Моделирование режимов попусков из Ассуанского водохранилища с учетом требований природно-хозяйственного комплекса нижнего течения р. Нил

- потери на испарение в зависимости от начального наполнения различны и в основном составляют 9-16 км³/год.

Рис.8. Режим работы водохранилища Асуанского гидроузла в маловодный период (Вариант III)

1- V_н = 61,0 км³, 2- V_н = 105,0 км³, 3- V_н = 149,5 км³, 4- Требуемый минимальный объем воды в водохранилище на конец водохозяйственного года V_к^(т) ? 41,2 км³

Отличительной особенностью маловодного периода является необходимость поддерживания наполнения водохранилища в конце водохозяйственного года не ниже чем средний уровень воды, равный 164,0 м. абс. Это вытекает из условия сохранения благоприятных условий для гидроэнергетического участника комплекса. Хотя следует отметить, что если мы ослабим это ограничение в сторону более низких отметок, то получим дополнительную экономию воды за счет снижения потерь на испарение.

Соответственно увеличивается комплексный попуск в нижний бьеф до 84,3 км³/год.

Вариант IV. Отличается от предыдущего варианта тем, что приток воды в водохранилище увеличивается на 9,5 км³/год за счет мероприятий по снижению потерь воды в области Сэдд посредством создания канала Джонджли. В результате ресурсы воды увеличиваются до 68,7 км³/год в маловодные годы, а комплексный попуск достигает 70 км³/год.

В результате численного машинного эксперимента установлено, что режим работы водохранилища Асуанского гидроузла оказывается идентичным режиму работы, полученному по варианту III.

Вариант V. В этом варианте рассматривается в качестве модели стока период с 1979/80 по 1983/84 г.г. (n=5 лет), являющийся крайне маловодным - средний объем притока равен 50,0 км³/год (P=91%) при крайних значениях 40,6 (P=98,5%) и 56,2 (P=88%) км³/год.

На рис.9. приведен режим работы водохранилища Асуанского гидроузла для этого варианта при попуске 55,0 км³/год. При начальном объеме V_н=61,0 км³ уровень воды в водохранилище во все годы не поднимается выше 168,2 м. абс. Значительное улучшение наблюдается при V_н=V_НПУ=149,5 км³. Это ещё раз свидетельствует о важности того, что с каким начальным наполнением мы приходим к началу маловодного и очень маловодного периода.

Как показывают численные машинные эксперименты, ослабление ограничения на конечное наполнение водохранилища в конце водохозяйственного года (V_к^(т)= 50,0 км³) позволяет увеличить попуск в нижний бьеф с 55,0 км³/год до 76,8 км³/год.

Вариант VI. В качестве модели притока выбран среднемаловодный период с 1992/93 по 1994/95 г.г. (n=3 года) при среднем стоке 66,7 км³/год (P=80%). Комплексный попуск в соответствии с требованиями на ближайшую перспективу увеличен до 70 км³/год. Результаты численного машинного эксперимента показывает, что при начальном наполнении V_н=61,0 км³ уровни воды колеблются в диапазоне от 168,3 до 159,2 м. абс., попуск удовлетворяется полностью, а потери на испарение составляют 9,5 - 10,2 км³/год. При повышенном начальном наполнении и ослаблении ограничения на наполнение водохранилища в конце водохозяйственного года становится возможным увеличить комплексный попуск до 103,0 км³/год.

Рис.9. Режим работы водохранилища Асуанского гидроузла в крайне маловодный период (Вариант V)

Заключение

1. Особенности задачи управления ВХК водохранилища Асуанского гидроузла - сложные функциональные зависимости между большим количеством взаимосвязанных гидролого-водохозяйственных, социально-экономических и экологических факторов, обусловливают множество связей между отдельными участниками комплекса. Другой немаловажной, а иногда решающей является стохастичность притока воды в водохранилище и многокритериальность при обосновании правил управления его водными ресурсами. Все это предопределило постановку задачи управления водными ресурсами Асуанского ВХК как потоковую задачу и для ее решения использовался алгоритм максимального потока, реализующий принцип сохранения баланса воды и вещества в системе.

2. Выполнены анализ современного состояния проблемы управления водными ресурсами водохранилища Асуанского гидроузла требует, с одной стороны, учета нестационарности притока речных вод и потерь воды на испарение с водной поверхности, а с другой, учета социально-экономических и экологических условий в нижнем течении и дельте р. Нил, как в настоящее время, так и в ближайшей перспективе.

3. Учитывая тот факт, что водохранилище Асуанскоого гидроузла осуществляет глубокое многолетнее регулирование стока, проведен анализ межгодовой и внутригодовой изменчивости притока речных вод в водохранилище. Установлено, что колебания годового стока р. Нил характеризуются последовательным чередованием лет (или групп лет) различной водности. Кроме того, начиная с 1968/69 г. наблюдается снижение годовых объемов стока в сравнении с предшествующим периодом. Так, средний сток за период 1969/70 - 2004/05 гг. меньше среднемноголетнего стока на 22,7 км³/год (27%), а его дисперсия составляет всего лишь 38% от дисперсии всего ряда. Имеет место так же резкое отличие коэффициентов автокорреляции годового стока (соответственно 0,51 и 0,13). Таким образом, этот период в динамике годового стока р. Нил статистически значимо отличается по своим параметрам от предшествующего периода. Внутригодовой режим притока речных вод в водохранилище характеризуется наличием двух четко выраженных периодов: повышенного стока с августа по октябрь и пониженного стока с ноября по июль. На первый период приходится 55-70% годового стока, в зависимости от водности года, а на период низкого стока приходится 30-45% от годового объема стока.

4. Потери на испарение в условиях жаркого и сухого климата, свойственного территории Египта особенно велики. В связи с этим были проведены исследования для получения математической модели испарения с водной поверхности с определяющими его факторами (температура поверхности воды и воздуха, влажность воздуха и скорость ветра). В результате для оценки потерь воды на испарение с водной поверхности водохранилища Асуанского гидроузла предложена эмпирическая зависимость, связывающая испарение со средним значением максимальной упругости водяного пара, вычисленной по температуре поверхности воды, средним значением упругости водного пара на высоте 200 см и средним значением скорости ветра на высоте 200 см. Для оценки величины испарения с водной поверхности водохранилища Асуанского гидроузла при расчете его водного баланса используется график зависимости суммарных потерь на испарение от площади водного зеркала водохранилища, для различных месяцев. Сопоставление расчетных и наблюденных значений испарения с водной поверхности показало, что средняя ошибка составляет 6,30% при крайних значениях 1,0-18,0%. Это позволяет рекомендовать уравнение (7) для оценки потерь на испарение с водной поверхности водохранилища Асуанского гидроузла при водохозяйственных расчетах.

5. Разработана имитационная модель функционирования ВХК водохранилища Асуанского гидроузла в русловой части реки, где выделены два участка: собственно водохранилище и не зарегулированный участок р. Нил в его нижнем течении и дельте. Каждый участок характеризуется соответствующим балансовым дифференциальным уравнением воды и вещества. Учитывая многокомпонентность функционирования ВХК водохранилища Асуанского гидроузла, для моделирования режима попусков из него используется имитационная модель с блочной структурой. Кроме балансовых уравнений и системных ограничений, в качестве критерия выбора предпочтительных вариантов режима попусков принимается минимизация максимального отклонения расчетных попусков от оптимальных. При этом попускам, назначенным для улучшения экологических условий в нижнем течении и дельте р. Нил, отдается предпочтение. В условиях маловодья, когда не имеется возможности удовлетворить всех участников комплексного попуска, применяется правило справедливых уступок, заключающееся в последовательном ущемлении интересов более приоритетных участников ВХК с целью поднятия нижней границы до технологического или экологического минимума требований на воду менее приоритетных участников.

6.Численная реализация разработанной имитационной модели функционирования ВХК водохранилища Асуанского гидроузла включила, во-первых, проверку степени адекватности модели реальным условиям и, во-вторых, в проведении серии вариантных расчетов для оценки и выбора рационального режима попусков из водохранилища. Проведенное сопоставление расчетных и фактических характеристик режима работы водохранилища Асуанского гидроузла свидетельствует об адекватности разработанной модели его функционирования реальному режиму его работы. В целом результаты численного машинного эксперимента позволяют сделать следующие выводы:

· независимо от водности р. Нил во всех рассматриваемых вариантах полностью обеспечивается требуемый комплексный попуск в размере 62 (современный уровень) и 70 км³/год (ближайшая перспектива);

· в многоводные годы создается возможность увеличить попуск до 77-124 км³/год, что создает благоприятные санитарно-экологические условия в нижнем течении и дельте р. Нил;

· в средние и маловодные годы, благодаря поддержанию наполнения водохранилища на отметке 164 м. абс., создается возможность не только уменьшить непроизводительные потери воды на испарение, но и увеличить попуск в нижний бьеф до 103,0 км³/год по сравнению с требуемым попуском 62 км³/год;

7. Численный машинный эксперимент создает реальную возможность рассмотреть достаточно большое количество вариантов функционирования ВХК водохранилища Асуанского гидроузла, связанных как с возможным изменением климатических условий в зоне формирования стока р. Нил и в зоне его использования, так и стратегии развития экономики Египта;

8. Учитывая большую роль гидроэнергетики в ВХК водохранилища Асуанского гидроузла, в дальнейшем необходимо в функциональную структуру разработанной имитационной модели включить блок режима работы ГЭС с последующим определением водноэнергетических показателей (мощность, выработка, напор). Этот блок тем более важен, что позволяет установить допустимые минимальные уровни сработки водохранилища, не ущемляя сильно интересы гидроэнергетики;

9. Как видно из численных экспериментов, поддержание высоких уровней воды в водохранилище сопряжено с большими потерями воды на испарение и некоторым ущемлением дополнительных попусков из водохранилища с целью улучшения санитарно-экологических условий в его нижнем бьефе.

Основное положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Влияние водохозяйственного комплекса водохранилища Насер на р. Нил на качество окружающей среды. //Природообустойство и рациональное природопользование - необходимые условия социально - экономического развития России. Сборник научных трудов. Часть 1. - М.: МГУП, 2005. С. 325-330.

2. Обоснование метода расчета испарения с водной поверхности и адаптация его к условиям водохранилища Асуанского гидроузла //Материалы международной научно-практической конференции «Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования в развития экосистем». Часть II. - М.: МГУП, 2006. С. 89-93.

3. Оценка межгодовой изменчивости притока речных вод в водохранилище Асуанского гидроузла (в соавторстве) // Мелиорация и водное хозяйство, 2007. №1. С. 53-55.

4. Моделирование режимов попусков ВХК водохранилища Асуанского гидроузла. //Доклады международной научно-практической конференции «Роль обустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК».М: МГУП, 2007 (в печати, в соавторстве).

Размещено на Allbest.ru