Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор современного состояния вопроса управления режимами раьоты водохранилищ для обеспечения народнохозяйственных целей 10
1.1 Анализ режимов управления работой водохранилищ и причины необходимости их усовершенствования 10
1.2 Оценка существующих методов управления режимами работы водохранилищ 18
1.3 Анализ публикаций и актуальность применения методов управления водохранилищами для водохозяйственных целей .24
1.4 Целевая функция управления режимами работы водохранилищ 29
1.5 Выводы по главе и задачи исследований 31
ГЛАВА 2. Особенности способов управления гидротехническими сооружениями гидроузлов и их совершенствование. состав водопотребителей участка исследований 34
2.1 Характеристики и функциональные задачи водохранилищ. Компановка гидротехнических сооружений гидроузлов 34
2.2 Особенности способов управления гидротехническими сооружениями гидроузлов и их совершенствование 42
2.3 Состав водопотребителей участка исследований 48
2.4 Природные условия водохозяйственного участка исследований 50
2.5 Выводы по главе 64
ГЛАВА 3. Совершенствование методов управления режимами раьоты горных водохранилищ различного функционального назначения с целью выполнения хозяйственных задач в лесостепной ландшафтной зоне 65
3.1 Выбор критериев режимов работы водорегулирующего комплекса 65
3.2 Исследование фактических режимов работы Юмагузинского и Нугушского водохранилищ 68
3.3 Совершенствование методов управления режимами работы Юмагузинского и Нугушского водохранилищ в составе водорегулирующего комплекса (ВРК) среднего течения реки Белой 84
3.4 Выводы по главе 97
ГЛАВА 4. Моделирование и экспериментальные исследования усовершенствованных методов управления режимами работы водохранилищ 99
4.1 Особенности использования моделей управления стоком среденго течения реки Белой Юмагузинским и Нугушским водохранилищами в период незавершенного водохозяйственного комплекса 99
4.2 Экспериментальные исследования усовершенствованных методов управления работой водохранилищ 103
4.3 Выводы по главе НО
ГЛАВА 5. Оценка эффективности реализации усовершенствованнбіх методик управления режимами работы водорегулирующего комплекса из двух водохранилищ на примере среднего течения р. Белой 111
5.1 Анализ показателей влияния половодья 2007 г. на народнохозяйственные объекты 114
5.2 Расчет снижения ущерба народному хозяйству при применении усовершенствованной методики режимами работы водохранилищ на примере половодья 2007 г 117
5.3 Расчет снижения ущерба народному хозяйству при применении усовершенствованной методики режимами работы водохранилищ для периода межени на примере 2011/12 водохозяйственного года. Условный экономический эффект для водохозяйственного года 121
5.4 Результаты и перспектива практического применения усовершенствованных методов управления режимами работы водохранилищ 123
5.5 Выводы по главе 126
Заключение 127
Список литературы
- Анализ публикаций и актуальность применения методов управления водохранилищами для водохозяйственных целей
- Особенности способов управления гидротехническими сооружениями гидроузлов и их совершенствование
- Исследование фактических режимов работы Юмагузинского и Нугушского водохранилищ
- Экспериментальные исследования усовершенствованных методов управления работой водохранилищ
Введение к работе
Актуальность темы. Рациональное использование водных ресурсов сегодня неразрывно связано с эксплуатацией водохранилищ. Методы управления режимами работы водохранилищ разрабатываются в составе правил использования водных ресурсов, зависят от назначения объекта, определяются видом регулирования стока (суточное, недельное, сезонное, многолетнее), а так же требованиями, предъявляемыми к нему хозяйствующими водопользователями, совместно использующих водные ресурсы. По истечении времени, условия эксплуатации водохранилищ меняются. Стареют конструкции, меняется сток, увеличиваются нагрузки водопотребителей на водотоки, развивается дисбаланс водопотребления водохозяйственных систем и водно-ресурсных потенциалов. В этом случае проводятся дополнительные гидротехнические мероприятия, которые способны компенсировать потери эксплуатационной надежности устаревших гидротехнических сооружений при изменившихся условиях эксплуатации. Наиболее распространенные из них – ввод новых водохранилищ компенсирующего назначения, ремонт и повышение эксплуатационной надежности гидротехнических сооружений, находящихся в эксплуатации довольно долгий период. Такие дополнения в состав устоявшихся водохозяйственных систем влекут за собой изменение правил эксплуатации сооружений и методов управления режимами работы водохранилищ, разработанных проектом для первоначальных условий эксплуатации. Однако, анализ публикаций показывает, что практически во всех отраслях водного хозяйства при измененных условиях эксплуатации управление режимами работы водохранилищ ведется по правилам, разработанным для первоначальных эксплуатационных условий. При этом снижается эффективность их работы. Эксплуатационную отдачу водохранилищ для работы в условиях, не предусмотренных проектом, можно повысить корректировкой режимов их работы. Поэтому, совершенствование методов управления режимами работы водохранилищ является задачей весьма
актуальной и своевременной.
Цель исследования настоящей работы заключается в совершенствовании методов управления режимами работы двух водохранилищ в составе единого водорегулирующего комплекса, трансформирующего сток горной части водосборной площади реки, для решения водохозяйственных задач в равнинной ее части.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать существующие методы управления режимами
работы водохранилищ, обеспечивающих выполнение хозяйственных целей,
определить целевую функцию управления режимами работы водохранилищ.
2. Установить возможности гидротехнических сооружений двух
горных водохранилищ, трансформирующих сток верхнего течения рек, в
решении водохозяйственных задач в лесостепной ландшафтной зоне и
провести анализ проектных методов управления режимами работы
водохранилищ и их работы в составе единого водорегулирующего комплекса
для определения возможности выполнения условий критериев
эффективности управления.
-
Разработать усовершенствованные методы управления режимами работы водохранилищ в составе единого водорегулирующего комплекса для периода половодья и межени, обеспечивающих выполнение условий критериев эффективности управления водорегулирующим комплексом.
-
Провести экспериментальные апробации разработанных методов управления работой двух водохранилищ в составе единого водорегулирующего комплекса с целью подтверждения их достоверности.
Объект и предмет исследования. Объект исследований – водорегулирующий комплекс из двух водохранилищ. Предмет исследований – методы управления режимами работы двух водохранилищ в условиях незавершенных водохозяйственных мероприятий.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. В качестве теоретической базы исследований применялись
работы ученых и специалистов в области управления режимами работы водохранилищ, нормативно-техническая документация по гидротехническим сооружениям. Методологическим материалом послужили руководящие документы по эксплуатации гидротехнических сооружений, законодательные акты, расчетные и практические методы управления режимами работы водохранилищ, правила эксплуатации гидротехнических сооружений, гидромеханического оборудования гидроузлов, правила использования водных ресурсов водохранилищ. Эмпирической базой исследования послужили водомерные посты на участках верхнего и среднего течения реки Белая, имитационные и компьютерные модели управления режимами работы двух водохранилищ.
Научная новизна заключается в следующем:
1. Впервые разработана методика управления режимами работы двух
водохранилищ в составе единого водорегулирующего комплекса,
трансформирующего сток горной части водосборной площади реки для
решения водохозяйственных задач в равнинной ее части.
2. Усовершенствованы методы оценки возможностей управления
единым водорегулирующим комплексом на основе оперативных данных
динамики развития фазы водотока на входном створе компенсирующего
водохранилища.
3. Усовершенствованы методы управления режимами работы
водохранилищ с использованием данных исследований их фактических
режимов работы и позволяющие предварительно оценить выполнение
условий критериев эффективности управления водорегулирующим
комплексом в контрольном створе на краткосрочную (период половодья) и
долгосрочную (период межени) перспективы.
Практическая ценность и теоретическая значимость исследований.
Практическая ценность работы обусловлена тем, что обоснована возможность применения результатов исследований для управления режимами работы водохранилищ в период половодья и межени. Результаты исследований
позволяют планировать режимы работы водохранилищ к выполнению условий критериев водорегулирующего комплекса. Усовершенствованные методы управления режимами работы водохранилищ обеспечат оптимальные режимы работы двух водохранилищ, которые позволят добиться выполнения условий критериев для незавершенного водохозяйственного комплекса в контрольном створе.
Теоретическая значимость исследований состоит в совершенствовании научных представлений о методах управления режимами работы водохранилищ для достижения водохозяйственных целей, в развитии методов экспериментальных исследований на основании данных фактических режимов работы двух водохранилищ в составе единого водорегулирующего комплекса, в применении эмпирических коэффициентов формирования стока в методике определения режимов работы водохранилищ.
Личный вклад соискателя заключается в непосредственном его личном участии в проведении анализа научных работ и публикаций, обработке и оценке всех экспериментальных исследований, установления зависимости между динамикой стока верхнего течения р. Белой и выбором оптимальных режимов управления Юмагузинским гидроузлом, определения взаимосвязи между режимами работы Юмагузинского и Нугушского водохранилищ и условий хозяйственных критериев в контрольном створе водомерного поста Стерлитамак, в апробации и внедрении результатов диссертации.
На защиту выносятся:
1. Результаты натурных исследований фактической работы
водохранилищ в составе единого водорегулирующего комплекса,
трансформирующего сток горной части водосборной площади реки для
решения водохозяйственных задач в равнинной ее части.
2. Методика управления единым водорегулирующим комплексом на
основе оперативных данных динамики развития фазы водотока на входном
створе компенсирующего водохранилища.
3. Усовершенствованные методы управления режимами работы
водохранилищ, использующие данные исследований их фактических
режимов работы и позволяющие предварительно оценить выполнение
критериев эффективности управления водорегулирующим комплексом в
контрольном створе на краткосрочную (период половодья) и долгосрочную
(период межени) перспективы.
4. Новая трехступенчатая имитационная модель управления режимами
работы двух водохранилищ в составе водорегулирующего комплекса,
позволяющая производить обработку гидрологической информации в on-line
режиме с использованием ГИС – технологий и выбирать режимы работы
водохранилищ, обеспечивающие выполнение установленных критериев и
повышающие эффективности управления водорегулирующим комплексом с
учетом динамики боковой приточности.
Достоверность полученных результатов подтверждается совпадением результатов управления режимами работы Юмагузинского и Нугушского водохранилищ по усовершенствованной методике с данными управления фактическими режимами работы; совместимостью расчетных данных, полученных по разработанной методике с данными экспериментальных исследований, использованием в работе апробированных и научно-обоснованных приемов экспериментальных исследований. Полученные в результате исследований данные согласуются с опубликованными экспериментальными данными по теме диссертации.
Апробация результатов диссертации. Результаты исследований докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование» (Оренбург, 2008 г.), Межрегиональных научно-практических конференциях «Чистая вода Башкортостана» (Уфа, 2008 г.), «Вода для жизни» (Уфа, 2009 г.), «Современные проблемы географии, экологии и природопользования» (Волгоград, 2012 г.), на XII международном научно-7
практическом симпозиуме «Чистая вода России» (Екатеринбург, 2013 г).
Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены в производственный процесс ГКУ РБ Юмагузинское водохранилище и используются: при управлении режимами работы Юмагузинского водохранилища в период половодий и меженей, при планировании сценариев управления Юмагузинским и Нугушским водохранилищами с целью обеспечения выполнения условий критериев работы водорегулирующего комплекса в среднем течении р. Белой в контрольном створе г. Стерлитамак (Камское БВУ), при оценке водохозяйственной обстановки и выбора режимов работы основного водопотребителя среднего течения р. Белой (ОАО «Башкирская содовая компания», г. Стерлитамак), для принятия мер по минимизации негативного влияния паводков на населенные пункты и сельскохозяйственные угодья структурами ГО и ЧС Кугарчинского и Мелеузовского районов Республики Башкортостан, при расчетах установления квот заборов водных ресурсов и сброса сточных вод в р. Белая (Министерство природопользования и экологии Республики Башкортостан).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе: одна монография, три статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы из 177 наименований, в том числе 8 на иностранном языке и 11 приложений. Работа содержит 145 страниц основного текста, 23 - рисунка, 22 таблицы. Общий объем работы 178 страниц.
Анализ публикаций и актуальность применения методов управления водохранилищами для водохозяйственных целей
В связи с выходом развития мировой экономики на новый этан развития, сегодня, как никогда остро, ставится вопрос рационального использования природных водных ресурсов в водном хозяйстве [1, 29, 44, 54, 88, 90]. Широкий спектр потребителей водных ресурсов в наши дни представлен следующими направлениями: водные инженерные мелиорации, промышленность, гидроэнергетика, водный транспорт, водоснабжение и канализация, рыбное хозяйство и рекреация. Наряду с разработкой мероприятий по рациональному использованию водных ресурсов в задачи водного хозяйства входит осуществление мер по борьбе с разрушительными действиями воды. Наибольший эффект для народного хозяйства достигается при комплексном использовании водных ресурсов. При этом водохозяйственные мероприятия, выполняемые на водотоке для какой-либо отрасли должны не ограничивать возможность его использования в других целях, предусматривать его использование в будущем и не ухудшать существующего вида водохозяйственного использования [18,21,96, 110, 112, 113,154].
Для осуществления водохозяйственных мероприятий при помощи гидротехнических сооружений, в составе правил эксплуатации разрабатываются методы управления режимами их работы [7, 41, 60, 116]. Однако, с развитием водохозяйственных комплексов и водоресурсных систем, с одной стороны, и применением высоководопотребляемых технологий, старением оборудования и деградацией систем мониторинга водных объектов - с другой, методы управления водными ресурсами, заложенные при проектных изысканиях, устаревают и требуют корректировки [27,29]. Сложившуюся ситуацию с наличием и содержанием систем момиторинига, оповещения и водомерных и гидрологических постов на постсоветском пространстве можно назвать критической. Глобальные изменения климата планеты вызывают непредсказуемые природные явления, влекущие за собой большой ущерб и жертвы. Среди них особенно разрушительно воздействие воды. Достаточно привести примеры катастрофических паводков редкой обеспеченности в Краснодарском крае (2012 г.) и Дальнем Востоке РФ (2013 г.). По причине неразвитой структуры мониторинга и самих водохозяйственных обьектов, недостаточной изученности гидрологических и ландшафтных факторов местности паводками последних лет разрушено сотни жилых домов, строений, мостов и дорог. Выведены из строя тысячи гектаров плодородных земель, десятки километров линий электропередач. Тысячи людей остались без крова над головой. Имелись человеческие жертвы. Между тем на карте мира немало регионов, которые несут огромные убытки экономимки от дефицита воды
Строительство Куйбышевского и Волгоградского водохранилищ коренным образом изменило гидрологический режим стока р. Волги и отрезало пути миграции каспийского осетра. Уже в конце 1950-х годов, при вводе в экслуатадию Волгоградского гидроузла, стало ясно, что для сохранения природной и развития хозяйственной системы Нижней Волги необходимо принятие специальных мер. «Как временная мера до завершения реконструкции рыбного и сельского хозяйства Нижней Волги», правительством СССР было принято предложение о специальных весенних попусках воды через Волгоградский гидроузел в низовья Волги. В связи с незавешением намеченных мероприятий, «временные» попуски производятся уже около 50 лет.
В настоящее время управление каскадом Волжских ГЭС производится с участием множества ведомств и организаций [41]. Среди проблем управления сегодня наиболее весомые - это плохое состояние инженерной инфраструктуры коммунальных и сельскохозяйственных объектов, освоение территорий нижних и верхних бъефов водохранилищ, обеспечение судоходства и др. [24]. В этой связи необходимо отметить, что методы управления режимами водохранилищ каскада необходимо пересматривать не только с точки зрения мониторинга, а больше - с точки зрения ограничения функциональных возможностей [7].
На сложности, связанные с изменениями в режимах управления водохранилищами влияет смена геополитических границ и целей водного объекта. Процессы глобализации заставляют оценивать проблемы зарегулирования по-новому [7, 123, 128, 130]. К ним относятся и вопросы использования трансграничных водных ресурсов рек. Эта проблема затрагивает сегодня интересы практически всех государств. Примером изменения методов управления режимами работы водохранилищ служит бассейн Аральского моря, где создано более 90 водохранилищ с суммарной полезной емкостью 43,6 км". Их основное проектное назначение -регулирование стока в ирригационных целях, наиболее крупных - в интересах энергетики и других отраслей народного хозяйства. Создание водохранилищ на реках Центральной Азии (p.p. Амударья, Сырдарья) осуществлялось в рамках создания ирригационного режима для выполнения цели единой водохозяйственной системы (рис. 1.1).
Особенности способов управления гидротехническими сооружениями гидроузлов и их совершенствование
По данным многолетних наблюдений [169], наиболее ранняя дата наступления пика половодья для исследуемого створа в.пДСыртланово -Юмагузинский гидроузел) 4.04.1951 г., наиболее поздняя - 2.05.1941 г. Наиболее ранний пик с 13.04. по 14.04. зафиксирован в паводок 2008 года, наиболее поздний - с 3.05. по 4.05.2009 г.
Автором установлено, что между временными характеристиками пиков, проходящих через Юмагузинский и Нугушский гидроузлы, существует закономерность. Как правило, пик половодья в створе Нугушского гидроузла, проходит раньше на 1-2 суток пика в створе Юмагузинского гидроузла, что является дополнительным ориентиром для определения даты наступления максимального расхода в створе Юмагузинского гидроузла. В таблице 2.7 приведены гидрологические характеристики наблюдаемых половодий шести лет в сравнении с наиболее маловодным годом (1975 г.) из ряда наблюдаемых е 1941 г.
Отношение объема половодного стока к годовому по данным не превышает 75% [145], однако в ряду исследуемых лет эта характеристика претерпела изменение. Из таблицы 2.8 видно, что самый высокий процент (81 %) объема половодья от объема годового стока приходится на многоводный год (2007г), самый низкий (41%) - на год низкой водности (2006г). Таким образом, отношение наблюдаемых объемов половодий к объемам годовых стоков выходят за рамки среднестатистических (70 - 75%) [145] как минимальных так и максимальных.
Выполненный автором, анализ гидрографов годового стока за период 1941- 2012гг в створе в.н.Юмагузинекий гидроузел, показывает, что весеннее половодье чаще (85% случаев) происходит одной волной и гораздо реже двумя [145, 169]. За период изысканий весенние половодья проходили чаще одной волной (2006,2008,2009,2010пг) с апреля по июнь, в 2007 и 2011 годах - двумя [153]. Самый максимальный мгновенный расход 1249 м3/сек был зафиксирован при прохождении первого пика половодья 28 апреля 2007 года. Двухволновые половодья как правило, отмечаются в маловодные годы обеспеченностью более 50%. Лишь в единичных случаях (1957, 2007гг) такие половодья отмечены в многоводные (Р= 14; 17%) годы. Однако, основная волна лишь в 25% случаев проходит без наложений, связанных с возвратами холодов, дождями, неодинаковыми условиями снеготаяния в разных частях водосбора. Таблица 2.8 - Сравнение объемов годового стока с объемами половодий
Интенсивность весеннего половодья зависит от фазы развития и от мощности половодья. Наибольших величин суточные колебания расходов достигают на середине подъема гидрографа, а так же при прорывах заторов льда. Интенсивность изменчивости среднесуточных расходов определялась как разность между смежными величинами на подъеме или спаде (таблица 2.9). При сравнении многолетних характеристик с данными исследований выявлено, что интенсивность максимальных среднесуточных расходов для наблюдаемых лет высокой водности на подъеме значительно ниже, а для лет низкой водности на спаде - выше. Такие отклонения можно объяснить недостаточностью лет наблюдений и стохастической изменчивостью параметров половодий [11,12,13].
Произведенный соискателем анализ синхронности колебаний стока рек Белая и Нугуш за период с 2006 до 2012 гг, показал, что реки соседних водосборных площадей могут находиться в неодинаковых гидрологических условиях. Динамика стока внутри года для каждой реки хотя и имеют свою направленность (см. табл. 2.6), в то же время для них характерны и периоды с идентичной изменчивостью стока (формы гидрографов).
Наименьшие расходы воды наблюдаются в зимний период, как правило, в феврале. В теплый период минимальные расходы наблюдаются - в августе сентябре. Водный режим реки Белой характеризуется длительным меженным периодом, продолжительностью от 10 месяцев в верхней части бассейна до 9 месяцев - в средней части с июня-июля по март.
1. Правила эксплуатации ГТС Юмагузинского и Нугушского гидроузлов не ориентированы на совместное выполнение хозяйственных задач в составе единого водорегулирующего комплекса.
2. Ограничение пропускной способности донного водосброса -водовыпуска (до 300 M"VC) Юмагузинского гидроузла при работе ГЭС, не позволяет использовать его полную эксплуатационную рабочую характеристику (до 1187 м3/с ) в начальной фазе половодья на р. Белой.
3. Ограниченные возможности донного водовыпуска Нугушского гидроузла (до50 м3/с) не позволяют пропускать транзитом растущие притоки половодий на ранней стадии развития половодья на р.Нугуш и вынуждают производить залповые сбросы после подъема уровня водохранилища выше отметки порога берегового паводкового водосброса.
4. Для обеспечения совместного выполнения условий водохозяйственного критерия (Qmax = 1500M"VC В контрольном створе) в период половодья, по мнению автора, необходимо провести корректировку правил эксплуатации сооружений и усовершенствовать состав и компановку гидротехнических сооружений гидроузлов, в том числе: - осуществлять сбросы на начальной стадии половодья через ДВВ, используя его максимальную пропускную способность, с остановкой ГЭС, независимо от объема прогнозируемого половодья, с учетом динамики притоков в створе контрольного в.п.Стерлитамак; - выполнить траншейный береговой водосброс (ТВС) в районе левобережного примыкания земляной плотины Нугушского гидроузла с целью увеличения пропускной способности ГТС в диапазоне отметок УМО
Исследование фактических режимов работы Юмагузинского и Нугушского водохранилищ
Управление режимами двух водохранилищ в составе ВРК предполагает максимальное выполнение их функциональных назначений [22, 23, 36, 47]. Для Юмагузинского водохранилища, как для ГТС противопаводкового назначения предполагается максимальное использование его противопаводкового объема для защиты территорий от наводнений. При наступлении половодья редкой обеспеченности режим работы гидроузла должен обеспечить безопасность при пропуске максимальных расходов через гидроузел. В этом случае условие критерия К2 теряет смысл, т.к при приеме половодья W 2,6 км3 все расходы обеспеченностью от 1% до 0,01% (Qmax 1800 м3/с) из условия сохранения безопасности сооружений сбрасываются транзитом.
По причине невыполнения водохозяйственных мероприятий в среднем течении р. Белой, с одной стороны, и изменением значения одного главного критерия (вместо расчетного значения максимально-допустимого 2200м3/с, принимаем максимальный расход в створе в.п. Стерлитамак 1500м 7с), с другой, - в настоящее время можно считать, что водохранилища работают в режимах временной эксплуатации. Для данного периода характерным и важным моментом является поиск потенциальных вариантов совместной работы двух гидроузлов и образованных ими водохранилищ во взаимосвязи с параметрами верхнего течения реки, усовершенствование режимов их работы и связанные с ними вероятные конструктивные изменения и дополнения ГТС, «рационализация методики регулирования стока», с целью обеспечения выполнения условий критериев К1 и К2 в створе в.п. Стерлитамак [45, 46, 49, 52]. Произведенные автором исследования влияния сбросов водохранилищ на динамику формирования расходов половодий в створе в.п. Стерлитамак на примере 2007 г., позволяют сделать выводы о достижении желаемых расходов в створе в.п. Стерлитамак за счет дополнительной аккумуляции части половодного стока, т.е. за счет срезки максимальных расходов и форсировки уровня верхнего бьефа или заблаговременной сработке «лишних» объемов - в годы средней и большой водности. Такие усовершенствования связаны, во-первых, с необходимостью повышения точности прогнозирования развития половодья на водосборных площадях водохранилищ и в контрольном створе, во-вторых, с расширением диапазона технических параметров гидроузлов и водохранилищ, в том числе использования противопаводковых емкостей [28, 51, 53, 57, 94].
С целью повышения точности информативного обеспечения о развитии половодья в верхнем течении реки Белой и определения притоков к Юмагузиискому гидроузлу, в верхней (северной) окраине н.п. Кутаново, на расстоянии 72 км от створа плотины вверх по течению реки Белой, в 2007 г. с личным участием соискателя, был сооружен водомерный пост, представляющий собой комплект оборудования, состоящего из троса, закрепленного в берега реки. Для изменения длины и натяжения троса в правый берег врезан «подвижный» якорь с ручной лебедкой. По откосу правого берега, перпендикулярно потоку установлены мерные вешки. Гидрометрические измерения производятся с лодки. В зависимости от сезона производства измерений и ширины русла, на трос наносятся метки для обозначения границ поперечников. Для определения расходов в створе использовались гидрометрические вертушки ВГ-1-120 с измерителями скоростей потока ИСП-1 и преобразователями сигналов вертушек ПСВ-1. Для производства измерений выбран спокойный участок реки протяженностью 200 м с чистыми берегами без зарослей. Измерения расходов производились по наставлению [48, 50, 84]. На основе данных изысканий соискателем построена линия связи h(Q) (рис. 3.5), позволяющая определять взаимосвязь h и Q в створе водомерного поста Кутаново. Q,M3/C
По запасам снега на площадях водосбора р. Белой и р. Нугуш, на 25 марта текущего года УГМС РБ выдается официальный прогноз на максимальный расход и объем половодья в створах в.п. Юмагузинского, Нугушского гидроузлов и Стерлитамак [51]. Используя таблицы расчета обеспеченных характеристик (приложение 9, 10, 11) по максимальному расходу и объему половодья определяется год - аналог для створа в.п. Юмагузинского гидроузла.
Используя коэффициент отношения стоков (табл. 3.1) корректируется прогноз максимального объема на половодье и на год для в.п. Нугушский гидроузел (НГУ).
По приложению 8 для ЮВ «Ход уровней воды в половодье по водомерным постам» динамика половодья «привязывается» к строке нужного года в створе гидропоста Старосубхангулово и «сопровождается» по гидрографу, ежесуточно снимая информацию об отметках. При выборе года-аналога отметки в начале половодья (на стадии развития) могут не совпадать по причине различия складывающейся гидрологической ситуации (различие во времени ледохода, температура, осадки). Поэтому выбирается та часть гидрографа года-аналога, при которой отметки водомерных постов расчетного года начинают совпадать с отметками водомерных постов года-аналога. В случае резкого различия гидрометеофакторов на водосборной площади реки (выпадение осадков, резкое потепление), год - аналог корректируется на поправку времени наступления максимальных расходов.
Экспериментальные исследования усовершенствованных методов управления работой водохранилищ
Практически для всех регионов России более 50% годового стока приходится на 2-3 месяца в году. Внутригодовая и многолетняя изменчивость стока рек затрудняют развитие многих отраслей хозяйства страны и создают трудности для жизнеобеспечения населения. Проблема сохранности и перераспределения воды внутри года решается водохранилищами [27,29]. Одновременно с решением вопросов по гарантированному снабжению водой, водохранилища решают задачи по защите населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий от вредного воздействия вод в периоды половодий и паводков. Аккумуляцию излишков весеннего стока и его равномерное распределение внутри одного водохозяйственного года осуществляют водохранилища сезонного регулирования. Существующие методы управления водными ресурсами основаны на расчетах многолетних данных, а расчеты половодий и межени базируются на данных прогнозов, которые в свою очередь не отличаются строгими рамками значений, а наоборот. В понятии «многолетние данные» подразумеваются наблюдения за основными параметрами водотоков в течение не более ЮОлет (за редким исключением некоторых рек). Поскольку, срок службы для сооружений первого класса назначается не менее ЮОлет, то очевидно, что проектные методики управления стоком должны постоянно пересматриваться и корректироваться. Особенно усовершенствование касается тех методик, которые являются руководящими документами для незавершенных водорегулирующих комплексов, таких как водорегулирующий комплекс среднего течения реки Белой.
При вводе в эксплуатацию водных объектов меняется динамика природных циклов. Развиваются хозяйства и растут объемы водопотреблеиия предприятий, населения. Меняются сами водопотребитеди и их запросы на водообеспечение. Годовые водные циклы вносят свои глобальные коррективы. Со временем, правила эксплуатации водохранилищ и правила использования водных ресурсов, изложенные в проектных проработках, подлежат корректировке и усовершенствованию. Пожалуй, самым важным в обновлении документации, необходимой для эксплуатации объектов, является вопрос усовершенствования методов управления режимами работы водохранилищ.
Естественно, что с увеличением ряда лет и улучшения качества наблюдений и исследований, понятие о взаимосвязи внутренних фаз водотоков будет отшлифовываться. Вместе с тем, на данном этапе эксплуатации водораспределительного комплекса важно ориентировать работу на выполнение условий показателей критериев. Исследования практического применения усовершенствованной методики показывают сравнительно небольшую разницу между расчетными и фактическими показателями стока. Разница между расчетным и фактическим объемами половодий (на примере половодья 2012 г.), в створе Юмагузинского гидроузла составляет всего 4,5%. Для межени (на примере 2011/12 г.г.) разница.
Усовершенствованные методики управления режимами работы водохранилищ в составе единого водорегулирующего комплекса включили в себя не только обновления проектных методик, но и новые положения, о которых в проектных методиках нет упоминаний. Семилетние практические изыскания на основе проектных методик, позволили сделать выводы о несовершенстве следующих положений: - обязательная сработка Юмагузинского водохранилища до отметки 230,0м ; - некорректное утверждение о совместном регулировании стока реки Белой Юмагузинским и Нугушским водохранилищами; - достаточность количества стока маловодных лет двух рек Белой и Нугуш в гарантированном обеспечении минимального расхода в контрольном створе в.п.Стерлитамак; - обеспечение аккумуляции максимальных притоков и гарантия защиты городов и населенных пунктов от вредного воздействия редких половодий.
Усовершенствованные методики управления режимами работы водохранилищ в составе единого водорегулирующего комплекса позволяют: - осуществлять оперативные расчеты но определению притоков к створу в.п.Юмагузинского гидроузла по зависимости h(Q) в.п.Кутаново и установленным коэффициентам боковой приточности; - применять коэффициенты стока (коэффициент отношения стоков, коэффициент формирования стока)при определении режимов работы водохранилищ на предстоящую межень; - за Ісутки ориентировочно принимать решения но корректировке режимов работы Юмагузинского водохранилища и далее - Нугушского с целью исключения превышения допустимого расхода в контрольном створе в.п. Стерлитамак
