8.12. Обобщенные методы расчетов регулирования стока

Вероятностные методы, используемые при назначении парамет­ров и прогнозировании режима водохранилищ, осуществляющих многолетнее регулирование, развиваются по следующим основным направлениям [3]: получение обобщенных зависимостей между объе­мом водохранилища, отдачей из него и обеспеченностью этой отда­чи; выполнение водохозяйственных расчетов по искусственным гид­рологическим рядам большой длительности, смоделированным на основе метода статистических испытаний (Монте-Карло); установ­ление аналитическим методом кривой распределения вероятностей наполнения водохранилища.

С. Н. Крицкий и М. Ф. Менкель одними из первых в отечествен­ной гидрологии получили строгое теоретическое решение задачи многолетнего регулирования на основе теории вероятности (1930— 1935). Многолетнюю составляющую объема водохранилища р_у оп­ределяют сложением кривых обеспеченности стока. Многолетняя составляющая считается необходимой и достаточной, если гаранти­рованная отдача аы удовлетворяет заданной обеспеченности, т. е. число перебойных случаев не превышает допустимого. Перебои со­здаются не только отдельными изолированными очень маловодны­ми годами, но и сочетанием сомнительных лет со стоком предшест­вующих лет. Сомнительные годы сами по себе не являются пере­бойными, но в сочетании с маловодным стоком предшествующих лет могут оказаться необеспеченными. Задачей расчета является выявление всех возможных случаев перебоев в работе водохрани­лища и отыскании объема, точно соответствующего заданной обес­печенности. Подробное описание методики сложения кривых обес-печенностей и методов С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля изложено в[3].

Непосредственные расчеты многолетнего регулирования по ме­тоду С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля весьма трудоемки. Для об­легчения их Я. Ф. Плешковым в 1939 г. были построены номограм­мы для определения необходимого объема водохранилища при заданных отдаче, ее обеспеченности и коэффициенте вариации го­дового стока реки. Номограммы составлены для кривой Пирсона III типа и отвечают отсутствию корреляции между стоком смежных лет (г=0).

Впоследствии различными авторами (Н. М. Милославским, Г. П. Ивановым, А. Д. Саваренским, И. П. Дружининым и др.) предлагались аналогичные графики, из которых наиболее широкое применение получили номограммы И. В. Гуглия, построенные к ап­риорно предложенной С. Н. Крицким и М. Ф. Менкелем стохасти­ческой (математической) модели стока.

Принципиальным методическим недостатком установления за­висимостей между объемом и отдачей водохранилища на основе обобщений результатов расчета многолетнего регулирования реч­ного стока является ограниченность длительности рядов, в которых,

268

несомненно, повторяемость затяжных маловодных серии и их средняя длительность не могут быть установлены достаточно точно и поэтому не отражают всех сложных закономерностей изменения режима водотоков. Номограммы И. В. Гуглия построены по смоде­лированным гидрологическим рядам длиной 2000 лет путем приме­нения к расчетам параметров многолетней составляющей объема водохранилища метода статистических испытаний с использованием ЭВМ. При составлении их учитывалась приближенными методами автокорреляция в стоковых рядах.

Номограммы представляют зависимости многолетней составляю­щей объема водохранилища р,/ от коэффициента зарегулированно-сти стока а, коэффициента изменчивости годового стока C_v при зна­чениях обеспеченности 75, 80, 85, 90, 95 и 97% при соотношении C_S = 2C_V и коэффициенте автокорреляции г = 0...0,6 (см. приложе­ние 3). Числовой параметр — коэффициент автокорреляции — реко­мендуется нормировать в зависимости от модуля стока реки q:

q, л/(с-км²) . . . >20 20 10 10.4 41 < 1

г 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Недостатком указанных номограмм, по данным Д. Я. Раткови-ча, являются занижение объема водохранилища многолетнего ре­гулирования на реках с очень малыми модулями стока и превыше­ние объема при умеренных и больших модулях стока.

Номограммы Г. Г. Сванидзе, А. Ш. Резниковского, В. В. Зуба­рева и А. П. Шокина, построенные на той же теоретической основе, но учитывающие наибольшее число факторов изменения режима стока, составлены для наиболее широкого диапазона изменения обеспеченности и соотношения C_S/C_V=\, 2, ..., п.

В последние годы Д. Я. Ратковичем предложены номограммы для расчетов многолетней составляющей объема водохранилища, полученные капитальными исследованиями ансамблей моделиро­ванных рядов годового стока. Основываясь на стохастической мо­дели стока, отражающей основные закономерности чередования лет различной водности на реках, Д. Я. Раткович проанализировал ма­териалы многолетних непрерывных наблюдений на более чем 400 реках Земного шара. Координаты названных номограмм приведены в[3].

Можно предполагать, что все рассмотренные номограммы мож­но применять при определении параметров водохранилища много­летнего регулирования стока. Количественные различия между ни­ми не слишком существенны, поскольку в основе их разработок ле­жат идентичные исходные положения, различия отмечаются лишь в приемах учета автокорреляции.

Заметное место среди обобщенных методов расчета водохрани­лищ многолетнего регулирования речного стока занимает метод А. Д. Саваренского (1940), называемый методом кривых обеспечен-ностей наполнений. С его помощью возможно определение не толь­ко гарантированной отдачи водохранилища, но и других результа-

269

тов регулирования — обеспеченности наполнений водохранилища, сбросов из него, перебоев и т. д. Расчет заключается в построении кривых обеспеченности сумм по исходным кривым обеспеченности слагаемых. Полученная в результате сложения кривых обеспечен­ности безусловная кривая обеспеченности регулирования стока по­зволяет определить все основные параметры регулирования стока (фактическую отдачу, наполнение водохранилища, сбросы) в зави­симости от обеспеченности.

Рассмотренные обобщенные методы расчета полезного объема водохранилища предлагают раздельное определение многолетней pj, и сезонной p_s составляющих, при этом сезонную составляющую рассчитывают по формулам (8.45) и (8.46).

Методы, позволяющие устанавливать полезный объем водохра­нилища без условного деления его на сезонную и многолетнюю со­ставляющие (методы А. Д. Саваренского, С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля и т. д.), ввиду значительной сложности и большого объема расчетов, а также меньшей точности не получили широкого распространения в практике водохозяйственных расчетов.