения площади зеркала водохранилища вычисляется норма стока с поверхности суши бассейна за вычетом площади проектируемого водохранилища. К полученному значению стока добавляется затем величина притока с площади зеркала водохранилища, определяемая как разность осадков и испарения с этой площади.
Такая корректировка гидрологических данных производится для повышения точности результатов водноэнергетических расчетов и бывает оправдана лишь при использовании вполне надежных исходных гидрологических материалов и при наличии одного выбранного варианта.
Этот подход к решению задачи дает более правильные результаты вычислений внутригодового распределения стока, несколько повышая среднемесячные расходы в зимнюю межень и уменьшая их в периоды открытого русла.
Исправленные таким путем характеристики стока используются в водноэнергетических расчетах, не требуя отдельного учета потерь на испарение при установлении режимов работы водохранилища.
При отсутствии многолетних данных об осадках в районе проектируемого водохранилища применяется упрощенная методика корректировки режима стока. В этом случае потери на испарение с поверхности водохранилища вычисляются как разность величин испарения с водной поверхности и испарения с площади суши, занимаемой проектируемым водохранилищем. По найденной величине потерь стока на испарение исправляются стоковые характеристики реки.
При производстве водноэнергетических расчетов с рассмотрением нескольких вариантов и при невысокой точности исходных гидрологических материалов применение изложенной методики значительно усложняет расчет, не давая желаемого уточнения. Поэтому наиболее часто вычисленные величины потерь стока учитываются непосредственно при водноэнергетических расчетах; уточнение стоковых характеристик при этом не производится.
Для величины среднего многолетнего испарения с водной поверхности может быть использована карта испарения с поверхности водохранилища среднего размера при глубине воды 5 м и средним разгоном воздушного потока над водной поверхностью х = 10 км (рис. 75). Эта карта пригодна для вычисления испарения с водохранилищ с разгоном воздушного потока от 0,1 до 100 км.
Для разных географических зон по данным табл. 106а может быть произведена корректировка величины испарения в зависимости от длины разгона ветра х.
Таблица 106а
При глубине воды в водохранилище, отличной от 5 м, в величины испарения, взятые по карте, следует вносить поправку, определяемую по табл. 106б.
Таблица 106б
Местоположение водохранилища | Соотношение величин испарения на водохранилищах разной глубины, м | |||||
2 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | |
Лесная полоса .. | 1,01 | 1,00 | 0,972 | 0,952 | 0,940 | 0,920 |
Лесостепная полоса .. | 1,02 | 1,00 | 0,985 | 0,970 | 0,955 | 0,945 |
Степная полоса ... | 1,03 | 1,00 | 0,985 | 0,975 | 0,965 | 0,965 |
Зона полупустынь ... | 1,01 | 1,00 | 0,990 | 0,985 | 0,982 | 0,975 |
Зона пустынь . | 1,005 | 1,00 | — | — | — | 1,00 |
Внутригодовое распределение испарения по месяцам для среднего года определяется по табл. 107 в зависимости от районов, различающихся продолжительностью периода открытого русла (рис. 76). Расчетная величина испарения и внутригодовое распределение для других расчетных лет (маловодных и многоводных) в проектной практике принимаются такими же, как и для среднего года. Хотя такой расчет и является приближенным, однако достигаемое при этом упрощение, находящееся в пределах общей точности расчетов, оправдывает его применение.
Для определения нормы годового испарения с поверхности суши можно использовать график П. С. Кузина (рис. 77), дающий удовлетворительные результаты для районов избыточного увлажнения (бассейны рек Верхней Волги, Волхова, Мсты, Невы, Москвы, Западной Двины, Днепра до Киева, Онеги, Унжи, Сухоны).
Для районов недостаточного увлажнения норму испарения с поверхности суши можно определять по карте П. С. Кузина (рис. 78), составленной по разности между нормой годовых осадков и нормой годового стока и дающей достаточно точные результаты. При наличии данных о норме осадков и норме стока в рассматриваемом бассейне норма испарения может быть вычислена непосредственно по разности между осадками и стоком.
Карту. П. С. Кузина целесообразно также использовать и для районов избыточного увлажнения в целях контроля результатов расчета другими способами.
Для расчета испарения с поверхности водохранилищ с площадью до 1 км2 и наибольшей глубиной 6—8 м можно использовать следующую формулу Б. Д. Зайкова:
(147)
где Е — месячный слой испарения с водной поверхности в миллиметрах; п — число дней в месяце; е0 — максимальная упругость водяных паров в миллибарах, определяемая по средней месячной температуре поверхностного слоя воды е200 — средняя месячная абсолютная влажность воздуха в миллибарах на высоте 200 см над водной поверхностью; w200— средняя месячная скорость ветра в м/сек. над водоемом на высоте 200 см.
Рис. 76. Карта районирования по продолжительности безледоставного периода.
При исчислении е0 и е200 в миллиметрах величина коэффициента при п берется равной не 0,15, а 0,20; если в расчет вводится скорость ветра на высоте 100 см, коэффициент при w принимает значение, равное 0,85.
Рис. 77. График для определения испарения с поверхности суши.
Для вычисления испарения по формуле (147) необходимо располагать материалами метеорологических наблюдений, проводимых непосредственно над водной поверхностью. Поскольку таких материалов в зоне проектируемого водохранилища обычно не имеется, расчет испарения с водной поверхности ведется по данным наблюдений на континентальной станции.
В этом случае формула (147) представляется в следующем виде:
(148)
где с — параметр, определяемый по карте изолиний (рис. 79), D200— дефицит влажности воздуха в миллибарах на высоте 200 см, определяемый по температуре воздуха в психрометрической будке.
При измерении дефицита влажности воздуха в миллиметрах и скорости ветра на высоте 100 см коэффициенты в формуле (148) принимают соответственно значения 0,2 и 0,85.
Рис. 78. Карта испарения с поверхности речных бассейнов суши (по П. С. Кузину).
„ Таблица 107
Испарение с водной поверхности водохранилищ различной глубины по месяцам (в долях от суммы испарения за год)
№ района по карте | Глубина водоема, м | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | . XII |
II | до 5 |
|
|
|
| 0,10 | 0,19 | 0,22 | 0,23 | 0,16 | 0,10 |
|
|
| 5-10 |
|
|
|
| 0,07 | 0,15 | 0,21 | 0,22 | 0,17 | 0,10 | 0,08 |
|
| 10-15 |
|
|
|
| 0,05 | 0,12 | 0,19 | 0,23 | 0,17 | 0,11 | 0,10 | 0,03 |
| 15-25 |
|
|
|
| 0,04 | 0,09 | 0,16 | 0,23 | 0,18 | 0,12 | 0,12 | 0,06 |
III | до 5 |
|
|
| 0,05 | 0,12 | 0,17 | 0,19 | 0,19 | 0,14 | 0,09 | 0,05 |
|
| 5-10 |
|
|
| 0,04 | 0,09 | 0,15 | 0,17 | 0,19 | 0,17 | 0,12 | 0,07 |
|
| 10-15 |
|
|
| 0,03 | 0,07 | 0,14 | 0,16 | 0,19 | 0,18 | 0,14 | 0,09 |
|
| 15-25 |
|
|
| 0,03 | 0,05 | 0,12 | 0,14 | 0,18 | 0,19 | 0,16 | 0,10 | 0,03 |
IV | до 5 |
|
|
| 0,07 | 0,12 | 0,17 | 0,19 | 0,19 | 0,15 | 0,11 |
|
|
| 5-10 |
|
|
| 0,05 | 0,08 | 0,15 | 0,19 | 0,20 | 0,17 | 0,13 | 0,03 |
|
| 10-15 |
|
|
| 0,05 | 0,07 | 0,12 | 0,17 | 0,20 | 0,18 | 0,16 | 0,05 |
|
| 15-25 |
|
|
| 0,04 | 0,05 | 0,10 | 0,15 | 0,20 | 0,18 | 0,18 | 0,12 |
|
V | до 5 |
|
| 0,05 | 0,13 | 0,16 | 0,17 | 0,17 | 0,15 | 0,09 | 0,06 | 0,02 |
|
| 5-10 |
|
| 0,03 | 0,05 | 0,09 | 0,13 | 0,16 | 0,17 | 0,16 | 0,11 | 0,07 | 0,03 |
| 10-15 |
|
| 0,03 | 0,04 | 0,08 | 0,12 | 0,15 | 0,17 | 0,16 | 0,12 | 0,08 | 0,05 |
| 15-25 |
|
| 0,03 | 0,03 | 0,07 | 0,11 | 0,15 | 0,17 | 0,17 | 0,13 | 0,09 | 0,05 |
VI | до 5 |
|
| 0,03 | 0,07 | 0,11 | 0,14 | 0,17 | 0,18 | 0,14 | 0,09 | 0,06 |
|
| 5-10 |
|
| 0,03 | 0,06 | 0,10 | 0,13 | 0,16 | 0,17 | 0,14 | 0,10 | 0,07 | 0,04 |
| 10-15 |
|
| 0,03 | 0,04 | 0,10 | 0,12 | 0,16 | 0,17 | 0,15 | 0,11 | 0,07 | 0,05 |
| 15-25 |
|
| 0,02 | 0,03 | 0,08 | 0,11 | 0,15 | 0,18 | 0,15 | 0,12 | 0,08 | 0,08 |
VII | до 5 |
| 0,02 | 0,03 | 0,07 | 0,12 | 0,15 | 0,16 | 0,16 | 0,13 | 0,08 | 0,05 | 0,03 |
| 5-10 |
| 0,02 | 0,03 | 0,05 | 0,11 | 0,13 | 0,16 | 0,17 | 0,14 | 0,09 | 0,06 | 0,04 |
| 10-15 |
| 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,10 | 0,12 | 0,16 | 0,17 | 0,14 | 0,10 | 0,07 | 0,05 |
| 15-25 | 0,05 | 0,02 | 0,02 | 0,04 | 0,09 | 0,11 | 0,15 | 0,16 | 0,14 | 0,10 | 0,07 | 0,05 |
VIII | до 5 | 0,02 | 0,02 | 0,03 | 0,06 | 0,11 | 0,14 | 0,16 | 0,16 | 0,13 | 0,09 | 0,05 | 0,03 |
| 5-10 | 0,02 | 0,02 | 0,03 | 0,06 | 0,10 | 0,13 | 0,16 | 0,17 | 0,13 | 0,10 | 0,06 | 0,03 |
| 10-15 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,05 | 0,10 | 0,12 | 0,16 | 0,17 | 0,13 | 0,11 | 0,06 | 0,04 |
| 15-25 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,09 | 0,12 | 0,15 | 0,17 | 0,13 | 0,12 | 0,07 | 0,05 |
При отсутствии метеостанции вблизи проектируемого объекта для нахождения средней величины испарения можно использовать карту изолиний испарения с водной поверхности, составленную Б. Д. Зайковым на основе формулы (147) (рис. 80).
Рис. 79. Карта параметра с в формуле Б. Д. Зайкова для расчета испарения с водной поверхности.
Для вычисления величин испарения заданной обеспеченности необходимо результат, полученный по карте, умножить на значения коэффициентов, соответствующих различной обеспеченности:
Расчет распределения испарения по месяцам внутри года Б. Д. Зайков рекомендует производить по типовой таблице (табл. 108), составленной для 15 различных районов страны, однородных по характеру распределения испарения. Районирование территории СССР по характеру внутригодового распределения испарения приведено на рис. 75.
Определим величину испарения с поверхности водохранилища и распределение стока с учетом испарения, пользуясь картой испарения (рис. 81) и таблицами 105—107, при следующих данных. На р. Сабе, имеющей площадь бассейна до расчетного створа F = 938 км2, проектируется водохранилище, с площадью зеркала ω = 68 км2. В бассейне реки расположено озеро площадью 14 км2, которое включается в проектируемое водохранилище. Средняя многолетняя величина испарения с водной поверхности за год для рассматриваемого района, определяемая по карте (рис. 75), равна zв —62 см. Поскольку длина разгона ветра х=25 км больше принятой при построении карты, вводим поправочный коэффициент К— 0,995 (из табл. 105). Поправку на глубину не вводим, так как проектная глубина водохранилища соответствует указанной на карте. Таким образом, норма испарения будет равна zв=62·0,995= 61,7 см.
Таблица 108
Распределение испарения по месяцам (в долях от суммы испарения за весь период)
Среднее испарение за год с поверхности суши (по рис. 77) равно zс= 32,5 см. Так как испарение с площади озера учтено при производстве гидрологических расчетов, найдем испарение с поверхности водохранилища площадью ω = 68—14 = 54 км2 без учета испарения
Рис. 81. Схема районирования СССР по типу годового хода испарения.
Учитывая полученные величины потерь на испарение по месяцам, откорректируем внутригодовое распределение стока р. Сабы в расчетном створе для среднего по водности года. Потери вычислены по испарению с водной поверхности за вычетом испарения с поверхности суши, занимаемой водохранилищем. При этом из площади зеркала водохранилища (68 км2) исключена площадь зеркала озера (14 км2), расположенного в бассейне. Расчет для этого случая приведен в табл. 110.
Уточнение расчета внутригодового распределения стока с учетом испарения и осадков на площади водохранилища приведено в табл. 111.
Расчеты по определению потерь на испарение с поверхности водохранилищ должны производиться с учетом колебаний уровня и связанных с ними изменений площади водной поверхности.
Для водохранилищ с суточным регулированием стока с достаточной для практики точностью расчет потерь на испарение можно производить для площади водохранилища, соответствующей половине высоты сливной призмы.
Таблица 110
Таблица 111
Для водохранилищ с большей степенью регулирования стока, например для водохранилищ с сезонным регулированием, потери на испарение подсчитываются для ряда значений уровня воды.
При этом необходимо учитывать одновременно величину испарения в данном расчетном периоде года и величину площади водохранилища, достигаемую при регулировании к этому моменту времени.
Величины потерь на испарение для всех промежуточных величин площади зеркала водохранилища в целях упрощения расчета можно считать пропорциональными площади водной поверхности, не вводя уточнений их за счет изменения водохранилища и длины разгона ветра.
Рис. 82. График зависимости потерь на испарение от объемов воды в водохранилище.
В этом случае определение потерь производится по формуле
(149)
где ∆Q — потери на испарение в м8/сек., z — потери на испарение в миллиметрах, ω — площадь зеркала водохранилища в м2.
Расчет потерь удобнее производить в табличной форме, выражая их в виде расходов и объемов, относя получаемые величины к отметкам уровня воды, площадям зеркала и объемам водохранилища.
В табл. 112 представлен пример расчета потерь при переменном уровне воды в водохранилище.
По данным расчетной таблицы строится график потерь на испарение, используемый в расчетах регулирования стока (рис. 82).
