7. Методы расчета сезонного регулирования стока на переменную

водоотдачу по диспетчерским правилам

Специальные правила управления работой водохранилищ прак-

тически оформляются в виде диспетчерских графиков (рис. 16). Дис-

петчерский график строится в координатах: ось ординат – наполнение

или уровни водохранилища, ось абсцисс – время года. В целом, он

представляет собой линии, разграничивающие зоны, в пределах каждой

из которых указана отдача потребителю (расход воды или мощность),

исходя из бесперебойной работы водохранилища. Как правило, поле

диспетчерского графика разделяется характерными линиями на четыре

основные зоны работы водохранилища: 1) гарантированной отдачи;

2) повышенной отдачи или незакрепленного режима; 3) полной произ-

водительности установки; 4) урезанной отдачи или ограничений. К ха-

рактерным линиям диспетчерского графика относятся следующие.

1. Противоперебойная линия. Представляет собой верхнюю границу зо-

ны гарантированной отдачи и отделяет зону гарантированной отдачи от

зоны повышенной отдачи. Состоит из двух ветвей: а) ветви опорожне-

71

ния (сработки), ограничивающей упомянутую зону в период межени; б)

ветви весеннего наполнения, предназначенной для обеспечения необ-

ходимого к концу половодья запаса воды в водохранилище для поддер-

жания отдач в межень.

2. Противосбросовая линия. Представляет собой нижнюю границу зоны

с отдачей, повышенной в пределах максимального водопотребления ус-

тановки. Состоит из двух ветвей: а) ветви предполоводного опорожне-

ния и б) ветви наполнения. Первая из них предназначена для обеспече-

ния сработки, а вторая – для предотвращения чрезмерно быстрого за-

полнения водохранилища.

3. Линия урезанной или пониженной отдачи. Представляет собой ниж-

нюю границу гарантированной отдачи.

Противоперебойная и противосбросовая линии охватывают свои-

ми ветвями весь полезный объем водохранилища и проводятся от УМО

до НПУ. Все характерные линии строятся навстречу ходу времени, то

есть ходом назад, причем ветви наполнения противоперебойной и про-

тивосбросовой линий строятся от НПУ до УМО, а ветви сработки тех

же линий – от УМО до НПУ. При расчете и построении диспетчерских

графиков необходимы следующие исходные данные:

1) основные характеристики плана водохозяйственного ис-

пользования (гарантированная отдача и распределение ее на протяже-

нии года, расход полной производительности установки и другие мате-

риалы);

2) размеры полезного объема водохранилища;

3) гидрологическая характеристика водотока в створе гидро-

узла за весь период наблюдений;

4) характеристика ожидаемых прогнозов стока.

При разработке диспетчерских графиков год делится на две фазы:

половодье и межень. Статистические характеристики для сезонных

объемов стока (весна, межень) и расчетные величины этих объемов оп-

ределяются по фактическим рядам стока в жестких календарных датах.

Жесткие даты деления года на сезоны постоянны для всех лет и назна-

чаются с таким расчетом, чтобы фактическое половодье вмещалось в

весенний сезон, практически, при всех сроках начала половодья (ран-

них и поздних). Назначением жестких дат весеннего сезона определя-

ются одновременно постоянные границы межени. На практике границы

фаз годового стока чаще всего совмещают с началом месяцев и выби-

рают по данным средних многолетних месячных расходов воды.

Варианты моделей распределения стока для весны и межени вы-

бираютсятакже из фактических рядов наблюдений за стоком, но не в

72

жест ких границах, а по фактической продолжительности каждого ото-

бранного сезона и с приводкой объемов стока этих фактических объе-

мов к расчетному объему стока в жестких датах. Элементы диспетчер-

ских графиков получаются построением огибающих соответствующих

линий сработки и пополнения водохранилища, относящихся к ряду ре-

альных лет (моделей), сток которых предварительно приведен к расчет-

ным величинам.

Рис.16. Вид диспетчерского графика при сезонном регулировании стока:

1 − зона гарантированной отдачи; 2 − зона повышенной отдачи; 3 − зона полной

производительности установки; 4 − зона ограничений

Расчет и построение элементов диспетчерских графиков начина-

ется с ветви сработки противоперебойной линии, поскольку при таком

порядке расчета, помимо основной задачи (построения противопере-

бойной линии) уточняются размеры сезонной емкости, предварительно

установленные по формулам. Построенные указанным путем отдельные

элементы сводятся в единый диспетчерский график, на основе которого

осуществляются расчеты регулирования и эксплуатации водохранили-

ща. При этом отдача из водохранилища назначается в зависимости от

времени года и от запаса воды в водохранилище на данную дату попус-

ка. В процессе регулирования речного стока по длительному наблю-

денному или смоделированному ряду возможны некоторые уточнения

зон диспетчерского графика с учетом реального распределения стока

как внутри года, так и по годам.

8.

9. Метод вероятных вариантов

Предложенный А.Д. Саваренским в 1940 г. метод вероят­ных вариантов (или, как его еще называют, метод кривых обес­печенности наполнений водохранилища) занимает видное место среди современных обобщенных методов расчета регулирова­ния стока. Он позволяет определить не только обеспеченность гарантированной отдачи водохранилища, но и другие результа­ты регулирования стока: обеспеченности и объемы наполнения водохранилища, сбросов, перебоев и т.д. Этот метод дает воз­можность также выявить условия работы водохранилища и пра­вильно наметить этапы его строительства и эксплуатации в пе­риод первоначального наполнения водохранилища, то есть в первый, второй и дальнейшие годы работы.

Сущность метода заключается в следующем. Учитывая, что объем наполнения водохранилища в конце какого-то интер­вала времени равен сумме объемов наполнения в его начале и притока за вычетом отдачи за этот интервал, анализируют на­полнения водохранилища в конце каждого интервала. При этом если приток задан в виде кривой обеспеченности, то и парамет­ры водохранилища задаются и получаются также в виде соот­ветствующих кривых обеспеченности.

По заданным параметрам ^ и Сs строят кривую обеспе­ченности годового стока 1 (рис. 4.3.5). Ординаты кривой обеспе­ченности Кр =  Сs,  р)   находят, пользуясь таблицами

С.Н. Крицкого и М.Ф. Менкеля [5].

На этом же графике проводят горизонтальные линии, со­ответствующие ординатам а (линия а' - а') и а + Рмн (линия а - а). Точка пересечения линии отдачи (линия а' - а') с кривой обеспеченности годового стока Кр = Др) соответствует обеспе­ченности плановой отдачи без регулирования стока.

Ординаты безусловной кривой обеспеченности результа­тов регулирования (кривая 4, рис. 4.3.5) рассчитываются по­этапно по формулам полной вероятности. Эта кривая позволяет определить все основные параметры регулирования стока (фак­тическую отдачу, наполнение водохранилища, сбросы) в зави­симости от обеспеченности.

Если перестроить безусловную кривую обеспеченности результатов регулирования стока, опустив ее верхнюю часть (Ьс) на величину Рмн до линии, соответствующей отдаче а (линия а' - а'), то получим обобщенную кривую обеспеченности зарегулированного стока (кривая 5, рис. 4.3.5), которая, отражая результаты регулирования, характеризует сток ниже створа плотины водохранилища.

Расчеты многолетнего регулирования по интегральной кривой

стока

Для решения основных задач многолетнего регулирования стока

на интегральной кривой за длительный ряд (рис.18) отыскивается наи-

более маловодный период. Расчеты осуществляются в отношении всего

полезного объема водохранилища. Первая задача (по заданному расхо-

ду определить полезный объем водохранилища) решается проведением

касательной к интегральной кривой в конце маловодья «ходом назад» с

наклоном заданного расхода Qp.

Наибольшее расстояние между проведенной касательной и инте-

гральной кривой в пределах маловодья и определит потребный для

осуществления многолетнего регулирования полезный объем водохра-

нилища V по заданному расходу Qp. В случае задания меньшего расхода

Qp′, полезный объем водохранилища составит V.'

Определяя таким образом V, проводят расчеты регулирования по

остальным годам имеющегося ряда, для чего строят контрольную инте-

гральную кривую, соответствующую наполненному водохранилищу.

Интегральная кривая естественного стока соответствует пустому водо-

хранилищу.

Рис. 17. Номограмма Я.Ф. Плешкова к определению многолетней

составляющей полезного объема водохранилища для Cs=2Cv; r1=0; p = 95 %

Решение второй задачи (по заданному полезному объему опреде-

лить расход) также начинается с рассмотрения отобранного маловодья.

На расстоянии, равном заданному объему V вниз от основной кривой

строится контрольная интегральная кривая. В полосе между ними про-

76

водится прямая, которая является касательной к основной кривой в точ-

ке, соответствующей концу маловодья.

Рис. 18. Расчеты многолетнего регулирования:

а – интегральные кривые: естественного стока (1), зарегулированного стока (2)

и контрольная (3); б – график наполнений водохранилища;

в – графики естественных (1) и зарегулированных (2) расходов

77

Наклоном этой касательной и определяется зарегулированный

расход. Остальные построения аналогичны вышеуказанному. По инте-

гральной кривой стока можно построить зависимость Qзар= f(Vполез), или

зар= f(Vполез), где Vполез − полезный объем водохранилища. Она рассчи-

тывается путем определения необходимых Vполез для нескольких значе-

ний Qзар (Qмин Qзар Qмакс). Вид такой зависимости асимптотически

приближается к норме годового стока. Анализ интегральной кривой по-

казывает, что в зоне многолетнего регулирования значительные прира-

щения полезного объема водохранилища слабо влияют на величину за-

регулированного расхода. Это объясняется тем, что с ростом полезного

объема увеличивается период его сработки Т. Поскольку приращение

расхода Qзар обратно пропорционально величине Т, то относительный

эффект от приращения полезного объема понижается и в пределе стре-

мится к нулю, когда Т стремится к бесконечности

Qзар = V/Т = 0. (78)

Однако это не означает, что высокая степень регулирования стока

менее выгодна, чем низкая. Экономические показатели зависят от стои-

мости повышения подпора, которая изменяется в зависимости от топо-

графии и геологии чаши водохранилища и других местных условий.

Недостатками графической формы расчета регулирования стока являет-

ся невысокая точность и определенная трудоемкость. Однако при рас-

смотрении в проекте ряда вариантов параметров водохранилищ эта

форма расчетов удобна и вполне применима.