Тема 12. Гидрологические расчеты и управление работой водохранилища при эксплуатации гэс.

Регулирование речного стока имеет своей целью преобразование естественного водного режима реки и приведение его в соответствие с потребностью народного хозяйства. Это достигается путем полного или частичного задержания воды в водохранилище в одни периоды времени и последующего его использования в другие.

Основные положения, вытекающие из правил регулирования водохранилищем представляются в виде графика, называемого диспетчерским. По оси ординат такого диспетчерского графика обычно откладывается отметка уровня воды, а по оси абсцисс - время. Поле диспетчерского графика разделено характерными линиями на зоны, в пределах которых водохранилище работает с определенной отдачей. Схема диспетчерского графика для случаев неглубокого и глубокого сезонного регулирования представлена на рис.12.1. сплошная линия – противоперебойная, пунктирная – противосбросовая. Противоперебойная линия ограничивает сверху зону гарантированной отдачи (зона 1): состоит из ветви весеннего наполнения и меженного (лето – осень – зима) опорожнения. Ветвь наполнения гарантирует, что к концу половодья уровень повысится до такой отметки, при которой создается запас воды нужной для поддержания отдачи в течение меженного пе6риода в заданной гарантией. Ветвь опорожнения не допускает чрезмерной сработки в период межени. Противосбросовая линия ограничивает с низу зону с повышенной отдачей (зона II) вплоть до максимально возможной. Состоит из ветви предполоводного опорожнения (с учетом объема весеннего половодья расчетного маловодного года) и и ветви наполнения, предотвращающей слишком быстрое заполнение водохранилища во избежание холостых сбросов или сведения их к допустимому минимуму. Полная свобода маневра таким образом, имеется лишь в промежуточной, или зоне III. Каждая зона диспетчерского графика может быть детализирована на подзоны, например зона 1 – на подзоны гарантированной и урезанной отдачи, зона II – на подзоны с полным открытием одного, двух и т.д. водосбросных отверстий.

Планирование работы водохранилища при ГЭС, как почти любого водохранилища в корне отличается от планирования деятельности предприятия. Источник энергии - речной сток находится вне контроля человека ив лучшем случае может быть предвиден с определенной точностью. При отсутствии прогнозов в случае, когда ГЭС является единственным или главным потребителем воды, план работы водохранилища составляется из расчета того, что предстоящий период по водности будет ниже среднего и иметь в многолетнем ряду определенную обеспеченность (вероятность пре), обычно от 75% до 90%.

12.1. Схема диспетчерского графика водохранилища неглубокого (а) и глубокого (б) сезонного регулирования стока.

Противоперебойная линия, 2 – противосбросовая, 1 – зона гарантированной отдачи II – зона повышенной отдачи, III – промежуточная зона переменной отдачи.

Эта обеспеченность называется расчетной и является одной из важнейших нормативных характеристик.

В отличие от планов выработки энергии и отдачи воды пропуск весеннего половодья через водохранилище по срезочной схеме планируется обычно из расчета на малую обеспеченность притока (малую вероятность превышения) с тем, чтобы гарантировать сооружение от повреждений и предотвратить чрезмерные холостые сбросы и затопления в нижнем бьефе.

Порядок расчетов при планировании работы водохранилища на основании гидрологического прогноза

На основании гидрологического прогноза приточности строится диспетчерский график работы ГЭС (рис.12.2; 12.3). А при совместном использовании диспетчерского прогноза, гидрологического прогноза необходимо располагать данными о расчетном притоке, а также правилами о порядке (плане) реализации водных ресурсов.

Величину притока (м³/с) расчетной обеспеченности, положенную в основу диспетчерского графика, можно получить для любого интервала времени Т (сутки) из выражения

Q_{пр.расч.} =

Где W_кон.-W_нач. – изменение объема воды в водохранилище;

Q_{гар.отд.} – гарантированная отдача с четом дополнительных потерь (испарение);

Q_{пр.расч.} - расчетный полезный приток.

Отсюда Q_{пр.расч.}

Основной эффект гидрологического прогноза (при современной его точности и заблаговременности) заключается в более целесообразном использовании избытков воды, а также в смягчении затруднения при урезанной отдаче.

Избытки водных ресурсов включают: избыток объема в водаххранилище и избыток (превышение) предсказанного объема притока над расчетным.

Правила использования избытков водных ресурсов могут быть самыми разными.

1. Предположим, что в настоящий момент уровень водохранилища близок к противоперебойной линии. В этом случае диспетчерским графиком предписывается переход на гарантированную отдачу Q_{гар.отд.} Но, согласно прогнозу, приток будет больше, чем расчетный (Q_{пр.прогноза} > Q_{пр.расч.}) и если планируется избыток водных ресурсов реализовать полностью, то общая отдача за этот период будет: Q_{гарант.отд.} + (Q_{пр.прогн.} – Q_{пр.расч.}).

2. предположим теперь, что в данный момент уровень воды в водохранилище выше противоперебойной линии, но ниже противосбросовой.

Из прогноза известно, что приток за ближайший квартал Q_{пр.прог.} будет больше расчетного Q_{пр.расч.}. и требуется избыток водных ресурсов использовать на равномерное повышение отдачи до начала половодья следующего года. То общая отдача (м³/с) за квартал составит:

Q_{общ.отд.}=Q_{гар.отд.}+

где: W_изб. – избыточный объем воды в водохранилище ы данный момент сверх противоперебойной линии, км³;

91 – число суток в квартале;

Т – число суток до начала половодья.

3. Допустим, что в данный момент в водохранилище имеется объем воды W_нач. Ставится задача к концу у периода действия прогноза иметь в водохранилище объем W_кон.

То общая отдача с учетом ожидаемого притока, а также с учетом потерь на испарение и осадков рассчитывается по выражению:

Q_{общ.отд.}=Q _{пр.прог.} –

где - Q _{пр.прог.} ожидаемый (прогнозируемый) приток к периметру водохранилища с заданной условной обеспеченностью, м³/с;

W_нач.-W_кон. – сработка водохранилища, км³/с;

Е_вода – испарение с водной поверхности водохранилища, мм;

Х – осадки на акваторию водохранилища, мм;

 - площадь водного зеркала водохранилища, км₂;

Т – период действия прогноза (в сутках).

4. Рассмотрим порядок расчетов при пропуске паводка (весеннего, дождевого) через водохранилище.

Для данного расчета необходимо иметь кривую объемов водохранилища W (Z) и кривую расходов Q=f(Z), а также прогноз паводка в форме гидрографа притока Qпр.(t). Дальнейший расчет, выполняется последовательно от суток к суткам. Вычисленный уровень на конец данных суток принимается за начальный для следующих суток и т.д. по преобразованной формуле водного баланса.

[Q_пр.- Q_пр. = - средний суточный приточный расход воды;

Q_ст.(Z_нач.) - сток через ГЭС, определенный по кривой расходов в начальный период;

Q_ст.(Z_кон.) - сток через ГЭС, определенный по кривой расходов в конечный период;

W(Z_нач.) - объем водохранилища в начальный период, определенный по кривой объемов;

W(Z_кон.) - объем водохранилища в конечный период, определенный по кривой объемов.

Расчеты по прогнозу трансформации паводка (весеннего, дождевого) трудоемкая операция в особенности для каскада водохранилищ, поэтому применение вычислительной техники обязательно, иначе процесс расчетов лишает большей части срока заблаговременности прогноза.

5. Применительно к целям эксплуатации водохранилища предусматривается и другая форма выражения гидрологического прогноза в виде «Условной кривой обеспеченности» и «Безусловной кривой обеспеченности».

С построением безусловной кривой обеспеченности Р(у) мы уже знакомы и графоаналитический прием построения освоили на практическом занятии № 4. порядок построения тот же, т.е. наблюденным ежегодным значениям (у) вычисляется средняя многолетняя величина (у) и рассчитали коэффициент вариации Сv. Далее в порядке убывания наблюденных величин (у) от самого большого к самому меньшему, и в соответствии с порядковым номером в ряду m высчитывается эмпирическая обеспеченность Р=

где: n- число членов ряда.

Соответствующие точки с координатами Р и У наносим клетчатку вероятностей хазена. Точки соединяются и проводится биноминальная кривая обеспеченности, коэффициент ассиметрии большей частью соответствует C_s=2C_v*. То есть гидрологический прогноз предсказываемой величины (у) от факторов и обуславливается линейной зависимостью двух переменных у= ах+b (рис.12.3).

12.3.Линейные прогностические зависимости двух переменных, а также условные (1) и безусловные (2) кривые обеспеченности.

А – случай «твердой» корреляции; Б – случай «нетвердой» корреляции.

Корреляция – мера тесноты связи между рассматриваемыми величинами корреляции =

; он колеблется от +1 до –1;

Из графика 12.3 видно, что безусловная кривая обеспеченности Р(у) дает представление о вероятности превышения (или повторяемости один раз в N лет) во всем диапазоне наблюденных значений у и за его пределами.

А условная кривая Р(у/х) дает представление только о вероятности превышения у при фиксированном значении аргумента х. По условной кривой потребитель может оценивать степень производственного риска, выбрать оптимальный вариант.

Используя безусловную кривую обеспеченности и сделав пересчет от величин обеспеченности Р% к средней повторяемости Nлет (для многоводной части кривой N=100/Р (лет) до 10%; для маловодной части кривой обеспеченности (более 90%) N = 100|100-Р (лет) можно узнать повторяемость Q_прогн. в Nлет.

Гидрологическая информация и ее использование для работы ГЭС

Любой потребитель, любая гидроэлектростанция заинтересованы в получении сведений о прошлом, текущем и будущим состоянии режима рек, режима водохранилища, режима рек нижнего бьефа. Гидрологическая информация о режимах водных объектов, бассейнов необходимо для планирования и технической организации рентабельной работы ГЭС и многих народохозяйственных водопользователей.

Четко работающая служба сбора и служба информации имеет чрезвычайно важное значение не только для обеспечения выпуска заблаговременных прогнозов, но и для обработки сведений для повседневной работы.

В отношении порядка осуществления гидрологическая информация делится на следующие виды:

1. Систематическую, которая ведется по заранее составленному годовому плану оперативной работы службы;

2. Эпизодическую, т.е. передачу различных гидрометеорологических, гидрохимических и других сведений по отдельным заявкам;

3. Экстренную, связанную с предупреждением о развитии опасных явлений на реках (наводнения, образования заторов, резкое уменьшение расходов воды в реках) о превышении ПДК (предельно допустимых концентраций) вредных и опасных химических элементов, о солях, лавинах, гололеде на линиях ЛЭП, гололедице на дорогах и т.д. Все эти данные сводятся в специальные каталоги об ОЯ (опасные явления).

Работа по сбору, обработке гидрометеорологических материалов своевременная информация потребителям возможна при наличии устойчивости радиосвязи с пунктами наблюдениями по бассейну, кустовой гидрометеорологической организации (ОС, ГМБ, ГМИ, ЦГМО и потребителями.

Формы и способы информации.

Основные требования, которые предъявляются к гидрометинформации заключаются в том, чтобы она была четкой, ясной, глубокой, полной по содержанию и учитывала специфические потребности различных отраслей промышленности и хозяйства.

При всем разнообразии возможных способов гидрометинформации назовем лишь несколько форм:

1. Ежедневные гидрометеорологические бюллетени, доставленные почтой ли нарочным в заинтересованные организации.

2. Специальные обзоры водного, ледового, гидрохимического и других режимов за определенные календарные периоды (месяц, декада, сутки).

3. Специальные формы выпуска прогнозов.

4. Экстренные предупреждения о возникновении угрозы объектам, населенным пунктам передаваемы по средствам связи.

Ежедневный гидрологический бюллетень является наиболее полной и многогранной формой информации.

Ежедневный гидрологический бюллетень содержит:

1. Гидрологические сведения за прошедшие сутки;

2. Гидрометеорологическую информацию на текущий период времени;

3. Карту состояния водных объектов (рек, озер, водохранилищ);

4. Обзор уровенного, температурного и т.д. режимов;

5. Метеорологические характеристики по информационным постам;

6. Гидрологические расчетные данные по притоку и сбросу.

Предложения временного расчета гиброметеорологического бюллетеня прилагается. Даже имея гидрометбюллетень, ПТО ГЭС, составляет диспетчерский график работы гидроагрегатов на текущий и будущий период работы ГЭС.

В гидрологической, метеорологической, аэрологической, синоптической и другой информации нуждаются не только гидроэлектростанции, но и тепловые электростанции использующие воду для выработки пара и охлаждения конденсационных установок. Кроме того в энергетическое хозяйство входят линии электропередач, силовые подстанции и тепловые системы.

Затвор в нижних бьефах ГЭС могут вызывать подтопление населенных пунктов в зимнее время (причины частого затопления района и города Минусинска и грамотное регулирование в нижний бьеф в зимний период имеет чрезвычайное значение).

Увязка величины сбросов с ходом отрицательных температур воздуха и ходом температур воды на значительных расстояниях по реке от ГЭС требует профессионализма специалистов гидрологов и достаточности пунктов наблюдений.

Что касается водного транспорта и водозаборов, то необходимо знать, прогнозировать резкое уменьшение водоносности рек и заблаговременно рассчитывать режимы образования внутриводного льда, который забивает решетки водоприемных устройств оставляя население, предприятие без остаточного количества воды.