Бщее описание водоёма- охладителя Курской АЭС

Глава 3. Расчёты.

3.1 Расчёт объёма осадков, выпадающих на площадь зеркала водохранилища.

Пруд-охладитель Курской  АЭС- это водоём, созданный и функционирующий как неотъемлемая часть технологического процесса производства  электроэнергии на атомной станции. Основным назначением водоёма-охладителя, осуществляющего незначительное сезонное регулирование стока, является техническое водоснабжение первой и второй очередей КуАЭС - охлаждение оборотной воды и восполнение безвозвратных потерь в системе технического водоснабжения. Кроме того, водоём-охладитель используется в целях рыбоводства, рекреации и удовлетворения хозяйственных нужд.  Рассматриваемое нами водохранилище расположено на левобережной пойме р. Сейм, между ограждающей дамбой и надпойменной террасой, на участке от хутора Александровский до деревни Рассолово Курчатовского района Курской области. Глубина водохранилища (Нв) составляет 20 м. Площадь водохранилища (Sв) составляет 25 км². Количество осадков выпадающих за год (Огод) для района размещения водохранилища составляет 550 мм.

1. Расчёт объёма осадков,  выпадающих на площадь зеркала  водохранилища.

Количество осадков (О_i), в мм, выпадающих на зеркало водохранилища (S_в) за i-тый месяц года приведено в табл. 1.

Таблица 1. Количество осадков (О_i) по месяцам года, за 2012 г.

Месяц	Осадки (Оi), мм	Осадки (Оi), м
Январь	40,4	0,0404
Февраль	32,2	0,0322
Март	44,8	0,0448
Апрель	36,9	0,0369
Май	38,1	0,0381
Июнь	55,7	0,0557
Июль	76,6	0,0766
Август	64,8	0,0648
Сентябрь	38,8	0,0388
Октябрь	45,1	0,0451
Ноябрь	27,3	0,0273
Декабрь	49,3	0,0493
Итого:	550	0,0550

 

Объем осадков (Q_оi), м³, выпадающих на площадь водохранилища за i-тый месяц года (1):

Q_оi = O_i • S_в, м^з   (1)

где:

Q_oi  – объем осадков выпадающих за i-й месяц на водную поверхность водохранилища, м3;

O_i – количество осадков за i-й месяц, мм;

S_в – площадь водохранилища, м2.

При расчете объема осадков  необходимо привести все числовые значения к единой системе измерения –  метры.

 Q_оянв = O_янв • S_в = 0,0404 м • 25000000 м2 = 1010000 м3

Q_офев = O_фев • S_в = 0,0322 м • 25000000 м2 = 805000 м3

Q_омар = O_мар • S_в = 0,0448 м • 25000000 м2 = 1120000 м3

Q_оапр = O_апр • S_в = 0,0369 м • 25000000 м2 = 922500 м3

Q_омай = O_май • S_в = 0,0381 м • 25000000 м2 = 962500 м3

Q_оиюн = O_июн • S_в = 0,0557 м • 25000000 м2 = 1392500 м3

Q_оиюл = O_июл • S_в = 0,0766 м • 25000000 м2 = 1915000 м3

Q_оавг = O_авг • S_в = 0,0648 м • 25000000 м2 = 1620000 м3

Q_осен = O_сен • S_в = 0,0388 м • 25000000 м2 = 970000 м3

Q_оокт = O_окт • S_в = 0,0451 м • 25000000 м2 = 1127500 м3

Q_оноя = O_ноя • S_в = 0,0273 м • 25000000 м2 = 682500 м3

Q_одек = O_дек • S_в = 0,0493 м • 25000000 м2 = 1232500 м3

 

Общий объем осадков, выпадающий на площадь водохранилища за год (2):

Q_o = ΣQ_оi, м³ (2)

 

где: 

Q_i – объем осадков за i-й месяц года, м³.

Q_о= Q_{о янв} + Q_{о фев} +  Q_{о мар} + Q_{о апр} + Q_{о май} + Q_{о июн}  + Q_{о июл} + Q_{о авг} + Q_{о сен}+ Q_{о окт} + Q_{о ноя} + Q_{о дек} = 1010000 м³ + 805000 м³ + 1120000 м³ + 922500 м³ + 962500 м³ + 1392500 м³ + 1915000 м³ + 1620000 м³ + 970000 м³ + 1127500 м³ + 682500 м³ + 1232500 м³ = 13760000 м³.

Итого по разделу 1.1. приходная  часть объема осадков на площадь  зеркала водохранилища за год  составляет 13760000 м³.

 

 

 

 

3.2  Расчет расходной части водного баланса водохранилища.

Для расчёта расходной  части водного баланса водохранилища  нами были выбраны потери на испарение  воды с поверхности водохранилища  за счёт теплового нагревания.

Испарение с поверхности  водохранилища (H_{исп i}) за i-й месяц, мм, вычисляется по формуле (3):

H_{исп i} = 11,6 • (El_i – e₀) •B_i • t, мм (3)

 

где:

H_{исп i} – слой испарения в водной чаше испаромера (3000 см²) за месяц (мм);

11,6 – коэффициент, учитывающий  удельную всасывающую атмосферы;

El_i – максимальная упругость водяных паров (табл. 2) при заданной среднемесячной температуре воды в водоёме, большей 0°С (табл. 3);

e₀ – парциальное давление водяного пара в воздухе (безразмерная постоянная величина равная 1,2);

B_i – коэффициент, учитывающий силу ветра (4):

B_i = 1 + 0,134•V_в , м/с (4)

где: V_в – средняя скорость ветра за месяц, м/с (табл. 4);

t – расчётное время  испарения, в месяцах (в нашем  примере t равно 1).

Таблица 2. Максимальная упругость  водяного пара, мм.рт.ст. (максимальная влажность, г/м3)

Температура, оС	Десятые доли градуса
	0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8		0,9
0	4,60	4,63	4,67	4,70	4,73	4,77	4,80	4,84	4,87		4,91
1	4,94	4,98	5,01	5,05	5,08	5,12	5,16	5,19	5,23		5,27
2	5,30	5,34	5,38	5,42	5,45	5,49	5,53	5,57	5,61		5,65
3	5,69	5,73	5,77	5,81	5,85	5,89	5,93	5,97	6,01		6,06
4	6,10	6,14	6,18	6,23	6,27	6,31	6,36	6,40	6,45		6,49
5	6,53	6,58	6,63	6,67	6,72	6,76	6,81	6,86	6,90		6,95
6	7,00	7,05	7,10	7,14	7,19	7,24	7,29	7,34	7,39		7,44
7	7,49	7,54	7,60	7,65	7,70	7,75	7,80	7,86	7,91		7,96
8	8,02	8,07	8,13	8,18	8,24	8,29	8,35	8,40	8,46		8,52
9	8,57	8,63	8,69	8,75	8,81	8,87	8,93	8,99	9,05		9,11
10	9,17	9,23	9,29	9,35	9,41	9,47	9,54	9,60	9,67		9,73
11	9,79	9,86	9,92	9,99	10,05	10,12	10,19	10,26	10,32		10,39
12	10,46	10,53	10,60	10,67	10,73	10,80	10,88	10,95	11,02		11,09
13	11,16	11,24	11,31	11,38	11,46	11,53	11,61	11,68	11,76		11,83
14	11,91	11,99	12,06	12,14	12,22	12,30	12,38	12,46	12,54		12,62
15	12,70	12,78	12,86	12,95	13,03	13,11	13,21	13,28	13,37		13,45
16	13,54	13,62	13,71	13,80	13,89	13,97	14,06	14,15	14,24		14,33
17	14,42	14,51	14,61	14,70	14,79	14,88	14,98	15,07	15,17		15,26
18	15,36	15,45	15,55	15,65	15,75	15,85	15,95	16,05	16,15		16,25
19	16,35	16,45	16,55	16,66	16,76	16,86	16,96	17,07	17,18		17,25
20	17,39	17,50	17,61	17,72	17,83	17,94	18,05	18,16	18,27		18,38
21	18,50	18,61	18,72	18,84	18,95	19,07	19,19	19,31	19,42		19,54
22	19,66	19,78	19,90	20,02	20,14	20,27	20,39	20,51	20,64		20,76
23	20,91	21,02	21,14	21,27	21,41	21,53	21,66	21,79	21,92		22,05
24	22,18	22,32	22,45	22,59	22,72	22,86	23,00	23,14	23,24		23,41
25	23,55	23,69	23,83	23,98	24,12	24,26	24,41	24,55	24,70		24,84
26	24,99	25,14	25,29	25,44	25,59	25,74	25,89	26,05	26,20		26,35
27	26,51	26,66	26,82	26,98	27,14	27,29	27,46	27,62	27,78		27,94
28	28,10	28,27	28,43	28,60	28,77	28,93	29,10	29,27	29,44		29,61
29	29,78	29,96	30,13	30,31	30,48	30,65	30,83	31,01	31,19		31,37
37	46,73	46,99	47,24	47,50	47,76	48,02	48,28	48,55	48,81	49,08
38	49,35	49,61	49,88	50,16	50,70	50,80	50,98	51,25	51,53		51,81
39	52,09	52,37	52,65	52,94	53,22	53,51	53,80	54,09	54,38		54,67
40	54,97	55,26	55,56	55,85	56,15	56,45	56,76	57,06	57,36		57,67

 

Таблица 3. Температура воды в водоёме по месяцам года.

Месяц	Температура воды, 0°С
Январь	10
Февраль	10
Март	10
Апрель	10
Май	15
Июнь	20
Июль	25
Август	30
Сентябрь	25
Октябрь	20
Ноябрь	10
Декабрь	10

 

Таблица 4. Средняя скорость ветра по месяцам года, м/с (за 2012 г.).

Месяц	Средняя скорость ветра, м/с
Январь	3,2
Февраль	3,3
Март	3,5
Апрель	3,0
Май	2,7
Июнь	2,8
Июль	2,5
Август	2,6
Сентябрь	2,8
Октябрь	2,9
Ноябрь	3,0
Декабрь	3,8

 

H_{исп.янв}=11,6•(E_l-e₀)•B•t =11,6•(9,17-1,2)•(1+0,134•3,2) 1 = 11,6•7,97•1,428=132 мм.

H_{исп.фев}=11,6•(El-e0)•B•t =11,6•(9,17-1,2)•(1+0,134•3,3)•1=11,6•7,97•1,442=133,3мм.

Hисп.мар=11,6•(El-e0)•B•t =11,6•(9,17-1,2)•(1+0,134•3,5)•1=11,6•7,97•1,469=135,8мм.

Hисп.апр=11,6•(El-e0)•B•t=11,6•(9,17-1,2)•(1+0,134•3)•1=11,6•7,97•1,402=129,6мм.

Hисп.май=11,6•(El-e0)•B•t=11,6•(12,70-1,2)•(1+0,134•2,7)•1=11,6•11,5•1,3618=181,7мм

Hисп.июн=11,6•(Ele0)•B•t=11,6•(17,391,2)•(1+0,134•2,8)•1=11,6•16,19•1,3752=258,3мм

Hисп.июл=11,6•(El-e0)•B•t=11,6•(23,55-1,2)•(1+0,134•2,5)•1=11,6•22,35•1,335=346,1мм

Hисп.авг=11,6•(El-e0)•B•t=11,6•(31,5-1,2)•(1+0,134•2,6)•1=11,6•30,3•1,3484=473,9мм

Hисп.сен=11,6•(El-e0)•B•t=11,6•(23,551,2)•(1+0,134•2,8)•1=11,6•22,35•1,3752=356,5мм

Hисп.окт=11,6•(El-e0)•B•t=11,6•(17,391,2)•(1+0,134•2,9)•1=11,6•16,19•1,3886=260,8мм

Hисп.ноя=11,6•(El-e0) •B•t=11,6• (9,17 1,2)•(1+0,134•3)•1=11,6•7,97•1,402=129,6мм

Hисп.дек =11,6•(El-e0)•B•t=11,6•(9,17-1,2)•(1+0,134•3,8)•1=11,6•7,97•1,5092=139,5мм

Общее количество испарений  за год с поверхности водохранилища, мм (5):

Hисп = ΣHисп i, мм (5)

где: Hисп – общее количество испарений с поверхности водохранилища за год, мм;

Hисп i – слой испарения в водной чаше испаромера за i-й месяц, мм.

Общее количество испарений  за год с поверхности водохранилища  составит:

Hисп=Hисп янв+Hисп фев+Hисп мар+Hисп апр+Hисп май+Hисп июн+Hисп июл+Hисп авг+ Hисп сен+Hисп окт+Hисп ноя+Hисп дек= 132мм + 133,3мм + 135,8мм + 129,6мм + 181,7мм + 258,3мм + 346,1мм + 473,9мм + 356,5мм + 260,8мм + 129,6мм + 139,5мм = 2677,1 мм.

Объем испарения с поверхности  водохранилища, м3, за год (Qисп) найдем по формуле (6):

Qисп = 8333333,3 •Hисп, м3 (6)

где:

Qисп – объем испарения с поверхности водохранилища за год, м3;

8333333,3 – коэффициент перевода  площади чаши испаромера к площади водоема;

При расчете объема осадков  необходимо привести все числовые значения к единой системе измерения –  метры:

Qисп = 8333333,3•Hисп = 8333333,3•2,67м3= 22249999,9м3.

 

   3.3   Расчёт построения биофильных элементов.

Биофильные элементы – это поглощаемые из геохимии среды( почвы, воды) организмами и используемые в процессах жизнидеятельности . К ним относятся: макроэлементы- N,C,O,H,Ca,Mg,Na,K,P,S,Cl,Si,Fe и микроэлементы- Cu,Co,Mn,Zn,V,Ni,Mo,Sr,B,Se,F,Br,I.

Растения, животные и почвенный  покров Мировой суши образуют сложную  систему. Связывая и перераспределяя  солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, азот, фосфор, серу, кальций и другие биофильные элементы, эта система постоянно формирует новую биомассу и генерирует свободный кислород.В водной среде существует вторая система (водные растения и животные), выполняющая на планете те же функции связывания солнечной энергии, углерода, азота, фосфора и других биофилов путем образования биомассы, высвобождения кислорода в атмосферу.

Для расчёта построения биофильных элементов нам необходимо найти сколько воды приходит в водоём с речной воды (Qп,м3)

Количество воды, приходящая в водоём с речной воды, м3, найдём  по формуле (7):  

 

Q_п = ∆Q_исп – Q_о, м³  (7)

где:

Q_п ^_ объём подпитки речной воды , м³;

∆Qисп ^_ объем испарения с поверхности водохранилища за год, м³;

Qо ^_ общий объем осадков, выпадающий на площадь водохранилища за год, м³;

  При расчёте объёма  подпитки речной воды необходимо  привести все числовые значения  к единой системе измерения  – метры:

 Qп = ∆Qисп - Qо = 22249999,9 м3 – 13760000 м3 = 22250000м3 – 13760000 м3 = 8490000 м³.

 Зная общее  содержание  в почве азота ( N = 1мг/л ) и фосфора ( P = 20 мг/л ) рассчитаем сколько потребуется азота ( N ) и фосфора ( P ) для построения массы ( m ) фитопланктона и водорослей.

Содержание азота ( N ) в речной воде ( QN ), м2, найдём по формуле ( 8 ):

 

Q_N = Qп. C_N, м² ( 8 )

где:

Q_N ^_ содержание азота ( N ) в речной воде, м²;

Qп ^_ объём подпитки речной воды , м3;

C_N ^_ концентрация азота ( N ) в речной воде;

Содержание азота ( N ) в речной воде составит: QN = Qп . CN = 8490000 . 100 = 849000000 м2.

где:

100 _ коэффициент перевода;

Так как концентрация биологических  питательных элементов и водоёма  составляет 0,1 %, то объём питательных  для построения массы ( m ) фитопланктона и водорослей составит 0,1 .  QN , 0,1 . 849000000 или 84900000 кг.

Найдём массу водорослей ( m_вод ), кг, по формуле ( 9 ):

 

m_вод = QN . 0,1 . 0,042, кг ( 9 )

где:

mвод _ масса водорослей, кг;

QN _ содержание азота ( N ) в речной воде, м2;

0,042 _ процент содержания  азота ( N ) в воде ( 4,2 % );

mвод = 849000000 . 0,1 . 0,042 = 3565800 кг.

Таким же образом рассчитаем сколько понадобится фосфора  ( P ) для построения массы фитопланктона и водорослей.

По формуле ( 10 ) рассчитаем сколько фосфора ( P ) содержится в речной воде (Qр), м2:

Qр = Qп . Cр , м2 ( 10 )

где:

Qр _ содержание фосфора ( P ) в речной воде, м2;

Qп _ объём подпитки речной воды , м3;

Cp _ концентрация фосфора ( P ) в речной воде;

Содержание фосфора ( P ) в речной воде составит:  Qр = Qп . Cp = 8490000 . 100 = 849000000 м2

где:

100 _ коэффициент перевода:

Так как концентрация биологических  питательных элементов и водоёма  составляет 0,5 %, то объём питательных  элементов для построения массы  ( m ) фитопланктона и водорослей составит 0,5 . Qp = 0,5 . 849000000 м2 = 424500000 кг.

Найдём массу  водорослей ( mвод ), кг, по формуле ( 11 )

 

m_вод = Qp . 0,5 . 0,025, кг ( 11 )

где:

m_вод ^_ масса водорослей, кг;

Q_р ^_  содержание фосфора ( P ) в речной воде, м²;

0,025 _ процент содержания  фосфора( P ) в воде ( 2,5 %);

m_вод = Qp . 0,5 . 0,025 = 849000000 . 0,5 . 0,025 = 10612500 кг.

Так как для прироста 1 кг рыбы необходимо 30 кг водорослей, то  масса рыбы (m_рыб ) =  m_вод : 30, кг = 3565800 : 30 = 118860 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

Водохозяйственные расчеты  являются основой принятия проектных  решений в водохозяйственных  проектах и бассейновых схемах комплексною  использования водных ресурсов. Регулирование  стока в целях повышения гарантированной  водоотдачи, наиболее актуальное для  развивающихся стран в связи  с новым строительством, не теряет своего значения для России. Дело в  том, что в нашей стране множество  водохранилищных гидроузлов нуждается  в пересмотре правил управления, что  подразумевает проведение в полном объеме обосновывающих водохозяйственных  расчетов. Наливные водохранилища -один из вариантов размещения водохранилищ при отсутствии возможности создания русловых емкостей - практически не имеет методической поддержки. Поэтому полученные  результаты могут использоваться для проектной практики.

Выполненные исследования позволили  нам придти к следующим основным выводам:

1. Обзор и анализ литературы  по регулированию стока показал,  что тема регулирования стока  наливными водохранилищами малоизученная  и специально не рассматривалась,  несмотря на то, что данный  тип водохранилищ реализован  во множестве конкретных объектов.