Гидрологическое обоснование контроля и оптимизации использования водных ресурсов гидрографической демаркации Манаби (Эквадор) Кампос Седеньо Антонио Фермин

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Водные потребности гидрографической демаркации манаби и подходы к расчетам 12

1.1. Общие сведение 12

1.2. Гидрографическое подразделение Эквадора 18

1.3. Гидрографические демаркации и системы Эквадора 24

1.4. Особенности гидрографической демаркации Манаби 25

1.5. Гидравлический план Манаби 32

1.6. Главные потребности воды на орошение и водоснабжение 36

1.7. Исходная информация 37

1.8. Методы заполнения недостающих данных 43

1.9. Факторы и способ определения стока

1.10. Поверхностный сток 49

1.11. Изменчивость осадков 50

1.12. Суммарное испарение 51

1.13. Модуль стока 51

1.14. Средние осадки в бассейне 51

1.15. Расчёт водохранилищ 53

ГЛАВА 2. Определение водных ресурсов гидрографической демаркации манаби 66

2.1. Выбор метод заполнения недостающих данных 66

2.2. Заполнение недостающих данных осадков в месяц 66

2.3. Заполнение недостающих данных максимальных месячных осадков и среднемесячных расходов рек . 76

2.4. Среднегодовые осадки 76

2.5. Распределение многолетних среднемесячных осадков 77

2.6. Изолинии слоя осадков 79

2.7. Временное распределение годовых осадков 80

2.8. Математическая модель для определения среднегодовых осадков 86

2.9. Многоугольники Тиссена

2.10. Среднегодовой объём от осадков 93

2.11. Среднегодовой сток гидрографической демаркации Манаби 95

2.12. Межгодовая изменчивость осадков 98

2.13. Суммарное испарение 102

2.14. Модули стока бассейнов гидрографической демаркации Манаби 105

2.15. Определение избытка/дефицита воды 107

ГЛАВА 3. Схема проектов для оптимизации водных ресурсов гидрографической демаркации манаби предложенных в работе 110

3.1. Проект Аямпе 112

Выбор створа 112

Кривые объёма – площади зеркала 112

Объёмы водохранилища 113

Возвышение гребня плотины 122

Отметка гребня и высота плотины Аямпе 128

3.2. Плотина Санкан 130

Выбора створа 130

Кривые объёма – площади 130

Объёмы водохранилища 131

Общие данные водохранилища 134

Возвышение гребня плотины 134

Отметка гребня и высота плотины Санкан 136

3.3. Плотина Каё 139

Выбора створа 139

Кривые объёма – площади зеркала 139

Объёмы водохранилища 139

Общие данные водохранилища 143

Возвышение гребня плотины 143

Отметка гребня и высота плотины Каё 145

3.4. Плотина Хама 148

Выбора створа 148

Кривые объёма – площади 148

Объёмы водохранилища 148

Общие данные водохранилища 152

Возвышение гребня плотины 152

Отметка гребня и высота плотины Хама 154

3.5. Плотина Коаке 157

Выбора створа 157

Кривые объёма – площади 157

Объёмы водохранилища 158

Общие данные водохранилища 161

Возвышение гребня плотины 161 Отметка гребня и высота плотины Коаке 163

3.6. Схема разработанных в диссертационной работе плотин 166

3.7. Преимущества выбранных в работе створов 168

3.8. Регулирование стока 172

Общие положения 172

Определение среднегодового стока маловодных лет: 172

Регулирование среднегодового стока маловодных лет 173

Особенности регулирования стока, предложенных в работе гидроузлов 173

Проект Аямпе 174

Проекты Санкан и Каё 181

Проект Хама 188

Проект Коаке 192

Заключения 195

Список литературы

• Особенности гидрографической демаркации Манаби
• Заполнение недостающих данных максимальных месячных осадков и среднемесячных расходов рек
• Возвышение гребня плотины
• Возвышение гребня плотины 161 Отметка гребня и высота плотины Коаке

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Эквадор - южноамериканская страна, находящаяся на экваторе с богатыми природными ресурсами, состоящая из 4-х географических районов: Коста, Сьерра, Ориенте и Галапагосские острова (рисунок 1). Общая площадь континентальной части страны составляет 283,560 км.

50'0"N-40'0"N-30'0"N-20'0"N-10'0"N-00'0"-10'0"S-20'0"S-30'0"S-40'0"S-50'0"S-60'0"S-70'0"S-80'0"S-

910'0"W 890'0"W 870'0"W 850'0"W 830'0"W 810'0"W 790'0"W 770'0"W 750'0"W

с о

Call Ч

OALArAGOS ISLANDS .ARCHIPItLAGO РЕ COU>N.

_ъ

0\\^/aflrfs

&

Carnegie Л\і9^е

U"U'U"N

100'0"N

1200'0"W 100"0'0"W 800'0"W 600'0"W 400'0"W

LORET

ПЕРУ

U"N'N"

U"N'N"

U"U'U"S

шииь

200'0"S

—400'0"S 50^о0'0^иЗ

і І її. 1,,

&т

ПО'О'ОЧЛ/ T0D^,D^,,W 40^о0'0^и\л/

Тш|Н о

-50'0"N

-40'0"N

-30'0"N

-20'0"N

-10'0"N

-00'0"

-10'0"S

-20'0"S

-30'0"S

-40'0"S

-50'0"S

-60'0"S

-70'0"S

-80'0"S

910'0"W 890'0"W 870'0"W 850'0"W 830'0"W 810'0"W 790'0"W 770'0"W 750'0"W

Рисунок 1 — Схема географических районов Эквадора

Экономика страны базируется, в основном, на сельском хозяйстве, горнодобыче и рыболовстве, а также с 1970-х годов важную роль занимает геологоразведка и экспорт нефти.

Эквадор имеет 2 главных подразделения в управлении: 1)

административно – территориальное деление, 2) развитие водных ресурсов.

В административном–территориальном делении страна состоит из 24 провинций.

С точки зрения развития водных ресурсов, страна делится на 9 больших водосборных бассейнов, называющихся гидрографическими демаркациями, из которых 3 принадлежат бассейну реки Амазонки: Напо, Пастаса и Сантьяго, а остальные 6 - тихоокеанскому бассейну: Мира, Эсмеральдас, Манаби, Гуаяс,

Хубонес и Пуянго-Катамаё. В целом, гидрографическая демаркация – разграничение территории по гидрологическим признакам и свойствам.

Все реки гидрографических демаркаций Эквадора, за исключением демаркации Манаби (рисунок 2), имеют ледниковое питание от кордильеры Анд. Этот факт отрицательно влияет на развитие провинции Манаби, особенно в области сельского хозяйства, вследствие того, что осадки неравномерно распределяются в дождливый и засушливый сезоны в течение года. Дождливый сезон, с декабря по май, сопровождается серьёзными наводнениями и затоплениями территории, а в засушливом сезоне, с июня до ноября, из-за отсутствия дождей, когда расходы рек ниже 1 м³/с, появляется дефицит воды, так как реки практически пересыхают.

Н. км

Рисунок 2 — Поперечный профиль земной поверхности Эквадора по параллели.

0 45’ 40” ю.ш.

В настоящее время, для контроля и сохранения водных ресурсов на основе современных многолетних гидрометеорологических данных, гидротехнические сооружения не проектируются. Ситуация избытка и дефицита воды с каждым годом ухудшается, что определяет актуальность настоящих исследований, описанных в диссертации.

Степень её разработанности. Важный вклад в изучение водных ресурсов Республики Эквадор, с целью их контроля, регулирования и оптимизации, внесли государственные предприятия: Instituto Ecuatoriano de Recursos Hidrulicos – INERHI (Эквадорский институт по водным ресурсам – ИНЭРИ), Consejo Nacional de Recursos Hdricos – CNRH (Национальный совет по водным ресурсам), Secretara Nacional del Agua – SENAGUA (Национальный секретариат по воде - СЕНАГУА), Corporacin Reguladora de Manab – CRM (Регулирующая корпорация Манаби -ЦРМ), Junta de Recursos Hidrulicos – JRH (Совет водных ресурсов), однако их работы основаны на гидрометеорологических данных до 1989 года.

Цели и задачи. Целью данной работы является оценка водохозяйственного

баланса воды (избыток и дефицит) гидрографической демаркации Манаби на основе актуальных метеорологических наблюдений и предложение схемы перспективного развития гидротехнического строительства для оптимального регулирования и использования водных ресурсов демаркации.

В соответствии с этим, основные задачи работы, применительно к территории гидрографической демаркации Манаби, можно сформулировать следующим образом:

1. изучение пространственно-временного распределения месячных дождевых осадков гидрографической демаркации Манаби;

2. исследование пространственного распределения среднего годового стока по территории гидрографической демаркации Манаби;

3. анализ потребностей воды на основные нужды: орошение и водоснабжение;

4. выбор целесообразных створов для проектирования гидроузлов для регулирования стока и разработка схемы проектов для оптимального использования водных ресурсов гидрографической демаркации Манаби.

Научная новизна. Гидрологическое обоснование водных ресурсов
гидрографической демаркации Манаби, на основе актуальных

гидрометеорологических данных, их контроля и оптимизации использования. В результате исследований впервые:

5. исследовано пространственно-временное распределение месячных дождевых осадков гидрографической демаркации Манаби;

6. разработана карта изолиний слоя многолетних среднегодовых осадков для гидрографической демаркации Манаби;

7. определены многолетние среднегодовые объёмы от дождевых осадков и от стока водосборных бассейнов гидрографической демаркации Манаби;

8. разработана карта изолиний слоя суммарного испарения для гидрографической демаркации Манаби;

9. исследовано пространственное распределение среднего годового стока по территории гидрографической демаркации Манаби;

10. разработана карта изолиний слоя стока для гидрографической демаркации Манаби;

11. разработана карта модуля стока для гидрографической демаркации Манаби;

12. разработана карта коэффициентов вариации годовых осадков для гидрографической демаркации Манаби (межгодовая изменчивость);

13. разработана феноменологическая модель для вычисления годовых осадков в зависимости от долготы и широты для гидрографической демаркации Манаби;

14. на основе анализа актуальных гидрометеорологических данных, разработана схема проектов для оптимального использования водных ресурсов гидрографической демаркации Манаби;

15. приведены расчёты сезонного регулирования стока, предложенных в работе гидроузлов, по данным маловодных лет.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Заключается в:

16. установлении методики выбора оптимального метода заполнения недостающих данных в гидрометеорологических рядах наблюдений;

17. установлении последовательности построения карт изолиний слоя осадков, стока и суммарного испарения, являющихся основой для количественной оценки водных ресурсов;

18. определении последовательности выполнения водохозяйственных расчётов с помощью географических информационных систем (ГИС);

19. определении методики для разработки феноменологических моделей вычисления осадков и других подобных величин на основе использования географических информационных систем;

20. рекомендации по схеме проектов оптимального использования водных ресурсов гидрографической демаркации Манаби.

Методология и методы исследования. Для решения выше поставленных целей и задач использовались основные положения гидравлики и инженерной гидрологии для проектирования гидротехнических сооружений:

21. статистические методы – для заполнения недостающих данных в календарных рядах наблюдений;

22. непрерывное биномиальное распределение Пирсона III типа – для определения гидрологических величин расчётной обеспеченности;

23. метод Службы охраны почв США (U.S. Soil Conservation Service) – для определения стока;

24. метод многоугольников Тиссена – для определения взвешенных расчётных величин гидрометеорологических данных;

25. водохозяйственные методы – для определения параметров водохранилищ;

26. методы номограммы Пенмана и Висентини - для определения испарения с зеркала водохранилищ;

27. метод Шаффернака – для определения фильтрационных параметров через тело плотин из местных материалов;

28. метод гидродинамической сетки - для определения фильтрационного потока под основанием плотины;

29. метод SCS (U.S. Soil Conservation Service) – для определения максимальных расходов при расчёте общих габаритов водосбросных сооружений плотин;

30. метод триангуляций – для построения изолиний осадков, коэффициентов вариации, суммарного испарения и стока;

31. метод множественной корреляции – для создания феноменологической модели определения среднегодовых осадков гидрографической демаркации Манаби.

Рабочая гипотеза: особый характер питания рек гидрографической демаркации Манаби, основанный только на дождевых осадках, воздействующих на неоднородность пространственно-временного их распределения, провоцирует большой дефицит для основных бытовых потребностей.

Положения, выносимые на защиту:

32. особенности гидроморфологических характеристик гидрографической демаркации Манаби;

33. закономерности пространственно-временного распределения речного стока гидрографической демаркации Манаби;

34. подходы обработки феноменологических моделей с использованием географических систем для определения гидрометеорологических величин в зависимости от географических характеристик;

35. особенности предложенной в работе схемы гидроузлов для регулирования стока и предотвращения дефицита водных ресурсов.

Степень достоверности и апробация результатов. Основные вопросы, возникшие в ходе работы над диссертацией и полученные, в процессе их решения, результаты были доложены на следующих конференциях:

36. VII Международная научно-практическая конференция – «ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ-2014», 16 - 18 апреля 2014 г., «Особенности водного режима рек провинции Манаби (Эквадор)»;

37. VIII Международная научно-практическая конференция – «ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ-2015», 20 - 22 апреля 2015 г., стр. 291-295, «Объёмы стока дождевых осадков районов гидрографической демаркации Манаби (Эквадор)»;

38. Специальная конференция в Техническом Университете Манаби – Эквадор (Universidad Tcnica de Manab - Ecuador) - «Оптимизации использования водных ресурсов гидрографической демаркации Манаби», 27 июля 2015 г.;

39. IX Международная научно-практическая конференция – «ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ-2016», 20 - 22 апреля 2016 г. «Гидрологическое обоснование контроля и оптимизации использования водных ресурсов гидрографической демаркации Манаби (Эквадор)».

40. Специальная конференция в Секретариате по воде – Эквадор (Secretara del Agua - SENAGUA - Ecuador) - «Новая схема проектов для развития водных ресурсов гидрографической демаркации Манаби», 23 августа 2016 г.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 статьях научных журналов из перечня, рекомендованного ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация содержит: введение, 3 главы, заключение, список использованных библиографических источников из 61 наименования. Общий объем текста диссертации 203 страницы, в него включены 98 рисунков и 84 таблиц.

Особенности гидрографической демаркации Манаби

Страна имеет различные климаты и микроклиматы. Метеорологическая модель варьируется в зависимости от географии. Температуры определяются высотой над уровнем моря, и главным образом, наличием Кордильеры Анд и морского влияния Тихого океана.

Галапагосские острова и побережье находятся под влиянием океанических течений. Деление Эквадора по гидрографическим демаркациям Тихоокеанское течение вызывает горячий, дождливый, влажный сезон с января по апрелю, в этот период проливные дожди часто нарушают дорожную связь и провоцируют наводнение земель. Средняя высокая температура 30C. С мая по ноябрь течения с юга прохладны и поддерживают низкие температуры с большой вероятностью отсутствия дождей, особенно в июле и августе, что соответствует засушливому сезону, называемому «летом».

Район, Коста, имея тропический или экваториальный климат, со среднегодовой температурой 22 - 26 С, характеризуется постоянством осадков, неравномерно распределённых, в разных местах в течение года. Основные дождливые месяцы: декабрь - апрель, а иногда и май, которые в Эквадоре называют «зимой». Несоответствие количества осадков происходит из-за влияния океанских течений Гумбольдта и Эль-Ниньо [11].

Местность покрыта высокотравными саваннами, болотами и невысокими холмами с зарослями. Высоты над уровнем моря колеблются в пределах 0 – 800м (рисунок 4).

Район Сьерра - центр страны, пересекаемый с севера на юг Андами, состоящими из двух параллельных хребтов - Западной и Восточной Кордильеры, на которых располагаются как потухшие (Чимборасо, 6267 м, высочайшая точка страны), так и действующие (Котопакси, 5896 м) вулканы. Климат круглый год прохладный, с резкими суточными перепадами. Среднемесячные температуры в г. Кито (на высоте 2800 м) составляют всего 13-14 C, а суточные перепады достигают 15-20 С. Высоты над уровнем моря колеблются в пределах 800 – 6267м (рисунок 4).

Район Ориенте расположен Восточнее Анд во влажных низменности бассейна Амазонки (количество осадков — до 6000 мм/год), где обитают ещё дикие индейские племена. Район занимает около 40 % страны, практически полностью покрыт джунглями с многочисленными реками. Температура в основном превышает 30 C при высокой влажности круглый год. Высоты над уровнем моря этого района колеблются в пределах 210 – 3100м (рисунок 4).

Галапагосские острова находятся почти в 1000 км к западу от материковой части страны. Архипелаг состоит из 12 основных островов, 5 из которых населены, и многочисленных мелких островков общей площадью 7.9 тыс. км. Температура воздуха днём на островах составляет около 30 C, воды - 18-24С. Высоты над уровнем моря этого района колеблются в границах 0 – 1500м.

Население страны, по данным последней переписи 2010 года, составляло 14.48 млн. человек [39]. По прогнозам эквадорского института статистики и переписи населения, (Instituto Ecuatoriano de Estadsticas y Censos – INEC) к 2015 году население будет 16.28 млн. чел., что означает плотность – 57 человек на 1 км2. Основные города: Кито (столица), Гуаякиль и Куэнка.

Гидрографическая сеть состоит из крупных рек Косты: Эсмеральдас, Гуаяс и Пуянго. Анды являются водоразделом бассейнов Тихого и Атлантического океанов. Основные реки востока страны - Пастаса, Путумайо, Напо, Агуарико. Все они входят в бассейн реки Амазонки и имеют, в основном, ледниковое питание.

Более трети рабочей силы занято в сельском хозяйстве, на долю которого приходится около 20% валового внутреннего продукта. Основные товарные культуры, поддерживающие экономику в Эквадоре кофе, бананы и какао, идущие на экспорт, а также культуры земледелия: кукуруза, картофель, ячмень, маниока, рис и пшеница.

Производственные отрасли включают пищевую промышленность, металлургические заводы, выработку текстиля, изделий из древесины, химических веществ в том числе и пластмасс [47].

Эквадор считается первым в мире экспортёром бананов в большинство стран мира. По данным Ассоциации экспортёров бананов Эквадора, в 2012, было экспортировано, в среднем, 69 миллионов коробок в январе, феврале и марте.

Ещё один важный доход для страны - это цветы. Они в основном выращиваются в провинциях Пичинча, Имбабура, Котопакси, Чимборасо и Azuay, и экспортируются в Россию и США.

Заполнение недостающих данных максимальных месячных осадков и среднемесячных расходов рек

Нужно отметить, согласно историческим данным, что с 1790 года до настоящего времени, были 7 случаев такого явления: 1790-1793, 1828, 1876-1878, 1891, 1925-1926, 1982-1983 и 1997-1998 [28], то есть периоды проявления между ними 38, 48, 15, 34, 57 и 15 лет, соответственно. Явление «Эль-Ниньо», вследствие отсутствия гидрологической закономерности его проявления, в настоящее время не возможно прогнозировать. o из трёх выбранных для анализа периодов, два (II и III) включают явление «Эль-Ниньо», для них, с имеющими средними значениями годовых температур, период 1990 – 2010, построена гистограмма (рисунок 38), где совмещены средние значения осадков и температур воздуха. Намечается, что в период 1990 – 2010 средняя годовая температура практически не изменилась, так как разница между максимальным и минимальным значениями - 1.6 C, но с осадками были существенные изменения, особенно в 1998 году, когда среднее значение осадков достигло 2767.3 мм, 152.18% больше средней нормы, за счёт увеличения испарения с океанской поверхности; в период явления «Эль-Ниньо»; o сценарий, исключающий явление «Эль-Ниньо», в рядах 1983, 1997 и 1998 годов (заменены действительные данные средними арифметическими значениями оставшихся лет соответствующих периодов) на гистограммах рисунков 39 и 40, показывает: - колебания изменения средних значений годовых осадков имеют однородный характер (рисунок 39); - аккумулированные осадки периодов II и III по сравнению с периодом I уменьшаются на 0.22 и 0.35% соответственно (рисунок 40); то есть при естественных климатических условиях, в течение рассматриваемого периода (51 год), изменение количество осадков не зависит от температуры воздуха на территории демаркации Манаби; а также общая тенденция направлена к понижению общего количества дождевых осадков. средние значения годовых осадков

Гистограмма средних значений осадков гидрографической демаркации Манаби исключая явление «Эль-Ниньо» Рисунок 40 — Гистограмма аккумулированных осадков, исключая явление «Эль-Ниньо» 2.8.Математическая модель для определения среднегодовых осадков

С помощью изолиний (рисунок 35) графическим путём можно определить среднегодовые осадки в любой географической точке демаркации Манаби, что носит субъективный характер с вероятностью появления ошибок в расчётах. По этой причине, на основе полученных осадков, разработана математическая модель для определения осадков более объективно.

Для этого, применяется трёхмерное моделирование, с тремя переменными: 1) осадки, зависимая переменная z; 2) восточная долгота в системе UTM WGS84, независимая переменная х; и, 3) северная широта в системе UTM WGS84, независимая переменная у. Переменные X и 7 взяты непосредственно из топографических карт, а переменная Z, определяется с помощью элементов географических информационных систем (ГИС). Математическая основа моделирования - это множественная корреляция [22]. При этом имеется уравнение с тремя переменными: z = a + b±x + b2y, (56) где, для нашего случая, а, b±, Ь2 — коэффициенты которые нужно найти; — z среднегодовые осадки Р, мм; х — долгота Е, м; z — широта N, м. Чтобы получить коэффициенты а, ЬІ5 Ь2, в уравнении множественной корреляции нужно решить следующие 3 уравнения по методу наименьших квадратов YJz = na + b1YJx + b2YJy, (57) xz = ах + btY,x2 + b2Y,xy , (58) lyz = a y + b xy + b2Zy2 , (59) В настоящее время эту систему уравнений можно решить с помощью компьютерных приложений, таких как: AD+, SPSS, R, Minitab y Excel [14].

Коэффициент множественной корреляции R – это безразмерный параметр, значение которого может находиться в пределах от нуля до единицы. Чем ближе к единице, тем больше функциональная связь между переменными, а когда ближе к нулю линейная зависимость будет отсутствовать. Названный коэффициент определяется по формуле [22, 59] R= Гх+ГІу 2Г ХГ УГХ\ (60) где rzx — коэффициент корреляции определяемый по данным Z и X, rzy - коэффициент корреляции определяемый по данным Z и Y, тху — коэффициент корреляции определяемый по данным X и Y.

Стандартная ошибка - это мера дисперсии, чем меньше она, тем достовернее результаты расчётов. Определяется по формуле \2AA- ) (61) \ п-гп-1 где 5 — стандартная ошибка, Z— наблюдаемые данные, Z— определяемые данные по полученному уравнению, п — число данных, га — число независимых переменных.

Географические информационные системы (ГИС). Большинство элементов существующих в природе могут быть представлены в виде геометрических фигур, таких как точки, линии или многоугольники, то есть, векторов, или в виде клеток с информацией (растр - RASTER). Вектор и растр являются формами для изображения пространства, которые помогают лучше понять исследуемые элементы в соответствии с их природой. Основные элементы геоинформационных систем – это вектор и растр. Геоинформационные системы (ГИС - GIS) являются классом информационных систем, имеющих свои особенности. Они построены с учётом закономерностей геоинформатики и методов, применяемых в этой науке [61].

ГИС как встроенные информационные системы предусмотрены для заклю чения всевозможных задач науки и получения пространственно – локализованных данных об объектах и явлениях природы и общества. Неразрывно с ГИС связаны геоинформационные технологии. Геоинформационные технологии можно опреде лить, как совокупность программно-технологических средств получения новых ви дов информации об окружающем мире. Геоинформационные технологии предна значены для повышения эффективности: процессов управления, хранения и предо ставления информации, обработки и поддержки принятия решений [8]. Среди при ложений с открытым исходным кодом, основные программы QGIS и GvSIG могут быть скачаны бесплатно с сайтов http://www.qgis.org/en/site/ и http://www.gvsig.com/en, соответственно. С другой стороны существует на рынке коммерческое приложение ArcGIS, которое имеет широкое распространение во всем мире. Исходная информация. Для разработки модели в качестве исходной информации применяются: 1) цифровые карты гидрографической демаркации Манаби с соответствующим подразделением на микробассейны (бассейны малых рек) по методике Пфафстеттера, 2) многолетние среднегодовые осадки 34 метеостанции провинции Манаби. Обработка данных. Требуется получить одно уравнение по каждому микробассейну с следующей последовательностью расчёта: 1) на основе осадков создать растр для всей гидрографической демаркации Манаби, 2) на созданный растр расположить произвольные достаточные точки по всем микробассейнам, 3) по интерполяции растра, для всех точек найти соответствующие значения осадка, 4) для каждого бассейна экспортировать в таблицу Excel данные осадков и координаты точек, попадающих внутри его, 5) с помощью приложения Excel получить коэффициенты уравнения для каждого микробассейна. В рисунке 42 растр от среднегодовых осадков, а в таблице 23 значения коэффициентов уравнения для 56 микробассейнов для вычисления среднегодовых осадков в любой географической точки демаркации Манаби.

Возвышение гребня плотины

Необходимо отметить, что для проведения делимитации водосборных бассейнов, выбора мест створов и предварительного расчёта объёмов воды в конце 1990 года были использованы карты с изолиниями отметок интервалом 50 м. Расчёт площадей и периметров бассейнов сделан с помощью электромеханического прибора, называемым «планиметром», что привело к искажению геометрических размеров водосборов из за объединения нескольких карт и сказалось на конечных результатах расчётов.

Исходя из потребностей водных ресурсов для водоснабжения и орошения, на основе гидрологической, топографической и геологической информаций, собранных в 1989 году, были приближённо определены створы (таблица 32) для проектирования плотин, а также их высоты, с соответствующими размерами водохранилищ. Можно сказать, что данные створы и информация для проектирования водохранилищ, с учётом времени (25 лет тому назад) повлияли на точность окончательных расчётов.

В этой главе, на основе актуальных гидрологических данных (1963-2013 гг.), с учётом прогноза роста населения и с использованием современных географических информационных систем (GIS) предложены новые створы плотин и общие габариты необходимых гидротехнических сооружений [15].

Для выбора створа плотины принят, в качестве эталона, створ по проекту ПИМА 1990. С помощью треугольных нерегулярных сетей (TIN), генерируемых с изолиниями отметок в окрестностях названного створа, локализировано оптимальное место для нового створа, в котором контурные линии сходятся в каньоне и водное зеркало водохранилища не повлияет на подтопление населённых пунктов и построенных дорог.

Таким образом, для плотины Аямпе, по географической системе UTM WGS84, 17S(M), выбран створ имеющий координаты (рисунок 61)

В географических информационных системах (GIS), как правило, имеется математический алгоритм для вычисления объёма, хранимого в выемке. Объем смоделирован в виде треугольных нерегулярных сетей (TIN). В нашем случае, водохранилище - это выемка (вогнутость) с минимальной и максимальной отметками. Пользуясь программой QGIS, определяются объёмы и площади на разных отметках, далее по этим данным построены соответствующие кривые объёма и площади створа (рисунок 53).

Кривые объёма - площади зеркала водохранилища Аямпе На основе полученных данных площадей и объёмов в зависимости от отметок, по методу наименьших квадратов, получены уравнения для определения объёма и площади водного зеркала в зависимости от отметок V = 0.0199/12 - 9.6589/1 + 1170.3 А = 0.025/12 - 10.215/1 + 1023.7 где V — объём водохранилища, млн. м3; A — площадь водного зеркала, га; h — отметка над уровнем моря, м.

Объёмы водохранилища Определяется полезный объём

Нормальный уровень водохранилища ( + ) и площадь водного зеркала рассчитываются по полученным уравнениям. Результаты расчёта сведены в таблице 33. Таблица 33 — Параметры водохранилища Аямпе Описание Значения Объём потребностей 35.46 млн.м3 Мёртвый объём 3.55 млн.м3 Нормальный объём 39.01 млн.м3 Отметка дна 238.00 м Нормальный подпорный уровень 287.94 м Площадь водного зеркала 155.13 га Для определения объёма на испарение , согласно методу многоугольников Тиссена (рисунок 54), используя метеорологические данные станций M169 и M171, определены взвешенные значения метеорологических величин (таблица 34)

Часть площади бассейна A, км2 21.04 89.32 Считая, что Эквадор находится на экваторе, относительная продолжительность солнечного сияния n/D принимается равной 0.5, значит продолжительность эффективного солнечного сияния равна 12 ч. Значения Анго получены путём интерполяции данных таблицы 10 для 1.7 ю.ш., для центра тяжести водохранилища (таблица 35 Средняя температура воздуха, t 26.00 C Средняя относительная влажность, h 0.96

Средняя скорость ветра, u2 8.00 м/с Относительнаяпродолжительность солнечного сияния, n/D 0.50 Значение Анго, Ra 880.00 кал/м2/сут. По номограмме Пенмана определяется суточное испарение - Ео=4.33 мм. По методу Висентини, и считая, что водохранилище расположено выше отметки 238.00 м, годовое испарение вычисляется по формуле Е0=Ш, что даёт 2340 мм/год и это соответствует Ео=6.41 мм/сут. Окончательное значение получается как среднее двух применяемых методов, Е0=5.37 мм/сут. и годовой объём на испарение равен Vev= 3.04 млн.м3. Для вычисления экологического объёма определён расход 99.9% обеспеченности. Данные расчёта приведены в таблице 37 Средний расход реки =4.54 м3/с Коэффициент вариации Cv=0.611 Коэффициент асимметрии Cs=\ .600 В таблице 38 и рисунке 55 приведены данные для построения кривой обеспеченности и кривая обеспеченности бассейна Аямпе, соответственно. 99.9% = 0.83м3/с, годовой экологический объём - Vec=13.09 млн.м3.

Возвышение гребня плотины 161 Отметка гребня и высота плотины Коаке

Для предотвращения проблемы дефицита воды демаркации Манаби в данной диссертации запроектированы 5 водохранилищ, 3 на южной зоне развития: Аямпе, Каё и Санкан; и 2, на северной зоне: Хама и Коаке. Итоговый объем всех водохранилищ 704.27 млн. м3. Их общие характеристики приведены в таблице 76.

Плотина Коордитаты створа (UTM WGS84 17S) Отметки Высота(м) Водохранилище w N Код бассейна дна (мнум) НПУ(мнум) гребня (мнум) Объем (млн. м3) Зеркало (га) АямпеСанканКаёХамаКоаке 542139.47 540159.76 534113.59 588319.48 603734.94 9816547.76 9866804.01 9848804.08 9968678.19 9994294.39 15134 15137 15138 1518 15192 238.00 180.0090.00 120.0060.00 296.20 230.41 147.50 141.48 94.37 299.14 235.60 152.40 147.13 99.97 61.14 55.60 62.40 27.13 39.97 55.28 111.4651.52 412.0160.50 155.13 655.19 143.45 2288.39 288.68

В рисунке 83 показана общая схема предложенных в диссертации гидроузлов. Для плотин Аямпе, Санкан и Хама выбраны новые створы в более узких местах, при этом длины гребней плотин уменьшаются на 83.18, 35.16 и 38.43 %, соответственно, по сравнению с вариантами «ПИМА 1990». Данные створы как с экономической так и технической точек зрения являются наиболее оптимальными вариантами для строительства гидросооружения.

Сравнительные данные предложений приведены в таблице 77, и в рисунках 84, 85 и 86. В случае створа плотин Коаке, хотя выбран створ в ПИМА 1990 целесообразен, с длиной гребня плотины 300.00 м, в настоящее время, необходимо отказаться от того створа так как на центральном участке рассматриваемого водохранилища сидит население Атауальпа (Atahualpa), имеющее, согласно прогнозам, 2766 жителей [40] (рисунок 87).

Считая, что годовой объем стока водосборного бассейна плотины Санкан 76.58 млн. м3, является недостающим для удовлетворения потребностей на орошение и водоснабжение, 111.46 млн. м3, в ПИМА 1990, для предотвращения дефицита, рекомендуется проектирование насосной системы с реки Портовьехо, в называемом районе «Эль Гуабито», до бассейна реки Санкан. При этом расход высасывания будет 6.00 м3/с, а общая длина насосной системы 17.45 км.

В настоящих исследованиях рекомендуется отказаться от насосной системы предложенной в PHIMA в 1990 году; и вместо неё предлагается проектирование новой плотины расположенной на расстоянии 5.50 км на юго-востоке города Пу-эрто-Каё. Ёмкость водохранилища будет 65.02 млн. м3 с длиной гребня 496.00 м.

С плотиной Каё будет покрываться не только дефицит бассейна Санкан, но и обеспечиться водоснабжением городу Пуэрто-Каё, который имеет высокий потенциал туристического развития. Преимущество этого варианта (рисунок 88) является тем, что речная вода не будет перекачивается из реки Портовьехо а из водохранилища плотины Аямпе, при этом длина насосной системы будет 12.63 км, то

Регулирование стока проводится с помощью предложенных в работе водохранилищ. Вид регулирования - полное, годичное [6, 23], то есть цикл наполнения и сработки водохранилища происходит в течение года. Расчёт регулирования производится таблично-цифровым балансовым методом. VK = VH + Vnc - V0T , (63) где l — объем воды водохранилища к концу рассматриваемого периода, VH — объем воды водохранилища в начале рассматриваемого периода, Vnc — объем притока воды водохранилища к концу рассматриваемого периода, V0T — объем отдачи воды из водохранилища к концу рассматриваемого периода.

В данном случае объем отдачи включает 5 компонентов: на водоснабжение, на орошение, на фильтрацию, на испарение и на экологию (санитарный). V0T = VB + V0 + Уф + УИ + V3 , (64) При наполнении водохранилища до отметки НПУ, излишний объем сбрасывается через водосбросное сооружение. Расчёт регулирования для всех предложенных гидроузлов проводится по данным среднемесячных расходов за маловодные годы Определение среднегодового стока маловодных лет: 1. рассчитывается среднее (взвешенное) значение годового осадка для каждого года наблюдения; 2. по характеристикам землепользования бассейна определить сток и среднегодовые расходы бассейн; 3. строится эмпирическая кривая обеспеченности и выбирается серия маловодных лет, то есть те годы попадающие в область обеспеченности 80 -95% [22], 4. для выбранных лет определяются среднегодовые осадки для каждой станции и среднемесячные проценты распределения среднегодового осадка, 5. по методике Службы охраны почв (SCS) определяется среднегодовой сток маловодных лет, а далее соответствующий объем стока для водосборного бассейна гидроузла.

Регулирование среднегодового стока маловодных лет 1. интервал анализа = 1 месяц 2. приток= годовой объем стока маловодных лет 3. отдача = объёмы на: водоснабжение, орошение, испарение, фильтрацию, санитарные нужды (экологию), рассчитаны для гидроузла. Особенности регулирования стока, предложенных в работе гидроузлов

При средневодных и многоводных годах все 5 предложенных в перспективе гидроузлов могут работать изолированно и обеспечить объёмы воды для планируемых бытовых и природных нужд. А при маловодных годах изолировано могут работать 3 из них: Аямпе, Хама и Коаке.

Вследствие недостаточности среднегодового объёма воды стока бассейна Санкан в маловодные годы, для предотвращения дефицита, при регулирование стока, требуется из водохранилища Каё перекачивать соответствующий недостающий объём.