8.2. Виды регулирования стока

Виды регулирования стока определяются задачами, характе­ром и составом водопотребителей и водопользователей.

Регулирование речного стока, выполняемое с помощью водо­хранилищ для перераспределения естественного речного притока в соответствии с интересами народного хозяйства, решает две основ­ные задачи: повышение сгока в многолетнем разрезе или транс­формирование внутригодового стока для надежного обеспечения водопотребителей и водопользователей; уменьшение максималь­ных расходов половодий и паводков для устранения наводнений на участке реки ниже гидроузла для сокращения размеров и уде­шевления водосбросных сооружений. Аналогичную задачу решают и водохранилища, предназначенные для борьбы с селевыми по­токами.

В практике зачастую требуется создание водохранилищ, ре­шающих обе названные, иногда оказывающиеся противоречивы­ми, задачи. В этом случае преимущество отдается главной водо­хозяйственной задаче, а вторая задача решается частично и с уче­том соблюдения условий по основной водохозяйственной задаче.

Необходимость регулирования для повышения стока, так назы­ваемого регулирования низкого стока, выявляется из сравнения потребных расходов воды и минимальных среднесуточных расхо­дов речного стока за многолетний период. Если первые меньше вторых по тем месяцам года, в которых производится водопотреб-ление, то необходимость регулирования стока отпадает. Если расходы водопотребления превышают минимальные существующие расходы речного стока, то выявляется потребность регулирования. Установив потребность регулирования, находят его продолжитель­ность, сравнивая водопотребление и сток в маловодье за сутки, неделю, сезон, год, многолетие и т. д. Регулирование низкого сто­ка выполняется путем временного задержания и накопления в водохранилище избытков стока над потреблением (в многоводные периоды), которые затем используются (срабатываются) во время маловодья, когда приток меньше потребления.

По длительности различают следующие виды регулирования низкого стока: суточное, недельное, сезонное (или годовое) и многолетнее.

Суточное регулирование стока состоит в перераспре­делении сравнительно равномерного в течение суток притока в со­ответствии с изменяющимися потребностями различных потреби­телей. В часы малого водопотребления вода аккумулируется в емкостях, а затем расходуется из них в часы повышенного по-

224

требления. При этом виде регулирования наполнение и сработка уровня воды в водохранилище происходит в течение одних суток.

Для определения объема водохранилища неравномерное суточ­ное водопотребление q_u сопоставляется со средним расходом водо-потребления за сутки q_ucp (рис. 8.1). В часы, когда q_u^>q_u водохранилище заполняется, а когда q_Uc_P<q_u, водохранилище срабатывается.

Суточное регулирование стока наиболее широко используют для удовлетворения запросов водоснабжения, гидроэнергетики, судоходства и орошения. При осуществлении суточного регулиро­вания пропускную способность водозаборного сооружения, насос­ной станции, водоводов (каналов и трубопроводов) рассчитывают на средний расход водопотребления, что позволяет значительно уменьшить стоимость этих сооружений. В случае отсутствия суточ­ного регулирования эти сооружения пришлось бы рассчитывать

Рис. 8.1. Суточное регулирование стока

Рис. 8.2. Недельное регу­лирование стока

на максимальный часовой расход и неравномерную подачу воды в водозаборную сеть. Кроме того, суточное регулирование обеспе­чивает потребности большего числа водопотребителей в сравнении с естественным режимом водотока. В гидроэнергетике наличие бассейнов суточного регулирования дает возможность дополни­тельного использования объема воды в деривационном канале, заключенной между уровнями, соответствующими максимальному и минимальному расходам ГЭС, и таким образом способствовать увеличению выработки электроэнергии. Однако значительные ко­лебания уровня в нижнем бьефе ГЭС, сопровождающие суточное регулирование, оказывают отрицательное воздействие на условия судоходства, рыбное хозяйство, работу водозаборных сооружений предприятий и оросительных систем.

Недельное регулирование осуществляется для обес­ печения неравномерного потребления воды, вызываемого нали­ чием двух выходных дней в неделю на большинстве предприятий. В связи с понижением водопотребления в нерабочие дни наличие 8-1324 ₂₂₅

аккумулирующей емкости (водохранилища) позволяет повысить отпуск воды в рабочие дни недели.

Если суточное потребление воды в рабочие дни q_u\, а в нерабо­чие— q_uz (рис. 8.2), то при продолжительности недели п = 7 сут, в числе которых два выходных дня, общее потребление воды (м³) за неделю составит

(8.1)

Среднее водопотребление за неделю можно определить по формуле

(8-2)

Разница расходов в нерабочие дни равна (q_m,_u—^«2). Тогда объем водохранилища недельного регулирования (м³) равен из­бытку стока в два выходных дня:

(8-3)

Подставив значение ц_т,и (8.2) в (8.3), находим необходимый объем водохранилища недельного регулирования (м³):

(8.4)

Общая продолжительность одного цикла колебаний уровня (наполнение и сработка) при этом виде регулирования равна не­деле.

Наиболее часто недельное регулирование стока применяют для промышленного водоснабжения и энергетики, для которых выход­ные и праздничные дни характеризуются резким сокращением потребления энергии и воды. Наряду с этим в навигационный пе­риод в эти дни возникает потребность в дополнительных объемах воды на шлюзование в связи с большим числом пассажирских и туристских судов.

Сезонное (или годовое) регулирование заключа­ется в перераспределении стока W из многоводных сезонов на маловодные внутри года. При этом водопотребление и_уеаг каждого года удовлетворяется стоком этого же года. Такое регулирование обусловлено внутригодовой неравномерностью стока (рис. 8.3).

Водохранилище наполняется в период наибольшего притока, приуроченного к весенним и летне-осенним половодьям и павод­кам, в периоды межени водохранилище срабатывается.

В том случае, когда гарантированный объем водрпотребления и_ро/о равен обеспеченному объему годового стока W_p% , имеет ме­сто полное годовое регулирование. Недостатки воды в маловодные сезоны компенсируются избытками воды в многоводные сезоны. В многоводные годы, когда сток больше по объему обеспеченного годового стока, избытки воды сбрасываются в нижний бьеф во­дохранилища; в маловодные годы, когда сток меньше расчетного

226

недопотребления, возникают дефициты отдачи (недопотребления). При неполном годовом регулировании стока гарантированный объем отдачи меньше годового объема стока расчетной обеспечен­ности. После наполнения водохранилища в этом случае излишки стока сбрасываются в нижний бьеф.

Объем водохранилища при сезонном регулировании определя­ется сопоставлением гидрографов расчетного стока и внутригодо-вого распределения потребления (методику расчетов см. ниже).

Рис. 8.3. Сезонное регулирование сто­ка

Рис. 8.4. Многолетнее регулирование стока

Сезонное регулирование является наиболее распространенным н применяется практически для удовлетворения запросов различ­ных участников водохозяйственного комплекса.

Многолетнее регулирование стока имеет целью выравнивание стока в течение длительного многолетнего периода (рис. 8.4). С помощью водохранилища производят перераспреде­ление части стока из многоводных лет на маловодные. В отличие от сезонного регулирования, в котором цикл работы (наполнение и сработка) осуществляется за один год, при многолетнем регули­ровании этот цикл длится несколько лет. Недостаток стока за маловодные /г-летия покрывается за счет накопления воды в мно­говодные годы, предшествующие маловодью.

Многолетнее регулирование является наиболее совершенным в сравнении с другими рассмотренными видами регулирования и в наилучшей степени отвечает задачам комплексного использования водных ресурсов. Этот вид регулирования требует гораздо боль­ших объемов водохранилищ, так как он выполняет задачи и се­зонного, и многолетнего регулирования стока одновременно.

Существующее в настоящее время деление видов регулирова­ния на сезонное или многолетнее в соответствии с периодом сра-ботки водохранилища является несколько условным. По мнению С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля, все случаи регулирования стока можно считать многолетними, если ориентироваться на крайне

227

редко наблюдавшиеся амплитуды колебаний стока. Действитель­но, возможно такое распределение стока в году, при не очень глу­боком сезонном (см. ниже) регулировании, на постоянный расход отдачи, при котором объем водохранилища не будет полностью сработан в межень или не заполнится в период одного половодья, что свойственно многолетнему регулированию. Напротив, при мно­голетнем регулировании, хотя и не очень глубоком, возможны случаи полной сработки водохранилища за одну очень маловод­ную межень с заполнением емкости в ближайшее половодье, что свойственно сезонному регулированию.

Заключение о виде регулирования может быть сделано лишь применительно к известному ходу стока в конкретный период. В практических целях критерием для определения вида регулиро­вания принимают соотношение между отдачей l/ы и годовым сто­ком Wp»/_o расчетной обеспеченности: при U_br<W_p% регулирование считается сезонным; при 11ы>^р% —многолетним. Теоретическим пределом обеспеченного водопотребления при многолетнем регу­лировании стока является Ut,_r=W₀. Однако равенство Ubr=W₀ требует бесконечного объема водохранилища и практически при многолетнем регулировании i/ы не превышает 95% от нормы сто­ка W₀. Методика расчетов многолетнего регулирования излагается ниже.

К специальному виду регулирования относят краткосрочное непериодическое регулирование стока, выполняемое в тех случаях, когда график потребления воды некоторыми водо-потребителями не является определенным. Такое регулирование осуществляется в виде краткосрочных непериодических попусков воды из водохранилища для поддержания расходов или уровней воды на нижерасположенном участке реки в соответствии с требо­ваниями водопользователей. В частности, это относится к лесо­сплаву, судоходству, рыбному хозяйству, орошению, а также к удовлетворению санитарных требований и т. д. Попуски воды со­пряжены с потерей значительных объемов воды и поэтому не всег­да бывают достаточно эффективными. В современных условиях стремятся к полному использованию речного стока, стараясь исключить частые сбросы воды из водохранилища, снижающие его экономическую эффективность.

В последнее время получили развитие новые виды регулирова­ния стока: каскадное и компенсирующее.

При каскадном регулировании водохранилища раз­мещают на одной реке последовательно в виде ступеней. Приме­ром такого вида регулирования служит каскад сооружений, по­строенных на Волге, Днепре, Оби. Условия работы водохранилищ, составляющих каскад, отличаются от условий изолированных во­дохранилищ и определяются их сложным взаимодействием. При каскадном регулировании создаются благоприятные условия для более полного перераспределения и использования естественного стока в интересах водохозяйственных комплексов.

228

При компенсирующем регулировании водохрани­лища проектируют для обеспечения покрытия дефицита стока с незарегулированного участка реки путем попуска воды из водохра­нилища, расположенного выше какого-либо сооружения, напри­мер водозабора. В этом случае водохранилище должно учитывать нерегулируемый промежуточный приток, поступающий в реку ни­же водохранилища, для получения необходимого режима расхо­дов в пункте водозабора.