Download - 2 - Akumulacioni Bazeni i Regulisanje q

1

1

UNIVERZITET U TUZLIRUDARSKO-GEOLOŠKO-GRAĐEVINSKI FAKULTET

AKUMULACIONI BAZENI I REGULISANJE PROTICAJA

Prof. dr. sc. NEDIM SULJIĆ, dipl.ing.građ. 2

REGULISANJE PROTICAJA I ULOGA AKUMULACIJA

•Zadatak vodoprivrede (najbitniji):

potrošaču osigurati zahtjevanu količinu vode u zahtjevano vrijeme

režimi dotoka i potrošnje neusklađeni

vodu iz “vodnog” režima prebaciti u “sušni” režim

REGULISANJE (IZRAVNAVANJE) PROTICAJA

3

•Voda potrebna za sušni period akumulirati u određeni prostor akumulacija

•Akumulacija čuva se voda dok potrošnje ne bude veća od doticaja

•Akumulacija dio riječne doline pregrađena branom ili to je i rezervoar

•Akumulacija cijeli prostor ne služi za smještaj vode

postoji “mrtvi” prostor prijem nanosa

postoji dio za prihvat poplavnog vala kod evakuacije VV

dio za regulisanje proticaj KORISNA ZAPREMINA AKUM.

dio korisne V može biti i dio za prijem poplavnog vala

termin korisna V smatramo samo za dio namjenjen regulaciji Q

4

OSNOVNI PARAMETRI AKUMULACIJE

•Najvažniji parametri akumulacije:

- topografsko-morfološke karakteristike akumulacije

- važne V

- kote i proticaji

- krive Q

- propisani režim rada akumulacije

2

5

Osnovni parametri akumulacije

6

1) Kriva zapremine akum. V=V(Z) i kriva površin e akum. A=A(Z)

zavisnost V akumulisanog prostora od nivoa vode u akumulaciji

zavisnost A akumulisanog prostora od nivoa vode u akumulaciji

dobijaju se:

sa topografskih podloga,

planimetrisanjem i

integrisanjem površina između izohipsi i uzvodnog lica brane

7

2) Korisna zapremina (V K)

3) Zapremina mrtvog prostora (V M) smještaj nanosa

nije za regulisanje proticaja

4) Kota normalnog uspora (Z NU) pri njoj ispunjena VK akumulacije

5) Kota maksimalnog uspora (Z MU) max nivo vode u akumulaciji

sigurna za stabilnost brane

8

6) Zapremina rezervnog prostora (V REZ)

-smještaj poplavnog vala PP20 ili PP50

-mijenja se u f-ji doba godine vjerovatnoća nailaska VV

-kada postoji opasnost od poplava dio akum. za prijem VV prazan

spreman da primi poplavni val

prethodno vršimo kontrolisano pražnjenje akum kroz tem. ispust ili preko ustava

ostalo doba godine prostor služi za druge svrhe (vodosnabdjev., energetika)

3

9

7) Kota min. radnog nivao (Z min) ispod Zmin ne uzimamo vodu za korisnike

8) Srednji višegodišnji Q na profilu brane Q SR

9) Max. vrijednosti Q poplavnih valova

10) Hidrauli čki režim brane:

-kriva proticaja evakuacionih organa (prelivi, ispusti) i zahvata

veza nivoa vode u akum. sa Q kroz evakuacione organe i zahvate

10

11) Kriva proticaja donje vode

-zavisnost Q od NV u nizvodnom koritu vodotoka ZDV

12) Režim upravljanja akumulacijom

-određivanje pravila o načinu korištenja akumulacije

(za normalne, operativne i vanredne uslove)

11

KORISNA ZAPREMINA AKUMULACIJE

•Osnovno pitanje pri projektovanju akumulacije kolika V je potrebna?

•Korisna V akumulacije (KVA) = V potrebna da zadovolji zadate potrebe korisnika

pri zadatom hidrogramu Q

•Promatramo period t u kome su poznati hidrogrami Q(t) i potrošnja korisnika P(t)

•Q i P predstavljamo kao diskretne vrijednosti (Qi ; Pi) za svaki intervali “i” perioda t

•Trajanje koraka ∆∆∆∆t mjesec, sedmica, dan, sat f-ja uslova zadatka i podataka

Histogrami doticaja (Q) i potrošnje (P) 12

Histogrami doticaja (Q) i potrošnje (P)

•Kraj vremenskog koraka pojava deficita (manjka) Di ili viška vode

razlog neusklađenost Q i P u tekućem intervalu t i u prethodnim ∆∆∆∆t

•Max. deficit u cijelom promatranom periodu (Dmax)

•Dmax = V vode koju moramo neophodno sačuvati da bi se podmirila zadata P

VK = Dmax

4

13

•Max deficit (Dmax) odrediti na više načina (postupaka)

•Svi načini na j-ni bilansa (održanja mase)

•Načini ili postupci određivanja Dmax:

-sekventni postupak najjednostavniji (akumulacija “beskonačne” V)

-potpuno iskorištenje Q

-postupak sa sumarnom krivom

-uticaj od gubitaka na isparavanje i procurivanje

-iterativna metoda povećanja V

14

Sekventni postupak odre đivanja D max:

•Pretpostavka akumulacija proizvoljno velike V (Vmax)

akumulacija puna na početku analize

početna V = max V V 0=Vmax

u akumulaciju tokom vremenskog koraka “i”

dotiče Qi i ističe voda za potrošače Pi

•Promjena V vode u akumulaciji iz j-ne vodnog bilansa:

Vi=Vi-1+(Qi-Pi)∆∆∆∆t

15

Vi=Vi-1+(Qi-Pi)∆∆∆∆t

Vi – V akumulacije u ti=i∆t

Vi-1 – V u ti-1=(i-1)∆t

Qi – doticaj u akumulaciju u “i”-tom vremenskom koraku

Pi – potrošnja iz akumulacije u “i”-tom vremenskom koraku

(1)

•Ako iz j-ne (1) Vi > maxV ili V0 (V0 = početna V )

dio dotekle vode mora se prelivati

osiguranje fizičkog ograničenja:

16


Dijagram promjene V akumulacije

SEKVENTNI POSTUPAK

Histogram Q i P za promatrani ∆∆∆∆t između i=0 i i=n=4

Promjena V akumulacije po t

Vi=V(ti)

5

17


Dio akum. ispod Vmin (V3=Vmin) NE koristi se

Korisna V akum. = razlici max. početne i min. V akumulacije u promatranom t

Vk=Dmax=Vmax-Vmin=V0-V318

•Slika V akum na kraju promatranog t je puna (V4 < V0)

zadnji ciklus pražnjenja i punjenja je završen

u protivnom pražnjenje se može nastaviti V akum se još smanji

smanji se nakon promatranog perioda t (za i > 4)

ovaj primjer pokazuje slijedeća slika

19


•Slika histogrami Q i P produženi nakon i=n=4 (razmatrani period)

slijedi ponovljeni period i=4 do i=8 identičan sa već osmotrenim

Dijagram promjene V “neograni čene “ akumulacije

20

SEKVENTNI POSTUPAK SA PONOVLJENIM PERIODOM

Dijagram promjene V stvarne akumulacije

6

21


•Slika prvi korak t od t0 do t1 V akum opada P > Q

slijedeći korak akum se puni i V dostiže početnu vrijednost

V2=V0=Vmax

započeti ciklus pražnjenja i punjenja ZAVRŠEN

treći korak V akum opada do vrijednosti V3 do sada min vrijednost V

četvrti korak počinjenje punjenje akumul. 22


•Slika u t4 V ne dostiže početnu vrijednost (V4 < V0)

započeti ciklus pražnjenja i punjenja nije završen u osmotrenom periodu

•Peti korak početak ponovljenog perioda akum se ponovo prazni

u t5 imamo V5 (V5 < min V zabilježene u osmotrenom periodu)

V5 < min V V5 < V3

23


•Slika u t6 V akum dostiže početnu vrijednost V6=V0

ciklus pražnjenja i punjenja koji je započet u osmotrenom periodu ZAVRŠEN

Od t6 do kraja ponovljenog perioda ponavljanje istih V kao u osmotren. periodu

nema mogućnosti ostvarenja V akum < V5

VK akum odnosno najveći deficit (manjak) odgovara:

VK=Dmax=D5=V0 – V524

Sekventni postupak određivanja VK akumulacije svodi se na slijedeće:

-Za razmatrane Q i P preko j-ne bilansa (prethodna slika) odredimo dijagram promjene V akum po vremenu pretpostavka imamo akum proizvoljno velike Vkoja je puna na početku razmatranja

7

25

Dijagram promjene V akumulacije

Promjena V akumulacije po t

Vi=V(ti)

VK akum = najvećoj vrijednosti deficita u razmatranom periodu odnosno

razlici maksimalne (početne) i min V koja se ostvari, tj:

VK=Dmax=Vmax – Vmin=V0 - Vmin

Razmatrani period se ponavlja ako na kraju razmatranog perioda akum nije puna

započeti deficit se može nastaviti i povećati u narednom periodu 26

•Kada je određena VK akum dalje nema potrebe da pretpostavimo “proizvoljno”

veliku akumulaciju

dijagram promjene V u f-ji t crtamo za akum VK (slika gore)

Kada je ukupni Q > ukupne P višak vode se mora prelivati iz akumulacije

slika gore prelivanje tokom 2 i 6 koraka vremena

ponovljeni period početna V = krajnjoj V V 4 = V8

odražava pretpostavljenu cikličnost hidrograma Q i P ponavljanje niza

27

Određivanja D max potpunim iskorištenjem doticaja:

•Sa slike sav prispjeli Q koristi se za potrošača ukupna P i Q su jednaki

nema prelivanja

pogodno pretpostaviti da “proizvoljno velika” Ak neograničena i sa gornje strane

nije puna na početku razmatranja (Vo < Vmax )

nema prelivanja ni u osmotrenom ni u ponovljenom periodu28

•Sa slike tokom oba perioda imamo iste vrijednosti Vak

npr: V0=V4 ; V3=V7

nema potrebe osmotreni period ponavljati

Vak razlika između najveće i najmanje V u toku razmatranog perioda

8

29

Određivanja D max postupkom sa sumarnom krivom:

•Određivanje Vak na osnovu j-ne bilansa

•J-nu bilansa koristimo u sekventnom postupku

•Sumarne krive Q ΣΣΣΣ(Q,∆∆∆∆t) i P ΣΣΣΣ(P,∆∆∆∆t) za razmatrani period crtamo zajedno

crtamo na istom crtežu

Vak iz sekventnog postupka razlike ordinata dvije sumarne krive


30

•J-na bilansa sada postaje:

ΣΣΣΣ(Qi∆∆∆∆t) ordinata sumarne krive doticaja u ti=i∆∆∆∆t

ΣΣΣΣ(Pi∆∆∆∆t) ordinata sumarne krive potrošnje

Sumarne krive doticaja Q i potrošnje P

31

Sumarne krive doticaja Q i potrošnje P

Postupak sa sumarnom krivom pogodan

unaprijed zadata KVA

treba odrediti isticanje tj. P za zadati Q

upravljanje akumulac. hidroelektranama

Sa slike:

Nagib sum. linije u izabranom t = Q u tom t

32

Određivanja D max uticajem od gubitaka na isparavanje i procurivanje:

•U prethodnim postupcima zanemareni gubici na isparavanje sa akumulacije

zanemareni gubici na procurivanje iz akumulacije

u većini slučajeva ovi gubici nisu zanemarivi za početnu fazu projektovanja

•U ovom postupku j-na bilansa se dopunjava članovima za isparavanje i procuriv.

Vi=Vi-1+(Qi-Pi-Ei-Fi)∆t

Ei=1/2(Ai+Ai-1)ei gubitak na isparav iz Ak tokom “i”-tog vremenskog koraka

Ai – površina vodenog ogledala Ak u “i”-tom vremenskom presjeku (trenutku)

ei – prosječno isparavanje po jedinici površine u “i”-tom vremenskom koraku

Fi – gubitak na procurivanje (infiltracija) u “i”-tom koraku

9

33

•Gubitak na isparavanje srazmjeran površini akumulacije (Ai)

•Gubitak na procurivanje zavisi od NV u Ak (Zi)

površina i nivo zavise od V koju trebamo sračunati

nemoguće unaprijed utvrditi tačne vrijednosti gubitaka (isparav. i procuriv.)

sa druge strane ne možemo sračunati Vi ako ne znamo gubitke Ei i Fi

j-na bilansa se riješava postepenim približavanjem

ITERACIJE

34

•I iteracija odredimo KVA prema sekventnom postupku zanemarimo gubitke

Ei = Fi = 0

•Za ovu aproks. KVA sračunamo vrijednosti Vak u svakom trenutku “i” sa krive V

•Sa krive V očitamo odgovarajuće površine akumul. Ai i nivoe Zi

da odredimo gubitak na isparavanje i gubitak na infiltraciju

gubici Ei i Fi mogu se smatrati kao dodatna “potrošnja” u j-ni bilansa

35

Vi=Vi-1+(Qi-Pi-Ei-Fi)∆t•Koristeći j-nu bilansa

ponovimo sekventni postupak za određivanje Dmax

dobije se nova (popravljena) vrijednost KVA

Odnos Vak, površine Ak i NV u akum zadaje se kao podloga u vidu krive V i površ.

Gubitak na procurivanje iz akum procjenjuje se na osnovu geoloških istražnih rad.

•U praksi Ei ponekad obračunavamo za neku fiksnu “reprezentativnu” vrijednost

površine akum.

Tu površinu usvojimo sa krive površ. Ak

prethodno odredimo KVA zanemarujući gubitke36

Određivanja D max iterativnom metodom pove ćanja zapremine:

•Može se zasnivati na postepenom približavanju – postepenom povećanju KVA

•Vrijednost KVA povećavamo u svakoj iteraciji za neki priraštaj ∆∆∆∆Vk

dok se ne zadovolji tražena potrošnja korisnika

odnosno dok u svakom trenutku t i , V sračunate preko Vi=Vi-1+(Qi-Pi-Ei-Fi)∆t

ne budu pozitivne Vi > 0

•Ovim postupkom lako uključiti i uticaj osiguranja potrošača Pi na veličinu KVA

može se dopustiti da korisnik ne bude snabdjeven sa potrebnom količinom

vode u nekim mjesecima uvodi se unaprijed REDUKCIJA POTROŠNJE

10

37

PRIMJER ODREĐIVANJA KVA SEKVENTNIM POSTUPKOM

P+G

QQi

Vo

•KVA V potrebna za zadovoljenje potrebe P pri zadatom režimu

•Zadati režim = hidrogram doticaja

•Rješavamo neusklađenost dotoka i potrošnje vode na određenom mjestu (profil)

za određeno ∆∆∆∆t

•Odrediti V za osiguranje dovoljno vode za potrebe P tokom ∆∆∆∆t (period izravnavanja)

38

•Matematičko rješenje primjena JEDNAČINE BILANSA

razlika Q i G tokom ∆∆∆∆t = ∆∆∆∆V vode u akumulaciji

[ Q – (P + G)] dt = dV

Q – (P + G) = dV/dt

•Možemo razlikovati slijedeće slučajeve:

- akumulacija se prazni NV opada Q < (P + G) => dV/dt < 0

P+G

Q

Vi

Vi+1

39

•Konturni uslov V ne može biti veća od unaprijed usvojene Vo

ako voda zauzme unaprijed sav planiran prostor i dalje nadolazi

dolazi do poplave okolnog područja NE SMIJEMO DOPUSTITI

zato gradimo evakuacione organe višak vode odvode iz akumul.

to je dodatni G u akumul. će ostati unaprijed usvojena V vode Vo

P+G

Q

QiVi+1 = Vo

Vi+1 = V+dV { V + dV ≤≤≤≤ Vo}

Vi+1 = Vo { V + dV > Vo }40

Postupak rada (proračuna):

-Poznati podaci Q, P, G usvojeno V o=50 000 000 m3

-Na osnovu toga i datog hidrograma po mjesecima odrediti količ. vode u akum.

-Pretpostaviti neku početnu V (Vo) voditi računa da ni jedno Vi ne smije biti > Vo

-Proračun raditi tabelarno primjer dt=60*60*24 h*broj dana u mjesecu

Dana Dot i caj Pot r o{ wa Gubi t ak Q-P-G (Q-P-G)·d·dt V(t) Pr el i vawe Vst (t)d Q [m3/s] P [m3/s] G [m3/s] [m3/s] x106 [m3] x106 [m3] x106 [m3] x106 [m3]

okt obar 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621novembar 30 3.00 1.000 0.500 1.500 3.8880000 50.0000000 2.548800 7.960decembar 31 4.00 1.000 0.500 2.500 6.6960000 50.0000000 6.696000 7.960

januar 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621f ebr uar 28 0.50 1.000 0.500 -1.000 -2.4192000 46.2416000 0.000000 4.201

mar t 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 44.9024000 0.000000 2.862apr i l 30 3.00 1.000 0.500 1.500 3.8880000 48.7904000 0.000000 6.750

maj 31 6.50 1.000 0.500 5.000 13.3920000 50.0000000 12.182400 7.960jun 30 2.00 1.000 0.500 0.500 1.2960000 50.0000000 1.296000 7.960jul 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621

avgust 31 0.50 1.000 0.500 -1.000 -2.6784000 45.9824000 0.000000 3.942sept embar 30 0.50 1.000 0.500 -1.000 -2.5920000 43.3904000 0.000000 1.350

Godi na Mesec

1. -

osn

ovni

per

iod

-0,5*60*60*24*31= -1.3392000*106 m3 50 000 000 + (-1.3392000)

Prelivanje početak=0,00*106 m3 novembar:48.6608000+3.8880000-50 000 000

11

41

•Na kraju zadatog intervala vidjeti da li je V vode u akum = Vo (pretpostavljena)

•Ako je Vn = Vo bilans izravnat period zatvoren ne treba ponavljatiDana Dot i caj Pot r o{ wa Gubi t ak Q-P-G (Q-P-G)·d·dt V(t) Pr el i vawe Vst (t)

d Q [m3/s] P [m3/s] G [m3/s] [m3/s] x106 [m3] x106 [m3] x106 [m3] x106 [m3]


januar 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621f ebr uar 28 0.50 1.000 0.500 -1.000 -2.4192000 46.2416000 0.000000 4.201

mar t 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 44.9024000 0.000000 2.862apr i l 30 3.00 1.000 0.500 1.500 3.8880000 48.7904000 0.000000 6.750

maj 31 6.50 1.000 0.500 5.000 13.3920000 50.0000000 12.182400 7.960jun 30 2.00 1.000 0.500 0.500 1.2960000 50.0000000 1.296000 7.960jul 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621



januar 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621f ebr uar 28 0.50 1.000 0.500 -1.000 -2.4192000 46.2416000 0.000000 4.201

mar t 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 44.9024000 0.000000 2.862apr i l 30 3.00 1.000 0.500 1.500 3.8880000 48.7904000 0.000000 6.750

maj 31 6.50 1.000 0.500 5.000 13.3920000 50.0000000 12.182400 7.960jun 30 2.00 1.000 0.500 0.500 1.2960000 50.0000000 1.296000 7.960jul 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621


2. -

pon

ovq

eni

peri

od

Godi na Mesec

1. -

osn

ovni

per

iod

•Ako je Vn < Vo bilans nije izravnat treba nastaviti za još jedan period hidrogr.

•Vidimo da se u ponovljenom periodu rezultati ponavljaju V(t) od decembra i dalje

ne treba dalji proračun42

•Ako se u ponovljenom periodu ni jednom ne popuni akum.

nije moguće izravnanje nemogućnost zadovoljenja potreba

•Kada se bilans izravna KVA = Vo – min. dobijena V u tabeli

KVA = Vo – minVi

•Sa vodom u akumul. dospijeva i nanos taloženje u akumulaciji

V akum se smanjuje tokom eksploatacije

potrebno odrediti Vm nanosa MRTVI PROSTOR AKUMULACIJE

i u zadnjoj godini rada mora se osigurati zahtjevana V (Vn,god )

Vm = ng.vijek x Vn,god

43

•Vm nije KVA iznad Vm možemo smjestiti KVA

odrediti kotu od koje počinje KVA KOTA MINIMALNOG RADNOG NIVOA

Zmrn = Z(Vm)

•Zmrn čita se sa krive V akumul ili linearnom interpolacijom računamo iz tabele

Zmrn zaokružiti na cio viši cm u praksi na 5 cm !!!

za usvojeno Zmrn odrediti odgovarajuće Vm,us na isti način

44

•Da odredimo ukupnu potrebnu Vpo za smještaj vode i nanosa moramo sabrati:

Vpo = Vm,us + KVA

•Kota normalnog uspora Znu = Z (Vpo) na osnovu tabele ili dijagrama

Znu zaokružujemo na viši cm !!!

•Za usvojenu Znu odredimo usvojenu ukupnu potrebnu V akum Vpo,us=V(Znu)

te dobijamo: Vk,us = Vpo,us + Vm,us

znajući koliko je stvarno Vk,us sa tačnošću možemo izvršiti bilansiranje hidrograma po mjesecima (zelena kolona u tabeli)

Vk,us = KVA usvojena

12

45

Dana Dot i caj Pot r o{ wa Gubi t ak Q-P-G (Q-P-G)·d·dt V(t) Pr el i vawe Vst (t)d Q [m3/s] P [m3/s] G [m3/s] [m3/s] x106 [m3] x106 [m3] x106 [m3] x106 [m3]


januar 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621f ebr uar 28 0.50 1.000 0.500 -1.000 -2.4192000 46.2416000 0.000000 4.201

mar t 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 44.9024000 0.000000 2.862apr i l 30 3.00 1.000 0.500 1.500 3.8880000 48.7904000 0.000000 6.750

maj 31 6.50 1.000 0.500 5.000 13.3920000 50.0000000 12.182400 7.960jun 30 2.00 1.000 0.500 0.500 1.2960000 50.0000000 1.296000 7.960jul 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621



januar 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621f ebr uar 28 0.50 1.000 0.500 -1.000 -2.4192000 46.2416000 0.000000 4.201

mar t 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 44.9024000 0.000000 2.862apr i l 30 3.00 1.000 0.500 1.500 3.8880000 48.7904000 0.000000 6.750

maj 31 6.50 1.000 0.500 5.000 13.3920000 50.0000000 12.182400 7.960jun 30 2.00 1.000 0.500 0.500 1.2960000 50.0000000 1.296000 7.960jul 31 1.00 1.000 0.500 -0.500 -1.3392000 48.6608000 0.000000 6.621


2. -

pon

ovq

eni

peri

od

Godi na Mesec

1. -

osn

ovni

per

iod

•Visina prelivnog mlaza preko slobodnih preliva:

•Kota maksimalnog uspora Zmu = Znu + hp zaokružiti na viši cm !!!

46

Korisna zapremina kao ekonomska kategorija

stepen iskorištenja vodotoka i stepen regulacije pr oticaja

•KVA određuje se za pretpostavljenu potrošnju

•Povećanjem potrošnje rastu troškovi KVA i troškovi gradnje brane se povećavaju

razumno KVA mora biti ekonomska kategorija

47

•KVA se računa za nekoliko nivoa potrošnje ili osiguranje korisnika

na osnovu tehničkih rješenja računamo troškove

troškovi izgradnje, održavanja i upravljanja akumulacijom

prema ekonomskim kriterijima utvrdimo optimalnu vrijednost KVA

kriterij za utvrđivanje može biti max neto dobit od akumulacije

(max razlika godišnje dobiti od isporučene vode i troškova akumulacije)

tokom predavanja nećemo bitno ulaziti u ekonomsku problematiku

48

•KVA je najveća zahtjevamo potpuno iskorištenje vodotoka

srednja P dostigne srednji Q Psr = Qsr

odnos αααα=Psr / Qsr stepen iskorištenja vodotoka

0 < αααα < 1

•Stepen regulacije vodotoka ββββ odnos KVA i ukup. Q u akum u toku prosj. god.

ββββ= Vk / Vgod

zavisnost αααα od ββββ je rastuća funkcija

13

49

Sistemi od više akumulacija

•Vodoprivredna rješenja mogu predvidjeti korištenje više akumulacija

akumulacije rade u sistemu (sprezi)

snabdjevanje više P upravljanje akum se usložnjava

Primjer:

Voda se iz jedne akum prebacuje u drugu ispuštanje iz uzvodne akumulacije

promjena režima Q u nizvodnoj akumulaciji

na primjer dio vode od P može se vratiti na ponovno korištenje u nizvodni dio

ovi sistemi se opisuju preko j-ne bilansa uz dosta ograničenja 50

VIDOVI REGULISANJA PROTICAJA

•Nekoliko vidova regulisanja Q

f-ja perioda za koji se voda izravnava (bilansira) i prirode izravnavanja

1) Višegodišnje izravnavanje

višak vode iz vodnih godina prebacuje se u period sušnih godina

2) Godišnje ili sezonsko izravnavanje

voda iz vodnih sezona u toku jedne godine prebacuje se u sušne sezone u toku iste godine češći vid izravnavanja od prethodnog

3) Nedeljno izravnavanje

uravnoteža neravnomjernosti potrošnje tokom sedmice

4) Dnevno izravnavanje

uravnoteža neravnomjernosti dnevne potrošnje usljed promjenjih zahtjeva domaćinstava i industrije za vodom, poljoprivrednih kultura, navodnjavanja i EE sistema

51

•Primjer dnevnog izravnavanja kompenzacioni bazeni

izravnavaju Q nizvodno od P sa veoma neravnomjernim dnevnim režimom rada

primjer tzv. vršna HE

•Vršna HE radi nekoliko h dnevno po “nalogu” P EE sistema

ostatak dana ne radi i čuva vodu u akum. za naredeni dan

kada HE ne radi nizvodno korito bilo bi suho NEDOPUSTIVO

nizvodno od vršne HE zato gradimo kompenzacioni bazen

manja akumul. sa mogućnosti dnevnog izravnavanja52

Kompenzacioni baze ili manja akumulacija

prihvata vodu koju HE preradi

ravnomjerno tokom dana ispušta u nizvodno korito

osiguranje biološkog minimuma

osiguranje vode za nizvodne P

Vršna HE Piva

14

53

VRSTE AKUMULACIJA

• Više podjela po kojima svrstavamo akumulacije

• Najznačajnije podjele:

a) prema vrsti izravnavanja (regulisanja) Q

b) prema namjeni akumulacije

a) Prema vrsti izravnavanja:

- višegodišnje, sezonske, dnevne akumulacije i kompenzacioni bazeni

ranije bilo riječi o tome

54

b) Prema namjeni:

- višenamjenske akumulacije

- jednonamjenske akumulacije

•Jednonamjenske akumulacije:

-samo jedan korisnik tj. P vodosnabdjevanje, HE, plovidba i sl.

•Višenamjenske akumulacije:

-više korisnika često različiti i čak suprotni zahtjevi korištenja

npr. HE traži što više NV tokom godine što veći pad snaga HE

vodosnabdjevanje akumzl. u deficitarnom periodu da se prazni

zaštita od poplava zatjeva što niže NV što prazniju akumul.

55

ZASIPANJE AKUMULACIJA

•Nanos veliki problem akumulacije

vremenom zauzima prostor predviđen za čuvanje vode

zasipanjem akum. povećan nivo uzvodno od akum. (plavljenje uzvodno)

nizvodno nedostatak nanosa povećanje erozije toka (dno i obale)

vodotok nizvodno od brane živi svijet bez hranjivih sastojaka

hranjivi sastojci u lebdećem nanosu

nanos istaložen u akumulaciji

56

Zašto nastaje problem nanosa ???

•Svaki vodotok svoj režim nanosa tokom godina ravnoteža pronosa

oblik popr. presjeka i podužni pad nepromjenjivi uslovi spiranja nanosa

ostvarivanje v kojima se pronosi nanos kroz korito

bez velikog nagomilavanja i bez erozije

svaka dionica toka doticaj nanosa = oticaju nanosa

kažemo vodotok je “u režimu”

15

57

•Gradnja brane na vodotoku v vode opadaju u odnosu na “prirodan” režim

v opadaju od završetka uspora prema brani

srazmjerno površini popr. presjeka usporenog toka

smanjenje v manja transportna moć toka opadaju smičući naponi

smičući naponi pokreću vučeni nanos

smanjenje v manja turbulencija koja održava lebdeći nanos u suspenziji

zbog toga sav vučeni nanos i veliki dio suspendovanog nanosa

taloženje u akumulaciji prije dolaska do brane

korito nizvodno od brane dolazi voda bez nanosa veća moć erozije58

•Problem nanosa može ugroziti cijeli projekat gradnje brane sa akumulacijom

eroziona područja mogućnost zasuta akum. u nekoliko godina

veoma bitno procjeniti količinu nanosa koji dolazi u akumul.

po mogućnosti procjeniti raspored nanosa u akumulaciji

•Dotok nanosa u akumul. najpouzdanije analizom višegod. mjerenja

pronosa suspend. i vučenog nanosa u profilu brane

rijetko raspolažemo ovakvim podacima drugi postupci

korištenje podataka nekog bliskog ili sličnog profila za koji imaju podaci

protok nanosa = hidrološka podloga

59

•Često imamo samo koncentracije pronos suspendovanog nanosa

vučeni nanos računamo kao % od suspendovanog

Qvuč=αααα*Qsus

Qvuč – proticaj (pronos) vučenog nanosa

Qsus – proticaj (pronos) suspendovanog nanosa

α – konstanta α=0,1 do 0,3 α u nekim slučajevima i veća vrijednost

Qsus f-ja koncentracije suspend nanosa Csus i Q vode

Qsus=Csus*Q

60

•Najčešći slučaj imamo ograničen broj mjerenja C suspend nanosa

veza protoka suspend nanosa i Q vode aproksimiramo

Qsus=k*Qn

k , n – konstante koje određujemo kalibracijom n=2 do 3

poznavajući Q vodotoka i veze (prethodna dva izraza)

procjena količina nanosa koji dospije u akumulaciju

16

61

•Nameće se posebno pitanje:

da li će se sav prispjeli nanos zadržati u akumulaciji ?

precizan odgovor složen numerički model

i na osnovu iskustva dobiti zadovoljavajući tačna procjena

Tabela orijentac. iskustvena zavisnost odnosa istaloženog i prispjelog nanosa

δδδδ=Qistal / Qtotal

stepen regulacije proticaja:

ββββ=Vk / Vgod62

Za istalož. nanos rezervisati MRTVI PROSTOR

ispod kote min. radnog nivoa akumulacije

smjestiti nanos tokom predviđ. pogonskog perioda

(vijek akumulacije 50 do 200 godina)

Problem nanos se neće taložiti tako da zauzme najniže nivoe akumulacije

(neposredno ispred brane)

63

Na slici najuzvodniji dio akumulacije usporenje vode slabe vučne sile toka

taloženje vučenog nanosa i najkrupnijeg suspendovanog nanosa

stvara se tzv. DELTA

delta zauzima koristan prostor akumul. iza delte veliki dio suspend. nanosa64

Iza delte zona taloženja suspendovanog (lebdećeg) nanosa

od krupnijeg ka sitnijem idući prema brani

Neposredno uz branu veća debljina nanosa

zbog mutnih struja i / ili ispiranja

raspored navedenih zona moguće grubo procijeniti

prema iskustvu tačnija procjena treba numerički model

Procjena V koju zauzima istaloženi nanos imati u vidu visoku poroznost nanosa

posebno porozan suspendovani nanos

Poroznost istaloženog nanosa rijetko pada ispod n=0,3 γγγγsuho =18,5 kN/m3

17

65

Kako riješiti problem nanosa u akumulaciji ???

• Nema rješenja koje će u potpunosti eliminisati problem nanosa

postoje načini ublažavanja problema nanosa, i to:

a) Smanjenje količine nanosa koji dospijeva u akumulaciju

- antierozioni radovi u slivu pošumljavanje i terasiranje zemljišta

- izbor mjesta akumul izbjeći pritoke koje nose veliku količinu nanosa

ne možemo izbjeći takve pritoke na njima graditi pregrade za nanos

Akumulacija Modrac

delta Spre če – 2012 godina

66

b) Efikasnije ispiranje nanosa iz akumul. preko preliva i temeljne ispuste

- u vrijeme VV (poplavni talas) tok “bogat” nanosom

- moguće djelimično ispiranje vučeni nanos ne dolazi do evakuatora

- manje akumul. prolazak VV nivo moguće oboriti do min. radnog

uzvodno (delta) istaložen krupni nanos

omogućenje većih v za pokretanje nanosa

premještanje nanosa prema brani u “mrtvi” prostor

“mrtvi” prostor = ispod min. radnog nivoa

67

c) Mehaničko ispiranje bagerima

- kod manjih akumul. pitanje ekonomske isplativosti

•Nanos u akumulaciji nizvodno od brane korito gotovo bez nanosa

korito ima znatno veću energiju nego prije gradnje brane

višak energije erozija riječnog korita nizvodno od brane

erozija traje do uspostavljanja novih uslova ravnoteže

pojava nanosa nizvodno od brane68

OSTALI PROBLEMI AKUMULACIJA

• Nanos nije jedini problem akumulacija postoje i drugi problemi

1) Slaba vododrživost

- procurivanje iz akumulacije neke manje akumul. ostaju i bez vode

- stijena porozna i ispucala na površini, a unutrašnjost kompaktna

dobitak za akumul osiguranje dodatne korisne V u porama

- pukotine kojima se voda gubi iz akumul.

injektiranje ili gradnja na drugom mjestu

ili usvojiti akumul. sa nižom kotom uspora voda ne došire do pukotina

18

69

2) Isparavanje

- gubitak vode iz akumul. veoma bitno u tropskim krajevima

3) Očuvanje kvaliteta akumulisane vode

- problem kod velikih akumul. eutrofikacija

- problem vanjskih zagađivača stvaranje zone sanitarne zašt. oko akum.

4) Negativan uticaj na klimu, ekologiju i kulturno nasljeđe

5) Plavljenje zemljišta

- izmještanje puteva, pruga, naselja . . .

6) Sukob interesa različitih korisnika

- podjela KVA

- podjela troškova izgradnje70

7) Indukovani zemljotresi

- punjenje i pražnjenje dubokih akumul. velika promjena p na stijene

8) Potpuno ili djelimično rušenje brane

- katastrofalne posljedice ljudske žrtve, velika mater. šteta nizvodno

9) Pojava klizišta

- naglo pražnjenje akum. obrušavanje u akum. nizvodna katastrofa

Klizište u Bogati ćima kod Trnova – zasipanje akumulacije i pucanje bra ne

71

TRANSFORMACIJA POPLAVNOG TALASA U AKUMULACIJI

•Prilikom gradnje brane i stvaranja akum vode za korisnike

smanjiti štete od poplava nizvodno od brane (neke brane za to i gradimo)

dio akumulacije rezervni prostor za prihvat poplavnog vala

poplavni val 20 ili 50-godišnje VV f-ja značaja nizvodnog područja

period kada nema poplavnog vala rezervni prostor moguć i za KVA

•Pojava poplavnog vala (V vala > kapaciteta rezervnog prostora)

višak vode ispustiti kroz evakuacione organe (EO) prelivi i ispusti

72

• Dio V ulaznog vala (talasa) = talas doticaja punjenje akumulacije

privremeno zadržavanje vode umanjenje izlaznog vala (talas koji ispušt. kroz EO)

to je TRANSFORMACIJA (UBLAŽENJE) POPLAVNOG VALA

ili tzv. RETENZIJA VALA (TALASA)

• Stepen ublaženja = odnos Qmax,iz / Qmax,ul (max Q izlaznog i ulaznog vala)

f-ja propusne moći EO i f-ja raspoložive V akumulacije

a) Veći kapacitet EO veći izlazni Q ublaženje izlaznog vala je manje

b) Veća V akumul. više prostora za prihvat ulaznog vala veće ublaženje

odnosno manji vrh izlaznog vala

19

73

Slika transformacija poplavnog vala u akumul. sa svim bitnim veličinama

V za prihvatanje i ublažavanje poplavnog vala određena krivom V akumulacije

V=V(Z)

Propusna moć EO f-ja proticaja Q EO od NV u akumul data krivom proticaja

Q=Q(Z) 74

•Kriva protoka Q=Q(Z) može biti zadata tabelarno ili kao funkcionalna zavisnost, i to:

slučaj EO sa ustavama zadaje se parametarski otvor ustave kao parametar

EO se obično dimenzionišu na vrh izlaznog vala

•Razmatramo slu čaj slobodnog preliva (preliv bez ustava)

Najčešći zadatak pri razmatranju transformacije poplavnog vala:

da se za ulazni val određen hidrogramom Q Qul=Qul(t)

odabremo tip, dimenzije i kote EO time određena i propusna moć EO

odrediti hidrogram izlaznog vala (vrh izlaznog vala)

odrediti nivogram u akumulaciji Qiz=Qiz(t) i Z=Z(t)

75

•Navedeni zadatak može se riješiti primjenom Sen-Venanovih j-na

na dionici između profila gdje je zadat ulazni val i profil EO

to je obiman posao na modeliranju ne doprinosi dobrom rješenju

zbog toga koristimo jednostavnije metode

•U praksi primjena “kvazi-stacionarne ” metode na j-ni održanja mase u akum. 76

•“Kvazi-stacionarna” metoda :

-pretpostavimo NV u akumul je horizontalan zanemarimo dinam. efekt duž toka

dinamički uticaji ograničavaju se na nizvodni kraj akum (nizvodni uslovi)

tu je tadata kriva Q EO

-zanemarujemo t prostiranja poremećaja kroz akum (t putovanja vala)

pretpostavljamo da Q ulaznog vala (Qul(t)) rasporedi po cijeloj V akum tokom jednog računskog koraka

-kod dubokih akum. v prostiranja poremećaja je velika (od h=40m )

v prostiranja elementarnih valova gh=70 km/h

t putovanja vala većinom možemo zanemariti bez većih grešaka

-plitke akum velike L t putovanja poremećaja može biti značajno

primjeniti pun dinamički model sa Sen-Venanovim j-nama

20

77

•J-na održanja mase (j-na kontinuiteta) za V akum V=V(Z(t))=V(t) pišemo kao:

)()()(

tQtQdt

tdVizul −=

Qul(t) – Q ulaznog vala (doticaj) u t

Qiz(Z(t)) – Q izlaznog vala kao f-ja nivoa u akum Z(t)

•Diskretizacijom diferencijalne j-ne za izabrani vremenski korak ∆∆∆∆t

diferencijalna j-na (j-na konačnih razlika)

78

•Vrijeme t trenutak na početku vremenskog koraka (“prethodni” trenutak)

•Vrijeme t+∆∆∆∆t “tekući” trenutak (tekući vremenski presjek)

•Kod proračuna uvijek polazimo od prethodnog vremenskog koraka (t)

poznate sve razmatrane veličine (Qul , Qiz, NV akum, V akum )

tražimo vrijednosti u tekućem vremenskom presjeku t+∆∆∆∆t

osim ulaznog hidrograma Qul(t+∆∆∆∆t) koji je poznat

( )( )[ ])()()()(2

1)()(tQttQtQttQ

t

tVttVizizulul +∆+−+∆+=

∆−∆+

79

Zbog toga j-nu:

Pišemo kao f-ju nepoznatih veličina:

[ ])()()(2

)( tQtQttQt

tVC izulul −+∆+∆+=

)(2

)( ttQt

CttV iz ∆+∆−=∆+

Zbog preglednosti veličine u prethodnom vremenskom presjeku (t) označimo sa “1”

t=t1 ; Qul1=Qul(t) ; Q iz1=Qiz(t)

Zbog preglednosti veličine u tekućem vremenkom presjeku (t+∆∆∆∆t) označimo sa “2”

t+∆∆∆∆t=t2 ; Qul2=Qul(t+∆∆∆∆t) ; Q iz2=Qiz(t+∆∆∆∆t)

(1)

Odavde j-na (1) glasi: V2=C-(∆∆∆∆t/2)*Q iz2 C=V1+(∆∆∆∆t/2)*(Qul2+Qul1-Qiz1) (A) 80

•Krive V i Q prema tome možemo izraziti kao: )( 21 ZVV =

)( 22 ZQQiz =

•Za određivanje tri nepoznate veličine iz t2 izlaznog Q (Qiz2) V akum (V2) i nivoa Z2

na raspolaganju su tri j-ne (A) (B) (C) sistem j-na je nelinearan

primjeniti neku od numeričkih metoda

•Metoda postepenog približavanja zadovoljava za rješavanje ovakvog sistema j-na

(B)

(C)

21

81 82

PRORAČUN TRANSFORMACIJE POPLAVNOG VALA U

AKUMULACIJI KVAZISTACIONARNOM METODOM

•Osnovno pitanje ŠTA JE POPLAVNI VAL (TALAS) ???

- formiranje akumul da zadržimo vodu u njima

u nekim periodima ima je više koristiti za period kada nema dovoljno vode

- nekada u akum nema dovoljno prostora da prihvati svu vodu koja dolazi

višak vode preko EO sigurno odvesti nizvodno u korito rijeke

83

•Bitno pitanje ŠTA JE MJERODAVNI POPLAVNI VAL (TALAS) ???

- projektovanje bitan najveći poplavni val u toku radnog vijeka akumul

- najveće valove određujemo nekim hidrol. metodama za potreban PP

(PP predviđen određenim propisima)

Za betonske brane val PP jednom u 1000 god ina

Za nasute brane val PP jednom u 10.000 godina

84

PRORAČUN TRANSFORMACIJE POPLAVNOG VALA

matemati čka formulacija problema

•Važno ŠTA TU PRORAČUNAVAMO ???

- mjerodavni val koji dolazi u akum dat ulaznim hidrogramom Qul(t)

- ako je akum puna prispjela voda izdiže NV uslov za prelivanje

- u početku NV na koti preliva rastom NV voda iz akum počinje da ističe

Qiz (Z)

( )3KP

3IZ ZZg2BpCpHg2BpCpQ −⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=

•Matematski model ovog problema BILANSA JEDNA ČINA

QUL= dV/dt + QIZ

sve što do đe u akum ili u njoj ostane (porast V) ili ist ekne iz akumul !!!

22

85

Z

Z

Q

Q

V

t

Kr i vaPr ot i caja EO

Kr i vaZapr emi ne

Ul azni Hi dr ogr am

V

Z

Q (t)IZ

Q (t)UL Q(Z)

V(Z)

Q (t)UL

( )3KP

3IZ ZZg2BpCpHg2BpCpQ −⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=

•U početku Z = ZKP QIZ = 0

sve dok je Qul > Qiz Z raste !!!

•Što je NV u akum viši prelivni mlaz je deblji prelivanje VEĆE

takvo stanje sve dok se ne izjednače Qul i Qiz tada Z postiže svoj max. 86


inkrementalni prora čun

•Kako prora čunavamo poplavani val (talas) ???

- j-nu bilansa možemo napisati u obliku

- problem što hidrogram nije zadat kao f-ja Qul(t) već je dat tabelom Qul(i)

- u inkrementalnom obliku gornja j-na glasi:

)()()(

tQtQdt

tdVIZUL −=

( ) ( )[ ])()()()()()(

21 tQttQtQttQ

t

tVttVIZIZULUL +∆+−+∆+=

∆−∆+

87

( )t

ZV2ZQQ

t

V2QQ 1i

1i ZIi ZIi

i UL1i UL ∆+=

−∆

++ +++

)()(

( )ZNP =

( ) ( )[ ])()()()()()(

21 tQttQtQttQ

t


∆−∆+

- ako iz gornjeg izraza razdvojimo poznate i nepoznate veličine imamo:

- sa lijeve strane imamo poznat broj P

- sa desne strane je f-ja od nepoznatog nivoa Z

- proračun provodimo tabelarno najefikasnije

- f-ja V(Z) je interpolaciona f-ja data parovima tačaka V Z

8898.44121.3215442006156192060.0015

122.05121.52158029051602260420.0014

148.62121.73161821241644964440.0013

179.26121.96165923081691497260.0012

215.73122.22170512931743961380.0011

260.91122.521758524918054885100.0010

303.52122.791806122818607571200.009

325.00122.921829257018877568300.008

314.90122.861818438018751191400.007

262.52122.531760373318076275500.006

164.02121.851639151516686755600.005

72.96121.081501809215149429400.004

24.37120.521402329114067153250.003

5.62120.201344727013457388100.002

0.73120.05131886941319000050.001

0.00120.00131000000.000

[m3/s][m n. m.][m3][m3][m3/s][h]

QizZVCQult

( ) ( )[ ])()()()()()(

21 tQttQtQttQ

t


∆−∆+

( )t

ZV2ZQQ

t

V2QQ 1i

1i ZIi ZIi

i UL1i UL ∆+=

−∆

++ +++

)()(

)()()(

tQtQdt

tdVIZUL −=

J-na bilansa:

23

89

Bp = 30 + 10 ∆

( )3KPIZ ZZg2BpCpQ −⋅⋅⋅⋅=


tehnika prora čuna

•Šta moramo raditi ???

1) odrediti odgovarajuću širinu preliva

2) napisati odgovarajuću f-ju isticanja

3) odrediti f-ju V akumulacije

pri tome parametre treba odrediti iz sistema

V(Z) = a Z + b

13,1x106 = a 120 + b22,0x106 = a 125 + b

vidjeti tabelu

zato što treba očekivati da se NV u akum neće povećati više od 5 m !!!

90

t

ZV2ZQP 1i

1i ZI ∆+= +

+)(

)(

•Gdje je najve ći problem prora čuna ???

- problem u rješavanju j-ne

to je trascedentna j-na koju rješavamo pomoću računara ili iteracijama

91

)()( ttQ2

tCttdV IZ ∆+∆−=∆+

( ) ( )[ ])()()( tQtQttQ2

ttVC IZULUL −+∆+∆+=

•Kako se vrši iterativni prora čun ???

- inkrementalnu j-nu bilansa treba napisati u obliku

( )[ ])()()()()( 1iIZ1iULiUL1ii QQQ2t

VC −−− −+∆+=

0Q Z ZZVV 0IZKP(0)KP0 === )()( )(

- za svaki interval vremena određuje se parametar C

gdje je

gdje je

92

)()( 1iIZiIZ(0) QQ −=

)()( iIZ(0)

i(1) QC- V = ( )

a

bVVZ Z i

1

(i)(1)

i(1) −

== )()(

)(( ))(

)()( i

1IZi

(1) ZQ Q =∆t

•Unutar svakog intervala

radi se iterativno računanje kote Z(i)

•Dalje računamo:

)()( iIZ(i)1)(j

i(j) QQ Q == +•Postupak ponavljamo dok ne dobijemo da je:

•Proračun radimo po svim intervalima datog hidrograma i datim ∆∆∆∆t

•Cilj proračuna odrediti Zmu=max(Z) zaokružiti na viši cio cm !!!

odrediti proticaj Qmax=Ziz(Zmu) zaokružiti na viši m3/s !!!

Download - 2 - Akumulacioni Bazeni i Regulisanje q

Top Related