Глава 10

ДИСПЕТЧЕРСКИЕ ПРАВИЛА РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЧНОГО СТОКА

10.1. Диспетчерский график режима работы водохранилища

Основным документом, регламентирующим принципы и методы регулирования речного стока с максимально возможным учетом интересов водопользователей, подпорных сооружений гидроузла, населения и хозяйства в его нижнем бьефе являются «Правила использования водохранилищ», точнее одна из их составляющих, называемая «Правила использования водных ресурсов водохранилищ» [8, 25]. Они регламентируют режим наполнения и сработки водохранилища, порядок пропуска половодий и паводков, размеры попусков в нижний бьеф гидроузла. В них приводятся:

• описание местонахождения гидроузла,

• состав и параметры гидротехнических сооружений,

• характеристика естественного стока реки,

• заявки на воду и требования всех водопользователей к режиму расходов и уровней воды,

• максимальный и минимальный уровни воды у плотины гидроузла при нормальной эксплуатации и условия, при которых допускаются наполнение выше максимального или сработка ниже минимального уровня воды,

• минимальные навигационные уровни воды и минимальный уровень воды на период зимнего отстоя судов для водохранилищ, на которых осуществляется судоходство [16].

Для нижнего бьефа гидроузла устанавливаются минимальные уровни воды у выхода в реку судоходных каналов, в зонах питьевых, промышленных и ирригационных водозаборов и в местах зимнего отстоя судов. Максимальные уровни и расходы воды предписываются для периода пропуска половодий и паводков. В верхнем и нижнем бьефах гидроузла в зимний период назнчаются максимально допустимые значения амплитуды внутрисуточных колебаний и интенсивности подъема и спада уровней воды.

Порядок пропуска через гидроузлы высоких половодий и паводков вероятностью превышения 0,01–1% определяется специальными правилами. Режим работы водохранилищ в нормальных эксплуатационных условиях определяется диспетчерскими графиками и правилами регулирования речного стока. В проектах и большинстве действующих Правил превышение НПУ допускается лишь при полностью открытых затворах всех водосбросных и водопропускных отверстий при полном или частичном использовании турбин ГЭС. Иногда по тем или иным причинам требуется срезка максимальных расходов воды в средневысокие половодья и паводки с вероятностью превышения 1, 5 или даже 10% и, соответственно, превышение отметки НПУ при неполном открытии водосбросных сооружений. Такой режим должен быть обоснован дополнительными расчетами, так как возможна угроза устойчивости сооружений из-за увеличения напора на них (верхний бьеф выше НПУ, а нижний – соответствующий относительно небольшому расходу воды в нижнем бьефе). Для предотвращения такой угрозы должны быть установлены допустимые соотношения высоты форсировки уровня верхнего бьефа сверх НПУ и расхода воды в нижнем бьефе гидроузла [10].

Основное содержание правил использования водных ресурсов водохранилищ определяют диспетчерские правила и диспетчерские графики режима его работы. Диспетчерские правила являются средством обеспечения рационального использования водных ресурсов в интересах всех водопользователей в условиях неопределенности исходной гидрологической информации. В зависимости от наличия запасов воды в водохранилище, прогноза притока и фазы водного режима реки диспетчерские правила регулирования стока устанавливают водоподачу всем пользователям, энергоотдачу ГЭС и санитарно-экологические попуски в нижние бьефы гидроузлов. Предполагается, что к моменту составления диспетчерских правил для всех гидроузлов установлены и согласованы заявки на воду всех водопользователей (режим отборов воды из водохранилища, попуски в нижний бьеф, гарантированная энергоотдача ГЭС и их расчетные обеспеченности). Правила регулирования стока должны предусматривать порядок ограничения водоподачи пользователям, энергоотдачи ГЭС, попусков в нижние бьефы гидроузлов при наступлении условий, выходящих за пределы расчетной обеспеченности. Эти правила также должны предусматривать порядок расходования избытков воды при превышении запаса воды в водохранилище над объемом, необходимым для обеспечения гарантированной отдачи [5].

Эффективным инструментом управления водными ресурсами являются диспетчерские графики, позволяющие в каждый интервал времени назначать водо - или энергоотдачу гидроузла или каскада гидроузлов в зависимости от некоторого параметра (обычно от запаса воды в водохранилище на ту или иную дату). При совместной работе нескольких ГЭС или их каскадов в энергосистеме их суммарную энергоотдачу определяет сумма полезных объемов воды в водохранилищах. Диспетчерский график режима работы водохранилища может быть представлен в графической и табличной форме или в виде компьютерной программы. Такой график строится в координатах (t, V) или (t, Z). По оси абсцисс откладывается время t, которое с шагом в сутки, пентаду, декаду или месяц охватывает весь водохозяйственный год. По оси ординат откладываются объемы воды в водохранилище V или соответствующие им приплотинные уровни воды в верхнем бьефе Z. Координатное поле диспетчерского графика разделено на несколько зон, каждой из которых соответствует определенный режим работы водохранилища.

Выделяются следующие основные зоны.

• Зона перебоев или сниженной, относительно гарантированной, отдачи водохранилища. Внутри зоны могут выделяться подзоны, характеризуемые линиями перехода на разную сниженную отдачу. Верхнюю границу зоны называют противоперебойной линией.

• Зона гарантированного режима является наиболее ответственной. В ней назначается нормальная гарантированная отдача воды или мощности ГЭС. Внутри зоны возможна разбивка на подзоны в случае наличия нескольких участников водохозяйственного комплекса, для которых они и определяются.

• Зона отдач сверх гарантированных. В этой зоне выделяют подзоны с различными значениями повышенной отдачи. При наличии ГЭС выделяют подзону загрузки гидроэлектростанции на полную мощность. Линию перехода на полную мощность называют противосбросовой линией. Верхней границей зоны повышенных отдач является отметка нормального подпорного уровня.

• Зона противопаводковой призмы выделяется для водохранилищ, одной из основных функций которых является защита нижнего бьефа гидроузла от наводнений. В этой зоне назначаются максимальные допустимые (по условиям незатопления и неподтопления) расходы воды.

• Зона максимальных сбросов воды. В данной зоне по условиям безопасности сооружений гидроузла открываются все водосбросные отверстия. В верхней части зоны может выделяться подзона, в которую включается и сброс воды через сооружения, непосредственно для этого не предназначенные, например, судоходные шлюзы.

Могут также выделяться подзоны с постепенным увеличением открытия затворов водосбросов. Их верхней границей этой является отметка форсированного подпорного уровня (ФПУ), который не превышается в условиях любой водности, вплоть до расчетной поверочной. В качестве примера на рис. 10.1 показан диспетчерский график режима работы Иваньковского водохранилища, предназначенного для сезонного регулирования стока Верхней Волги.

Рис. 10.1. Диспетчерский график режима работы Иваньковского водохранилища на р. Волге

На диспетчерском графике выделяются три основные зоны.

Зона 1 – зона гарантированной отдачи – соответствует варианту режима работы водохранилища, при котором обеспечивается нормальная гарантированная водо - и энергоотдача.

Зона 2 – зона урезанной отдачи (зона ограничений) – соответствует урезанной по сравнению с гарантированной водо - и энергоотдачей.

Зона 3 – зона повышенной отдачи (зона избытков) – соответствует повышенной по сравнению с гарантированной водо - и энергоотдачей.

Границы этих зон определяются двумя основными линиями диспетчерского графика.

Противоперебойная линия (а-а) является нижней границей зоны избытков и верхней границей зоны гарантированной отдачи. Эта линия описывает ход уровня воды , при котором еще возможен сброс в нижний бьеф гарантированного расхода воды в течение всего водохозяйственного года без риска превышения НПУ к концу половодья и неполного использования полезного объема к концу межени.

Линия ограничений (б-б) является нижней границей зоны гарантированной отдачи и верхней границей зоны ограничений. Эта линия описывает ход уровня воды при минимально допустимой водности половодья и межени, при которой еще возможен сброс в нижний бьеф гарантированного расхода воды в течение всего водохозяйственного года без риска незаполнения полезного объема к концу половодья и без риска снижения уровня ниже отметки УМО к концу межени.

Все линии диспетчерского графика состоят из двух ветвей: ветви сработки для периода межени и ветви наполнения для периода половодья с учетом даты его начала – "скользящая шкала времени".

В зоне повышенной отдачи, расположенной выше линии а-а, но не выше НПУ, допускается переход к повышенной водо- и энергоотдаче. С такой целью в ее пределах иногда наносят соответствующие вспомогательные линии, которые аналогичны противоперебойной линии, но относятся к режиму повышенной отдачи, равной 110–130% и более от гарантированной.

При уровнях воды в водохранилище выше НПУ обычно работают все водопропускные отверстия гидроузла (турбины, донные водосбро­сы, водослив). В зоне избытков иногда выделается еще и противосбросовая линия. Ее ветвь наполнения описывает максимально допустимый ход уровня воды в водохранилище при пропуске экстремально высокого половодья. Ветвь сработки этой линии соответствует изменению уровня воды в водохранилище в условиях повышенной водности прерываемого паводками маловодного периода, когда для обеспечения полной сработки полезного объема к концу водохозяйственного года поступающий в нижний бьеф расход воды равен максимальному сбросному расходу. На рис. 10.1 эта линия совмещена с верхней границей зоны гарантированной водоотдачи.

В зоне урезанной отдачи, расположенной ниже линии б-б, допускается переход к пониженной (урезанной) водо - и энергоотдаче. Для этого в ее пределах иногда наносят соответствующие вспомогательные линии, которые соответствуют режиму урезанной отдачи, равной 90 -70% и менее от гарантированной.