Расчеты многолетнего регулирования стока

 

Многолетнее регулирование стока можно осуществить лишь при условии, что имеется достаточно большая чаша, где может поместиться объем стока одного-двух-трех многоводных лет. Запасенную воду затем расходуют в маловодные годы, добавляя ее к тем расходам, которые приходят по реке. Таким путем стараются добиться того, чтобы не было холостых сбросов (например, сбросы воды мимо турбин гидроэлектростанции).

В связи с тем, что водохранилище многолетнего регулирования должно компенсировать на только внутригодовые (сезонные) несоответствия притока и потребления, но и многолетние колебания водности рек, полезный объем его при одном и том же потреблении получается большим, чем при сезонном регулировании.

Чем меньше коэффициент изменчивости годового стока С_Vгод, тем выше естественная зарегулированность стока (болотами, ледниками, озерами). Если представить себе реку, у которой С_vгод=0, то речь может идти только о сезонном регулировании стока; многолетняя составляющая полезной емкости водохранилища была бы равна нулю. Если представить себе две реки, у которых ряды годового стока характеризуется одинаковыми параметрами Q₀, С_V и С_S , то полезный объем водохранилища многолетнего регулирования стока получились бы большим на той реке, где периоды маловодных лет длительнее. Полезный объем многолетнего регулирования был бы небольшим, если бы повторялись по очереди многоводный и маловодный годы. В многоводный год мы запасали бы воду, а в маловодный год - срабатывали. К сожалению, в огромном большинстве стоковых рядов маловодные годы появляются группами по четыре - семь-восемь лет и более, затем следует один-два - пять многоводных лет и снова группа маловодных. Приходится запасать воду на всю группу маловодных лет.

Расчеты полезной емкости водохранилища многолетнего регулирования стока несколько отличается по технике вычислений от расчетов сезонного регулирования стока, хотя и в этом случае полезная емкость определяется на основе сравнения притока и потребления и установления размеров наиболее глубокого и длительного периода недостатков стока. В целях удобства расчетов объемные характеристики водохранилища, а также величины притока и потребления выражаются в долях среднего многолетнего годового притока. Для р.Ашлык у с.Ашлык это W_Г=129 млн.м³, а Q₀=4, 08м³/с. Условимся обозначать в дальнейшем:

Q₀=SQ_мес /n_мес = 4, 08 м³/с - норма стока реки в створе плотины;

W_год= 31, 54Q₀ = 129 млн. м³/год - объем притока в средний год;

W_мес= Q_год/12 =129/12 =10, 75 млн. м³/год - средний месячный объем притока;

q, м³/с или млн. м³/год - постоянное во все годы потребление;

К_i = Q_i / Q₀ - приток воды в водохранилище за конкретный год (i) в долях от среднего многолетнего. Если К=2, 0, значит, год был многоводный, водность его была вдвое больше, чем в средний год. Если К=0, 3, значит, год маловодный, причем объем стока составил лишь одну треть от среднего;

a = q / Q_год, млн.м³/ млн.м³ - потребление в долях от притока (коэффициент зарегулирования). Если a=0, 5, значит, только половина всей воды, приходящей по реке за много лет, используется, а остальная вода сбрасывается вхолостую в нижний бьеф. Чем выше a, тем лучше, полнее используется вода; Наибольшие значения a = 0.9...0.95.

b=V_i/Q_го, млн.м³/млн.м³ - объем воды в водохранилище в долях от среднего годового объема притока.

Методическое замечание. Здесь и ниже величины Qгод и Qмес представляют собой объемы стока за год и месяц (млн.м3), а не расходные характеристики. Их следовало бы обозначить, как мы это делали раньше, буквами V или W, но этими буквами мы обозначаем объемы воды в водохранилище и ординаты суммарных кривых.

При проектировании водохранилища сезонного регулирования стока составляют твердый график потребления воды на разные периоды (турбины ГЭС, орошение, водоснабжение, ГРЭС). При этом учитывают количество потребителей и нормы водопотребления. Например, центральная усадьба зерносовхоза в Северном Казахстане или на юге Западной Сибири потребляет от 30 до 80 тыс.м³ воды в год, а оросительная система в этих районах на каждый гектар – около 3000 м³ воды за лето.

Проектирование водохранилища многолетнего регулирования стока производится обычно на крупных реках в целях использования воды на ГЭС или на больших проектируемых орошаемых массивах. В этих случаях график потребления не задается, а решается задача максимально полезного использования воды или определяется оптимальное по экономическим соображениям значение коэффициента зарегулирования

a _рас= q_рас / Q_год

Полезный объем водохранилища V_П.О. включает две составляющие: V^сез_П.О - сезонную часть и V^мн_П.О - многолетнюю часть. Если их выразить не в миллионах кубометров, а в долях объема среднего годового притока, получим

b^сез_П.О= V^сез_П.О / Q_год и b^мн_П.О= V^мн_П.О / Q_год.

Эти величины в расчете получаются тем больше, чем выше коэффициент зарегулирования a или, иначе говоря, потребление q.

Общие положения и порядок расчетов

1. Задаются несколькими значениями a (от a_min = Q_min /Q₀ до 1, 0) и определяют b^мн_П.О + b^сез_П.О.

2. Для каждого варианта рассчитывают потери V_пот и полезные отдачи q_нет = a× Q_год - V_пот.

Все эти расчеты ведутся по годовым интервалам.

3. Выбирается оптимальный вариант регулирования, т.е. окончательное, единственное, расчетное значение a_расч, определяющее b_{П.Орасч} и q_{нет. расч} .

4. Производится расчет обеспеченностей основных водохозяйственных показателей a_расч и b_расч и решается вопрос о приемлемости принятия этих значений потребления и полезного объема.

5. Определяется отметка НПУ.

6. В результате расчета пропуска паводка через сбросные сооружения определяются отметка ФПУ и величина V_рег .

7. Определяется отметка гребня плотины. Методы определения зависимости b^мн_П.О+b^сез_П.О. = f(a) сводятся в две группы:

1 Методы основанные на использовании непосредственных данных о стоке за достаточно продолжительный период времени (несколько десятилетий). Строятся сокращенные суммарные кривые (ССК) притока и потребления за многолетний период по годовым расчетным интервалам. По этому графику определяется многолетняя составляющая полезного объема b^мн_П.О, а затем к ней прибавляется вычисленная по формуле значение сезонной составляющей b^сез_П.О.

2 Методы основанные на использовании статистических характеристик рядов годового стока для моделирования длинных (до 1000, 2000 лет) рядов стока. Надежность результатов расчета этим методом, как показывает многолетний опыт проектирования, выше, чем при использовании данных наблюдений за несколько десятилетий.