4.2. Расчет оптимального объема водохранилища

Приведены способы расчета объемов водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования, обеспечивающих необходимое для гидроэнергетики выравнивание стока и выработки электроэнергии.

Автор курса: Георгий Николаевич Петров

Критерий оптимизации режима работы ГЭС для энергетики – полное выравнивание выработки электроэнергии в течение года. В первом приближении это обеспечивается полным выравниванием расходов воды через ГЭС.
Наличие многолетней и сезонной изменчивости водного стока показывает, что эффективное использование такого режима возможно только при помощи водохранилищ, соответственно многолетнего и сезонного регулирования. Объемы необходимых водохранилищ, обеспечивающих это, можно рассчитать графоаналитическим методом.
Для водохранилищ сезонного регулирования для этого используются интегральные кривые стока. Расчеты, выполненные для реки Вахш, показывают, что необходимый объем водохранилищ при сезонном регулировании прямо пропорционален водности года и может быть описан уравнением:
Vв-ща = 0,4031Qреки - 1,1866
с очень высоким коэффициентом детерминации:
R² = 0,9986
Как показывают специальные расчеты на математической модели такие объемы водохранилищ позволяют также обеспечить полное выравнивание выработки электроэнергии в течение года.
При этом неважно, какой период года принимается для расчетов – календарный – с начала января до конца декабря, или гидрологический – с апреля по март следующего года.
Для всех случаев необходимый для полного выравнивания стока и выравнивания выработки электроэнергии объем водохранилища находится в пределах 32 – 35% от годового объема стока реки, несколько увеличиваясь с последним (табл. 1).
Табл. 1
Wреки куб.км 14,52 20,03 27,62
Wв-ща куб.км 4,60 7,00 9,90
%% 31,68 34,95 35,84

Таким образом, для полного выравнивания стока в течение одного года независимо от водности, достаточно объема водохранилища 10 куб.км. При случайным чередовании лет разной водности этого может быть достаточно и для частично многолетнего регулирования стока. Но уже при трех последовательных лет с понижающейся водностью – от максимальной до минимальной, объём регулирующего водохранилища должен быть несколько больше – 12,5 куб.км. Это 62,4% от среднего объема стока реки Вахш.
Оценку объема водохранилищ для многолетнего регулирования стока можно сделать на основе общего анализа временных рядов водности. Для этого удобно представить временные ряды в виде функции:
∑(Q_i-¯Q_ср ) =f(t_i )
Qi – годовой сток за год i,
¯Q_ср – среднегодовой сток за весь период наблюдений,
ti – время в годах.
Такие расчеты показывают, что на р. Вахш имело место последовательное общее снижение водности в 1959 по 1991 год, а на р. Нарын с конца 30-х÷начала 40-х годов до 1986 года. Общий дефицит водности за этот период соответственно составляет для р. Вахш – 32.18 куб.км и для р. Нарын – 28,5 куб.км. Водохранилища предназначены именно для компенсации этих долговременных дефицитов воды, поэтому их оптимальные общие объемы водохранилищ для этих рек должны быть равны:
Для р. Вахш – 32,18 куб.км
Для р. Нарын – 28,5 куб.км.
При этом в настоящее время общий полезный объем водохранилищ на р. Нарын, даже при наличии крупнейшего в бассейне Аральского моря Токтогульского гидроузла меньше 15 куб.км, а в бассейне р. Вахш суммарный объем водохранилищ сегодня только 3,5 куб.км и даже после полного ввода в строй Рогунской ГЭС будет равен только 14 куб.км.

Задания для самоконтроля
Что такое кривая обеспеченности? Чем она отличается от кривой повторяемости?
Как строятся интегральные кривые стока?
Чем отличается выравнивание стока от выравнивания выработки электроэнергии?
Чем отличается работа гидроузлов в энергетическом и ирригационном режимах?

Дополнительное задание
Как изменяться требуемые объемы регулирующих водохранилищ если в качестве расчетного периода принять не календарный год, а вегетационный?