4.1. Расчёт заиления водохранилищ
Разработана инженерная математическая модель расчета полезного объема водохранилищ, основанная на данных натурных наблюдений на действующих ГЭС с водохранилищами. Автор курса: Георгий Николаевич Петров Регулирование режима стока определяется для каждого конкретного гидроузла его целями (энергетическое или ирригационное), возможностями водохранилища (сезонное ими многолетнее) и спросом на воду или электроэнергию конечных потребителей Разработанные в модуле 5 математические модели направлены на решение именно таких задач. Во всех случаях основными исходными данными моделей являются притоки и расходы воды, а также емкости водохранилищ. При этом решается несколько основных целей: • Выравнивание выработки электроэнергии для рассматриваемого периода – сезона, года, многолетнего периода, • Максимизация выработки электроэнергии для рассматриваемого периода – сезона, года, многолетнего периода, • Определение выработки электроэнергии при обеспечении заданной потребности в воде ирригации, • Минимизация, или полное исключение холостых сбросов из водохранилищ, • Определение объемов перерегулирования стока (компенсаций) при переходе от энергетического к ирригационному режиму. Все модели имеют прикладной характер. В настоящей презентации представлена математическая модель заиления водохранилища, на примере Нурекской ГЭС. Нурекское водохранилище одно из самых глубоких в мире. В мировой практике отсутствуют достаточно надежные наблюдения за динамикой заиления таких водохранилищ. Оно происходит по сложной схеме. Основная масса его наносов (до 98%) представлена взвешенными частицами, формирующими различной плотности потоки, распространяющиеся вплоть до гидроузла с турбинными и водосбросными сооружениями. При этом какая-то часть наносов проносится через гидроузел. Согласно фактическим замерам, полезный объем Нурекского водохранилища сначала резко уменьшился, а затем почти полностью восстановился. При этом на всех этапах фактическое заиление водохранилища резко отличается от первоначального прогноза. Можно было бы предположить, что восстановление полезного объема водохранилища происходит за счет переработки берегов. Но в этом случае увеличение полезного объема происходило бы за счет уменьшения мертвого. Этому противоречат те же фактические данные, показывающие увеличение при фактических замерах не только полезного, но и полного объема Нурекского водохранилища. Все это говорит о том, что сегодня все фактические замеры объемов Нурекского водохранилища недостаточно надежны, они не позволяют сделать анализ и дать объяснения процессам заиления. Отсюда невозможен и какой-либо надежный прогноз заиления. Это показывает актуальность разработки аналитической модели заиления Нурекского водохранилища. В модели рассматривается динамика изменения полезного объема водохранилища, наиболее интересного для эксплуатации ГЭС. Служба эксплуатации Нурекской ГЭС ежесуточно фиксирует: • Расход воды, пропускаемый через турбины ГЭС – Qств. куб.м/сек. • Холостые сбросы через гидроузел – Qх. сб. куб.м/сек. • Приток воды к водохранилищу – Qпр. куб.м/сек. • Отметку верхнего бьефа водохранилища - ▼ВБ. м. С помощью этих данных можно получить расчетную кривую: H = f (W). Для большей точности в модель заиления водохранилища добавлены расчетные значения испарения с поверхности Нурекского водохранилища. Испарение рассчитывалось по упрощенной зависимости. Расчеты динамики изменения полезного водохранилища Нурекской ГЭС проводились как для ежесуточных, так и для среднемесячных данных. Они практически идентичны. Можно отметить достаточно высокую точность построенных аналитическим способом кривых – значение коэффициента детерминации - R2 для них находится в диапазоне 0,997÷0,998 при максимально возможном значении 1,00. Высокую точность разработанной модели подтверждает также то, что невязка водного баланса для них составляет порядка 1 -2%, Задания для самоконтроля 1. Что такое НПУ и УМО? 2. Для чего нужен мертвый объем водохранилища? 3. Что такое холостые сбросы? 4. Чем отличается испарение от испаряемости? Дополнительное задание Что произойдет с ГЭС после полного заиления водохранилища?
Разработана инженерная математическая модель расчета полезного объема водохранилищ, основанная на данных натурных наблюдений на действующих ГЭС с водохранилищами. Автор курса: Георгий Николаевич Петров Регулирование режима стока определяется для каждого конкретного гидроузла его целями (энергетическое или ирригационное), возможностями водохранилища (сезонное ими многолетнее) и спросом на воду или электроэнергию конечных потребителей Разработанные в модуле 5 математические модели направлены на решение именно таких задач. Во всех случаях основными исходными данными моделей являются притоки и расходы воды, а также емкости водохранилищ. При этом решается несколько основных целей: • Выравнивание выработки электроэнергии для рассматриваемого периода – сезона, года, многолетнего периода, • Максимизация выработки электроэнергии для рассматриваемого периода – сезона, года, многолетнего периода, • Определение выработки электроэнергии при обеспечении заданной потребности в воде ирригации, • Минимизация, или полное исключение холостых сбросов из водохранилищ, • Определение объемов перерегулирования стока (компенсаций) при переходе от энергетического к ирригационному режиму. Все модели имеют прикладной характер. В настоящей презентации представлена математическая модель заиления водохранилища, на примере Нурекской ГЭС. Нурекское водохранилище одно из самых глубоких в мире. В мировой практике отсутствуют достаточно надежные наблюдения за динамикой заиления таких водохранилищ. Оно происходит по сложной схеме. Основная масса его наносов (до 98%) представлена взвешенными частицами, формирующими различной плотности потоки, распространяющиеся вплоть до гидроузла с турбинными и водосбросными сооружениями. При этом какая-то часть наносов проносится через гидроузел. Согласно фактическим замерам, полезный объем Нурекского водохранилища сначала резко уменьшился, а затем почти полностью восстановился. При этом на всех этапах фактическое заиление водохранилища резко отличается от первоначального прогноза. Можно было бы предположить, что восстановление полезного объема водохранилища происходит за счет переработки берегов. Но в этом случае увеличение полезного объема происходило бы за счет уменьшения мертвого. Этому противоречат те же фактические данные, показывающие увеличение при фактических замерах не только полезного, но и полного объема Нурекского водохранилища. Все это говорит о том, что сегодня все фактические замеры объемов Нурекского водохранилища недостаточно надежны, они не позволяют сделать анализ и дать объяснения процессам заиления. Отсюда невозможен и какой-либо надежный прогноз заиления. Это показывает актуальность разработки аналитической модели заиления Нурекского водохранилища. В модели рассматривается динамика изменения полезного объема водохранилища, наиболее интересного для эксплуатации ГЭС. Служба эксплуатации Нурекской ГЭС ежесуточно фиксирует: • Расход воды, пропускаемый через турбины ГЭС – Qств. куб.м/сек. • Холостые сбросы через гидроузел – Qх. сб. куб.м/сек. • Приток воды к водохранилищу – Qпр. куб.м/сек. • Отметку верхнего бьефа водохранилища - ▼ВБ. м. С помощью этих данных можно получить расчетную кривую: H = f (W). Для большей точности в модель заиления водохранилища добавлены расчетные значения испарения с поверхности Нурекского водохранилища. Испарение рассчитывалось по упрощенной зависимости. Расчеты динамики изменения полезного водохранилища Нурекской ГЭС проводились как для ежесуточных, так и для среднемесячных данных. Они практически идентичны. Можно отметить достаточно высокую точность построенных аналитическим способом кривых – значение коэффициента детерминации - R2 для них находится в диапазоне 0,997÷0,998 при максимально возможном значении 1,00. Высокую точность разработанной модели подтверждает также то, что невязка водного баланса для них составляет порядка 1 -2%, Задания для самоконтроля 1. Что такое НПУ и УМО? 2. Для чего нужен мертвый объем водохранилища? 3. Что такое холостые сбросы? 4. Чем отличается испарение от испаряемости? Дополнительное задание Что произойдет с ГЭС после полного заиления водохранилища?