Использование диспетчерских правил регулирования стока водохранилищем сводится к назначению режима работы одной ГЭС (водохранилища) иди всех ГЭС (водохранилищ) каскада или системы при обеспечении требований потребителей в соответствии с принятыми нормативами.
Порядок использования диспетчерских графиков:
- на поле диспетчерского графика наносится отметка уровня воды в водохранилище на начало расчетного интервала времени и определяется зона, в которой будет работать гидроузел в этот интервал времени;
- назначаются средние за интервал мощность ГЭС или расход воды в нижнем бьефе гидроузла (или отбор из верхнего бьефа) в соответствии с диспетчерской зоной, в которой окажется вышеуказанная отметка воды в водохранилище;
- определяется отметка уровня воды в водохранилище на конец расчетного интервала;
- проверяется, в какой зоне диспетчерского графика оказывается вычисленная конечная отметка уровня воды; если зона графика по сравнению с первоначальной не изменяется, то расчет для данного интервала заканчивается, если изменяется, то уточняется первоначально заданное значение мощности ГЭС или расхода воды в нижнем бьефе гидроузла;
- повторяется расчет для средних значений мощности ГЭС или расхода воды в нижнем бьефе гидроузла, соответствующих зоне, куда попадает конечная отметка уровня воды в водохранилище; если и при этом начальная и конечная отметки воды в водохранилище не совпадают, то конечная отметка уровня воды в водохранилище в данный интервал времени назначается равным отметке на границе зон и вычисляется промежуточное значение средних за расчетный интервал значений мощности ГЭС или расхода воды в нижнем бьефе гидроузла.
6. Гидравлические расчеты
6.1. Общая часть
6.1.1. При составлении и, особенно, при пересмотре "Правил" выполняются расчеты, называемые специальными гидравлическими. К ним относятся расчеты пропуска высоких половодий через гидроузел или каскад гидроузлов, кривых свободной поверхности (кривых подпора) водохранилищ и уровней воды в верхнем и нижнем бьефах гидроузла при суточном и недельном регулировании мощности ГЭС, при котором имеет место неустановившееся движение воды.
6.1.2. Необходимость выполнения расчетов неустановившегося движения воды при пересмотре "Правил" вызывается, в основном, следующими причинами:
- уточнением, по сравнению с проектными данными, гидравлических характеристик русла реки в верхнем и нижнем бьефах (поперечных сечений, уклонов дна, коэффициентов шероховатости);
- изменением требований к предельным уровням воды во всей зоне водохранилища и диапазону колебаний уровней воды в нижнем бьефе гидроузла.
6.2. Противопаводковые функции водохранилищ и расчеты пропуска высоких половодий и паводков
6.2.1. Проблема определения противопаводковой роли проектируемых и существующих водохранилищ РФ и необходимость ее специального рассмотрения при разработке или пересмотре "Правил" связана как со значительными ущербами от наводнений, особенно в нижних бьефах крупных гидроузлов, так и с вынужденным отклонением от проектного режимов работы отдельных гидроузлов и их каскадов.
6.2.2. В нижнем бьефе ряда гидроузлов расположены крупные города (Рыбинск, Ярославль, Н. Новгород, Самара, Саратов, Волгоград, Ростов-на-Дону, Иркутск, Красноярск, Новосибирск и др.). В связи с этим особого внимания требуют вопросы надежности подпорных сооружений и режима пропуска через гидроузлы высоких половодий и паводков. Требует проверки соответствие пропускной способности водосбросов гидроузлов, проектировавшихся несколько десятилетий назад, современным представлениям о максимальных расходах воды. Разработка или пересмотр этого раздела "Правил" должны быть увязаны с соответствующими разделами деклараций безопасности гидротехнических сооружений гидроузла, составляемой в соответствии с требованиями Федерального закона Российской Федерации "О безопасности гидротехнических сооружений".
6.2.3. В нижних бьефах некоторых крупных гидроузлов велись (и продолжаются) интенсивное освоение и застройка пойменных земель, которые в естественных (до постройки плотин) условиях затапливались каждые 3-5 лет. Для предотвращения затопления этих территорий в относительно невысокие половодья приходится резко снижать сбросные расходы воды путем форсировки уровня водохранилищ сверх НПУ, что согласно проектам гидроузлов 1-го и 2-го классов и правилам использования водных ресурсов их водохранилищ допускается лишь в экстремальные половодья (повторяемостью один раз в 1000 и 10000 лет).
6.2.4. Частые вынужденные форсировки уровня водохранилищ над НПУ при пониженных (против проектных) сбросных расходах воды и соответственно, уровнях нижнего бьефа, неблагоприятно сказываются на безопасности гидротехнических сооружений, снижая коэффициент запаса их устойчивости против нормативного, и приводят к усилению переработки берегов водохранилищ.
6.2.5. Эффективным и требующим относительно небольших капитальных вложений противопаводковым мероприятиям является совершенствование режима пропуска высоких половодий через отдельные гидроузлы и их каскады. Эффективная предполоводная (предпаводковая) сработка водохранилищ, а затем оптимальный порядок пропуска высоких половодий и паводков требуют наличия достоверного и заблаговременного прогноза объема и гидрографа стока весеннего половодья (летне-осеннего паводка).
6.2.6. В качестве исходных данных для расчетов пропуска высоких половодий и паводков через речные гидроузлы используются:
- проектные или уточненные в процессе эксплуатации статические кривые объемов водохранилищ V = f(Z);
- кривые пропускной способности всех водосбросных отверстий;
- уточненные по современным исходным данным гидрографы высокого стока вероятностью превышения 10-0,01% с г.п.;
- диспетчерские правила регулирования высокого стока.
Срезка высоких половодий водохранилищами производится, как правило, на ветви подъема гидрографа при превышении расходом притока Qприт допустимого или заданного значения. Когда Qприт на ветви спада становится равным максимальному сбросному расходу воды, подъем уровня воды в водохранилище (у плотины) прекращается. При дальнейшем понижении притока и сохранении тех же максимальных Qсбр уровень воды в водохранилище снижается до НПУ.
Для решения задачи пропуска высоких половодий через каскады гидроузлов используются имитационные математические модели (в статической и динамической постановке) управления стоком весеннего половодья или летне-осеннего паводка. Статическая модель дает возможность оперативно описывать прохождение половодий и паводков через гидроузел, однако обладает некоторыми недостатками:
- не учитывается волновой характер изменения уровня при изменении расхода воды на входе и выходе из акватории;
- не учитывается время добегания половодной волны по рекам и бьефам гидроузлов;
- предполагается однозначной связь объема воды, накопленной в водохранилище, и отметки уровня воды у плотины, тогда как даже в условиях установившегося потока при различных расходах объем воды в водохранилище различен из-за изменения кривой свободной поверхности;
- рассчитывается ход уровня воды только у плотины и не определяется тиснение уровня воды по длине водохранилища.
При выполнении расчетов пропуска высоких половодий через каскады принимается, что Qприт для каждого гидроузла складывается из Qсбр вышележащего гидроузла и боковой приточности между гидроузлами за соответствующие сутки. Например, в расчетах для Волжско-Камского каскада входные гидрографы принимались: по Волге - для Рыбинского гидроузла, по Каме - для Камского гидроузла, по Ангаро-Енисейскому каскаду - по Ангаре для оз. Байкал, по Енисею - для Саяно-Шушенского гидроузла.
Для каскадов гидроузлов методические трудности построения гидрографов притока к гидроузлам и боковой приточности состоят в неопределенности расчетной вероятности превышения максимальных расходов воды и объемов стока как боковой приточности, так и стока в створах каждого из гидроузлов. Например, если при определении притока к третьей ступени каскада принять одинаковой вероятность превышения притока к верхнему гидроузлу и боковой приточности между первым и вторым, вторым и третьим гидроузлами, например, 0,1%, то вероятность превышения суммарного притока к третьему гидроузлу может составить 0,0001%. Для того, чтобы обеспечить заданную расчетную вероятность превышения объема стока в замыкающем створе, необходимо, чтобы сумма отдельных его составляющих соответствовала объему стока расчетной обеспеченности в замыкающем створе. Так как расчетные гидрографы в этом случае должны быть календарно увязаны между собой для всех участков каскада, то построение гидрографов следует выполнить по моделям многоводных половодий и паводков реальных лет - общих для всех ступеней каскада с приведением к объему стока расчетной обеспеченности в замыкающем створе.
Условие сохранения баланса объемов стока по длине реки определяет различные соотношения обеспеченностей объемов частных гидрографов при заданной вероятности превышения в замыкающем створе.
Основными исходными данными для выполнения расчетов служат:
- кривая зависимости статического объема водохранилища от уровней воды у плотины гидроузла V = f(Z);
- приточным гидрограф в виде среднесуточных расходов воды (с учетом трансформации гидрографа вышележащими водохранилищами);
- состав, характеристика водопропускной способности всех сооружений, участвующих в пропуске половодья, порядок их открытия;
- уровень обязательной предполоводной сработки водохранилища;