4.3. Водный баланс водохранилища

Для любого расчетного интервала времени (час, сутки, декада, месяц, квартал, сезон, год) изменение объема водохранилища определяет его наполнение при > 0 или сработку при < 0. По зависимости эта величина задает изменение отметки уровня воды у плотины . Уравнение водного баланса за расчетный интервал времени определяется объемом притока воды в водохранилище , объемом попуска воды из водохранилища в нижний бьеф и объемом потерь воды из водохранилища на испарение, ледообразование, фильтрацию, шлюзование и на безвозвратное водопотребление . Перечисленные величины определяют уравнение водного баланса водохранилища в виде

.

(4.1)

В водохозяйственных расчетах водный режим основной реки принято характеризовать в створе плотины гидроузла. Соответствующие этому створу значения расхода воды Q и объема стока W включают боковую приточность на протяжении водохранилища. Однако, как уже было отмечено в предыдущем разделе, учет водности реки в створе плотины осложняет вид уравнения водного баланса за короткие интервалы времени. В частности, при учете мгновенных расходов воды и замене / на производную функции изменения объема от времени уравнение водного баланса водохранилища приобретает вид

,

(4.2)

где – время добегания расходов воды на участке от входного створа до гидроузла. При определении водности реки не в створе плотины, а во входном створе водохранилища необходимость введения отпадает. Однако при этом должна учитываться боковая приточность на участке от входного створа до створа гидроузла [1, 3, 22]. Получение расчетных значений средних расходов воды Q или объемов стока W основной реки для различных интервалов времени является одним из важнейших этапов водохозяйственных расчетов.

Для каждого расчетного интервала времени расход Q_Н и объем U поступающей в нижний бьеф гидроузла воды складываются из энергетических, навигационных, санитарных, экологических, режимных и рыбохозяйственных попусков, а также фильтрации воды в нижние бьефы гидроузлов и холостых, помимо турбин, сбросов воды из водохранилища при прохождении высоких половодий и паводков.

Регулированием речного стока количество воды, поступающей в нижний бьеф гидроузла в каждый расчетный интервал времени, приводится в максимальное соответствие с требованиями безопасности населения, обеспечения интересов основных водопользователей, устойчивого функционирования водохозяйственных установок и систем, сохранения водных и прибрежных экосистем. Эти требования накладывают ограничения на Q_Н, которые закреплены действующими правовыми нормами [8, 10, 16].

Максимально допустимое значение расхода воды Q_Н должно соответствовать уровням воды в нижнем бьефе гидроузла, при которых не будут затоплены населенные пункты и хозяйственные объекты. Для обеспечения допустимого максимума расхода воды Q_Н при сбросах воды в период прохождения высоких половодий и паводков производится аккумуляция излишков воды в полезном объеме и объеме форсировки водохранилища.

Допустимый минимум расхода воды Q_Н в различные моменты времени определяется верхней огибающей специальных попусков, то есть наибольшим расходом из всех попусков, направленных на решение хозяйственных и природоохранных задач [4, 33].

Энергетические попуски осуществляются через турбины ГЭС и учитывают требуемый режим работы ГЭС. Они определяются гарантированной мощностью и напором. Требуемые расходы энергетических попусков определяются водноэнергетическими расчетами.

Навигационные попуски предназначены для обеспечения необходимых глубин по трассам судового хода на свободных от подпора участках реки.

Санитарные попуски назначаются для обеспечения соответствующего санитарным правилам и нормам качества воды в реке путем разбавления сточных и дренажных вод, поступающих в реку ниже створа гидроузла.

Экологические попуски призваны обеспечивать сохранение водных, прибрежных и связанных с ними экосистем. Среднемесячные значения расходов экологических попусков могут приниматься равными Q_95% для маловодного периода года (часто различными для летней и зимней межени) и 0,75·Q_95% для половодья, где Q_95% – значение среднемесячного расхода воды, соответствующее ежегодной вероятности превышения 95% [1].

Режимные попуски обеспечивают вынос поступающих с дренажными водами солей, предупреждают нежелательное развитие аккумуляционных русловых образований и обеспечивают необходимый приток воды к устью реки для поддержания его приемлемого гидрологического режима.

Рыбохозяйственные попуски обеспечивают поддержание необходимых условий для существования и воспроизводства рыбного стада и повышения биологической продуктивности реки.

Обеспечение требований к количеству воды, поступающей в нижний бьеф гидроузла, осуществляется на основе правил использования водных ресурсов водохранилища.