I. Водохозяйственные и водноэнергетические расчеты

1. Водохозяйственные и водноэнергетические расчеты являются основой разработки режимов работы водохранилища, диспетчерских правил и графиков, по результатам таких расчетов могут быть получены оценки надежности водообеспечения потребителей и, в определенной степени, безопасности гидротехнических сооружений водохранилища.

2. Водохозяйственные расчеты - это совокупность вычислительных операций по определению режимов сработки и наполнения водохранилища (уровней воды, объемов и площадей зеркала водохранилища), расходов воды в нижнем бьефе гидроузла водохранилища, расходов потерь воды из водохранилища (на испарение, льдообразование, фильтрацию, шлюзование), расходов подачи воды из водохранилища потребителям (на водоснабжение, орошение, обеспечение судоходства, переброску стока в другие бассейны).

2.1. Водохозяйственные расчеты выполняются путем решения уравнения водного баланса в каждый расчетный интервал времени, продолжительность которого определяется требуемой точностью расчетов, интенсивностью изменения притока воды и водопотребления, располагаемой гидрологической и водохозяйственной информацией.

2.2. Балансовое уравнение для водохранилища в створе его гидроузла для каждого расчетного интервала времени i в терминах средних за интервал расходов воды имеет следующий вид:

,

где: - суммарный расход воды во входных створах водохранилища, представляющий собой сумму естественных расходов воды в этих створах (при отсутствии вышерасположенных водохранилищ) за вычетом расходов безвозвратного водопотребления выше этих створов либо расходов воды в нижних бьефах гидроузлов вышерасположенных водохранилищ (створы которых в этом случае являются входными створами рассматриваемого водохранилища);

- суммарный расход бокового притока воды в рассматриваемое водохранилище (включая подземный приток и осадки на поверхность водохранилища, возврат воды от таяния льда, осевшего на берегах водохранилища во время его сработки);

- суммарный расход безвозвратного водопотребления из рассматриваемого водохранилища (забор - возврат);

- суммарный расход потерь из рассматриваемого водохранилища (включая подземный отток, испарение с поверхности водохранилища, временные потери на ледообразование льда, оседающего на берегах водохранилища при его сработке);

- расход воды на сработку (+) или наполнение (-) рассматриваемого водохранилища;

- расход воды в нижнем бьефе рассматриваемого гидроузла, всего, с учетом возвратных затрат стока и потерь (шлюзование, фильтрация через тело, основание и берега плотины гидроузла, протечки через неплотности затворов водопропускных сооружений);

- суммарная невязка водного баланса рассматриваемого водохранилища, являющаяся результатом неточности измерения или вычисления учтенных статей водного баланса, а также наличия неучтенных статей водного баланса. Определяется только при исследовании фактических режимов работы водохранилищ и может быть как положительной (+), так и отрицательной (-).

2.3. Укрупненные статьи водного баланса могут быть развернуты в отдельные показатели. Кроме показателей, характеризующих водный баланс водохранилища, результатом расчетов являются также такие показатели, как уровни и объемы воды в рассматриваемом водохранилище, определенные на границах расчетных интервалов времени (начальный и конечный), и средние за расчетный интервал времени.

3. Водноэнергетические расчеты - это совокупность вычислительных операций по определению выработки электроэнергии гидроэлектростанциями, а также следующих показателей:

уровни воды в нижнем бьефе гидроузла;

напоры гидроэлектростанции (брутто и нетто);

средние и пиковые мощности гидроэлектростанции;

выработка электроэнергии гидроэлектростанции.

3.1. При выполнении расчетов по расчетным интервалам времени учитывается, что интенсивность прихода и расхода воды в водохранилище в течение каждого интервала постоянны и соответствуют некоторому среднему по времени за этот интервал уровню водохранилища. Поскольку значение среднего уровня воды в водохранилище зависит от его конечного (за интервал) наполнения, расчеты работы водохранилища проводятся методом последовательного приближения. Например, задается предполагаемое конечное наполнение водохранилища, определяется средний (за расчетный интервал) уровень воды в нем и зависящие от него расходные статьи водного баланса, производится расчет водного баланса и проверяется соотношение между рассчитанным и принятым на конец расчетного интервала наполнением водохранилища. В случае несоответствия рассчитанного и принятого наполнения вносятся необходимые коррективы и расчет выполняется заново.

3.2. При проведении расчетов режимов работы водохранилища длительность расчетных интервалов зависит от характера колебаний стока для гидрологических условий рассматриваемого водохранилища. Обычно для анализа меженных периодов достаточным является проведение водохозяйственных и водноэнергетических расчетов по месячным и/или декадным отрезкам времени. В период прохождения половодий приходится переходить к декадам, пятидневкам (пентадам), а в ряде случаев и к суточным интервалам. Переход к коротким расчетным интервалам времени оказывается необходим также для расчетов прохождения дождевых и снего-дождевых паводков. Необходимость уменьшения длительности расчетных интервалов вытекает из того, что при значительной длительности этих интервалов замена сильно колеблющегося стока средними расходами воды приводит к искажению результатов расчетов.

3.3. В расчетах по рассматриваемому в проекте Правил использования водохранилищу используются такие временные промежутки водохозяйственного года на расчетные интервалы, позволяющие достаточно точно учитывать изменчивость статей водного баланса водохранилища, то есть чтобы при дальнейшем сокращении длительности расчетных интервалов получаемые по результатам расчетов оценки критериев надежности и безопасности рассматриваемых режимов работы водохранилища практически не изменялись.

3.4. В расчетах для всех лет многолетнего расчетного ряда используются единые временные промежутки на расчетные интервалы, при этом длительность расчетных интервалов не превышает 1 месяца (квартала, полугодия, года).

3.5. В целях получения корректных результатов, включая многолетний водный баланс водохранилища, при проведении расчетов по многолетнему ряду выполняется условие нулевого изменения наполнения водохранилища за многолетний период, то есть наполнение водохранилища на начало первого расчетного интервала первого в ряду расчетного водохозяйственного года должно точно соответствовать наполнению водохранилища на конец последнего расчетного интервала последнего в ряду расчетного водохозяйственного года. Это достигается путем подстановки в качестве начальных условий результатов расчета на конец рассматриваемого многолетнего периода и проведения повторного расчета. Для достижения требуемого результата обычно достаточно 2 - 3 итераций.

4. При обосновании разрабатываемого проекта Правил использования водохозяйственные и водноэнергетические расчеты проводятся по многолетним (календарным) стоковым рядам среднедекадных (среднепентадных, среднесуточных) и среднемесячных расходов воды. Длительность расчетного ряда составляет не менее 40 - 50 лет, а в случае если период эксплуатации водохранилища превышает указанные величины, то длительность ряда составляет не менее длительности фактического периода эксплуатации.

При недостаточности рядов фактических наблюдений за стоком они могут быть продлены с помощью известных методов математического моделирования временных рядов.

5. Водохозяйственные и водноэнергетические расчеты проводятся применительно к определенным правилам управления водными ресурсами водохранилищ (диспетчерским графикам) с учетом того, что приток воды в водохранилище считается известным лишь на один расчетный интервал времени вперед.

5.1. В случае если приток воды в водохранилище в будущем неизвестен и режим работы водохранилища на предстоящий расчетный интервал назначается сразу, исходя из отметки уровня воды в водохранилище на начало этого расчетного интервала, расчеты будут иметь более низкие показатели обеспеченности отдачи. Такой подход может применяться только для водохранилищ, обладающих значительной полезной емкостью, и/или при расчетных интервалах менее 1 декады.

5.2. В расчетах и в разрабатываемых вариантах правил регулирования режимов работы водохранилищ и диспетчерских графиков учитываются пропускные способности и другие характеристики производительности сооружений и оборудования гидротехнических сооружений водохранилища, а также возможные и допустимые схемы их работы, включая необходимость резервирования и планового ремонта части оборудования, время, необходимое для ввода сооружений и оборудования гидроузлов в действие и перевода их из одного режима работы в другой.

5.3. Так показатели отдачи в пределах любой зоны диспетчерского графика для любой отметки уровня воды и любого момента времени не могут превышать суммарной производительности (пропускной способности) соответствующих сооружений (в том числе, для гидроэлектростанций - и максимальной пропускной способности (мощности) отходящих линий электропередач).

5.4. В случае если зона диспетчерского графика достаточно широка и имеет место существенное изменение пропускных способностей сооружений при переходе от нижней границы зоны к верхней, отдача назначается в виде соответствующего диапазона значений.

5.5. В случае если в отдельные периоды водохозяйственного года для рассматриваемого водохранилища перепады уровней воды по его длине столь значительны, что объемы воды, вычисленные по приплотинным отметкам (статические объемы), значительно отличаются от реальных объемов воды (динамические объемы), необходим учет влияния динамики движения водных масс на показатели расчетов. В этом случае водохозяйственные и водноэнергетические расчеты проводятся с использованием схем, учитывающих динамические объемы либо в целом по водохранилищу, либо по нескольким его участкам и по соответствующим укороченным интервалам времени для лимитирующих периодов (пентада, сутки).

5.6. Порядок проведения водохозяйственных и водноэнергетических расчетов по календарным многолетним рядам стока может зависеть от размеров регулирующего объема водохранилища и от целей регулирования. При проведении расчетов преследуется цель последовательного вычисления расчетных показателей по каждому расчетному интервалу времени в течение водохозяйственного года и затем последовательно от года к году по всему многолетнему ряду. При этом результаты расчета по предыдущему расчетному интервалу являются начальными условиями для последующего.