Введение к работе
Актуальность работы.В современных условиях, когда ставится вопрос о резком сокращении вредных выбросов в атмосферу, значительное внимание в мире привлечено к строительству гидроэнергетических установок, в частности гидроэлектростанций (ГЭС).
ГЭС характеризуются рядом эколого-экономических и технических преимуществ по сравнению с другими источниками энергии: постоянной возобновляемостьго энергоресурсов, более низкой себестоимостью вырабатываемой энергии; высокой маневренностью, отсутствием выбросов и сбросов вредных веществ в окружающую среду. Использование водной энергии на ГЭС невозможно без создания напорных сооружений и водохранилищ.
Создание водохранилищ, регулирование ими речного стока способствует более полному его использованию в интересах различных отраслей хозяйства. В то же время создание и эксплуатация водохранилищ в составе энерговодохозяйственных систем (ЭВХС) вызывает ряд негативных и, как праило, неизбежных нарушений в природе и хозяйстве.Наиболее ощутимыми и заметными из них являются затопления и подтопления земель, переформирование берегов, изменение микроклимата и др.
Сложнее стало решать вопросы ликвидации или смяліения неблагоприятного воздействия регулирования стока водохранилищами на природу и хозяйство нижних бьефов ГЭС. Эти трудности вызваны прежде всего отсутствием методологии и жестко нормированных требований окружающей среды к режим}' водных объектов, критериев допустимости того или иного воздействия на природные комплексы, а также методов научно-обоснованной экономической оценки ущерба от недодачи воды отдельным участникам энерговодохозяйственных
комплексов. Осуществляемые в настоящее время специализированные, природоохранные, в том числе и санитарные, попуски из водохранилищ требуют существенной доработки.
Из-за сброса осветленных вод, значительных суточных колебаний уровней и стихийных изъятий грунта из русла рек на протяжении нижних бьефов ГЭС наблюдаются размывы русла и, как следствие, - "посадка" уровней воды. Это приводит к ухудшению работы городских водозаборов и водного транспорта. Для их бесперебойной работы требуется увеличение, против установленных в проекте, расходов воды, подаваемых в нижние бьефы. Это, в свою очередь, вызываает перераспределение водных ресурсов между водопользователями и снижение запланированного в проекте эффекта энерговодохозяйственного комплекса.
Разработанные к настоящему времени методические подходы и инженерные приемы расчетов основных параметров водохранилищ и ГЭС не в полной мере учитывают возможные и наблюдаемые изменения на протяжении бьефов гидроузлов.
Большая часть приемов водохозяйственных расчетов ориентирована на первоочередные (одиночные) гидроузлы. Значительно меньше исследованы вопросы каскадного регулирования стока и управления их водными ресурсами.
Этим определяется актуальность научных исследований по гидролого-экологическому и водохозяйственному обоснованию проектов как отдельных гидроузлов, так и их каскадов, для совершенствования правил использования водных ресурсов водохранилищ ГЭС, работающих в составе ЭВХС.
Цель и задачи работы. Целью исследований являлась разработка методов и инженерных приемов управления речным стоком в интересах народного хозяйства.
Тематика исследований для достижения этой цели включает следующие аспекты теории управления речным стоком, которые и выносятся на защиту:
обобщение разработанных исследователями методов водохозяйственных расчетов и практических приемов управления водными ресурсами водохранилищ гидроэлектростанций, их достоинство и недостатки в плане современных требований по охране окружающей среды;
влияние экологических (минимальных) попусков в нижние бьефы гидроузлов на одну из важнейших отраслей народного хозяйства -гидроэнергетику. Рекомендации по их установлению в проектах ГЭС на современном уровне;
оценка изменении водного режима пойм в нижних бьефах комплексных гидроузлов с целью выявления причин снижения их продуктивности;
методы и инженерные приемы оценки увеличения суммарной гарантированной водо- и энергоотдачи каскадов гидроузлов, водохозяйственных и энергетических объединений;
методика расчета и построения диспетчерских графиков управления работой водохранилищ-компенсаторов при организации и проведении компенсирующего регулирования отдачи в условиях развития каскадов гидроузлов как связанных гидравлически, так и не связанных гидравлически;
методика определения величин попусков из водохранилищ по схеме компенсирующего регулирования рассредоточенной и незарегулированной боковой приточности между расчетными створами;
совершенствование правил использования водных ресурсов водохранилищ гидроэлектростанций комплексного назначения.
Научная новизна исследований и подученных результатов. Результаты научных исследований, представляемые к защите. являются теоретическим обобщением многолетней работы автора в области гидролого-водохозяйственного и водноэнергетического обоснования проектов строительства и эксплуатации ЭВХС. Комплекс разработанных атором методов и расчетных приемов создает методические основы управления стоком рек при его комплексном использовании. В рамках представленной работы автором были сформулированы и решены следующие научные задачи:
впервые дана оценка воздействия нормированных и вариантно рекомендуемых исследователями экологических попусков на энергоотдачу комплексных гидроузлов (на примере строящегося Ирганайского и действующего Вишойского гидроузлов);
произведена оценка изменения водного режима в нижних бьефах Новосибирской, Красноярской и Вилюйской ГЭС с целью выявления причин снижения производительности пойм:
предтгокен !> доведен до инженерных приемов обобщенный метод определения энергетического эффекта от объединения ГЭС з единую энергосистему, позволяющий раздельно оценить эффект от асинхронностп стока и эффект от организации и проведения компенсирующего регулирования стока. Это особенно важно для решения вопроса о целесообразности организации сложной системы управления межбассейновым компенсирующим электрическим регулированием;
предложен инженерный прием расчета и построения диспетчерских графиков управления работой водохранилищ ГЭС-компенсаторов, позволяющих реализовать полученный эффект в условиях энергоооьединения;
обоснована очередность сработки водохранилищ ГЭС-компенсатороь, исходя из наименьшей интенсивности снижения уровней (dz/'di) и.
следовательно, получения наименьших потерь мощности ГЭС из-за уменьшения напора;
разработаны и внедрены Основные положения правил использования водных ресурсов водохранилищ Новосибирской, Красноярской, Вишойской гидроэлектростанций, а также ГЭС Выгского каскада;
в составе Правил управления работой Вилюйского водохранилища разработана простая и удобная в эксплуатации методика определения величин судоходных попусков по схеме компенсирующего регулирования гидрографа незарегулированной и рассредоточенной боковой прнточности;
при разработке Правил управления работой водохранилищ ГЭС Выгского каскада предложена схема оценки эффекта каскадного компенсирующего регулирования стока и даны рекомендации по реализации этого эффекта.
Практическое значение работы подтверждено внедрением научных исследований и методических разработок автора в Основные правила использования водных ресурсов Новосибирского, Красноярского, Вилюйского гидроузлов и Выгского каскада ГЭС; гидролого-водохозяйственное обоснование Схем гидроэнергетического использования водных ресурсов бассейнов рек Оби. Енисея и Ангары. Основные теоретические и методические разработки автора включены в лекционные курсы "Водное хозяйство и водохозяйственные расчеты "'."Управление гидрологическими процессами", которые автор много лет читает в Российском государственном гидрометеорологическом институте и на факультете географии и геоэкологии СПб Университета.
Апробация работы. Результаты работы докладывались: на Республиканской научно-технической конференции "Человек и окружающая среда" (Ленинград, 1975), научно-техническом совещании "Проблемы Новосибирского водохозяйственного комплекса и пути
повышения его народно-хозяйственной эффективности" (Новосибирск, 1975), Всесоюзном научно-техническом совещании "Влияние водохранилищ ГЭС на хозяйственные объекты и природную среду" (Ленинград, 1979), научно-практической конференции "Новосибирский водохозяйственный комплекс - важнейший народно-хозяйственный объект Западной Сибири" (Новосибирск, 1982), научно-практической конференции "Научные и практические основы управления техническим состоянием Ангарских водохранилищ" (Братск, 1984), высших международных гидрологических курсах ЮНЕСКО (Москва, 1986), Всесоюзном совещании "Совершенствование системы управления и контроля использованием и охраной вод в СССР на базе объединенных региональных ВХС" (Свердловск, 1987), Всероссийском научно-техническом совещании "Экосистемный подход к управлению качеством поверхностных и подземных вод мероприятиями на водосборах" (Свердловск, 1991), Всероссийской научно-практической конференции "Управление водным хозяйством России" (Екатеринбург, 1992), Международном симпозиуме "Методы охраны атмосферы и водной среды, регулирование и долгосрочное планирование природоохранных мероприятий" (Санкт-Петербург, 1994), на заседаниях технического Совета Ленгидропроекта и на Ученых советах Российского государственного гидрометеорологического института.
По результатам исследований опубликовано 57 печатных работ, включая учебник, практикум, методическое указание и учебное пособие по водному хозяйству, водохозяйственным и вопноэнгргетпческь;*. расчетам.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 126 страниц текста, в том числе 14 рисунков, 15 таблиц и 95 наименований литературы.