Транспортно-энергетический водный путь Судана

Размещено на http://allbest.ru

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Транспортно-энергетический водный путь Судана

Специальность 05.23.07 - «Гидротехническое строительство»

Муавия Али Халид Мохамед

Москва 2007г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Правдивец Юрии Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Асарин Александр Евгеньевич

кандидат технических наук, доцент Корчагин Евгений Александрович

Ведущая организация: ОАО “Гипроречтранс”

Защита диссертации состоится 2007 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.03 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 107066. Москва, Спартаковская ул. 2/1, ауд._____

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Орехов Г.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Задача использования водных ресурсов Судана с регулированием стока рек рассматривалась до сих пор исходя из потребностей отдельных отраслей народного хозяйства. Современное развитие науки и техники предполагает наличие комплексного подхода к решению многих, в том числе,и водных проблем.

Комплексное использование ресурсов речной системы Нила в пределах территории Судана является достаточно сложной задачей, что объясняется рядом убедительных обстоятельств.

Во первых, большинство естественных водных путей Судана не пригодны для судоходства из-за значительных препятствий на трассах, в том числе и по причине недостаточности глубины.

В настоящее время протяженность эксплуатируемых водных путей составляет 1436 км или 25% от общей протяженности рек а объем перевозок грузов водным транспортом..

Во-вторых, экономический гидроэнергетический потенциал Судана используется в настоящее очень слабо: всего 1,185млрд. кВтч. Это составляет 0,6% от общего гидроэнергетического потенциала страны.

До настоящего времени основой электроэнергетического хозяйства Судана являются тепловые электростанции, их доля в выработке электроэнергии составляет 66%

В третьих, водный режим рек Судана характеризуется высоким летним половодьем и последующей низкой меженью. По всей территории отмечается существенная неравномерность стока, что затрудняет водоснабжения и сельскохозяйственное орошения.

Во четвертых, заключенное в 1959г. соглашение по Нилу дало Египту право использовать 55,5 млрд. куб. м вод Нила, Судану-18,5 млрд., в настоящее время реальное потребление Суданом нильской воды не превышает 14,5 млрд. куб. м, т. е. 4.0 млрд. ежегодно остаются неиспользованными.

Во пятых, в ряде районов Судана проходят частые и порою разрушительные наводнения.

Поэтому для решения стоящей перед экономикой Судана задачи комплексного регулирования и использования водных ресурсов предлагается создания и развитие глубоководного транспортно-энергетического пути страны на базе строительства на реках шлюзованных каскадов. Для этого необходимо проведения соответствующих исследований, техническая и информационная поддержка, политическое принятие решения. Транспортно-энергетическая реконструкция речной сети Судана может стать важным фактором рационального природопользования и экономического развития страны, что несомненно является актуальной современной задачей.

Целью диссертационной работы является исследование возможностей рационального регулирования и комплексного использования водных ресурсов Судана на примере создания транспортно-энергетического водного пути страны.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

· выявлены факторы определяющие необходимость комплексного рассмотрения различных водохозяйственных, энергетических и транспортных проблем;

· исследованы гидрологии рек, существующие водные пути Судана и их основные особенности;

· изучены принципы развития транспортно-энергетического водного пути страны;

· разработаны предложения по классификации внутренних водных путей Судана и общие принципы проектирования комплексной реконструкции рек;

· определена боковая приточность на участках р. Нила в зависимости от наличия исходных гидрометрических данных по методу водного баланса;

· разработана динамическая модель водного баланса речной системы р. Нил на основе метода системного динамического моделирования.

Научная новизна заключается в следующем:

· сформулировано научно-практическое положение о необходимости совместного комплексного рассмотрения энергетических и транспортных проблем Судана;

· предложена классификация внутренних водных путей Судана;

· разработана математическая модель бассейна реки Нила на территории Судана, позволяющая прогнозировать расходно-уровенный режим реки в зависимости от метеорологических условий, гидравлических параметров русла и водохозяйственных факторов;

· получена необходимая информация для разработки планов развития транспортно-энергетического водного пути;

· проанализированы возможности увеличения судоходных глубин на различных участках речной системы;

· сформулированы принципы каскадирования рек речного бассейна (Нила);

· предложен порядок проектирования гидроузлов транспортно-энергетического водного комплекса Судана.

Достоверность научных результатов, полученных в работе, подтверждена:

- сопоставлением с результатами, полученными как с помощью известных расчетных методов, так с данными натурных измерений;

- сопоставлением научных положений, выводов и практических рекомендаций, сформулированных в работе, с зарубежным опытом по созданию и эксплуатации транспортно-энергетических водных комплексов в развитых странах Европы, США, Канады и Китая..

Практическая значимость и ценность работы. Выполненная работа, освещая проблему совместного развития водных путей и гидроэнергетики, убедительно подводит к главному выводу о безальтернативности создания транспортно-энергетического водного пути Судана, т.е. устройства на его реках глубоководных шлюзованных путей с использованием водной энергии. Развитие такой системы, позволяя решить различные водохозяйственные и экологические проблемы, послужит основной рационального природопользования и в конечном итоге устойчивого развития страны.

Основные положения, выносимые на защиту:

· научные концепции развития водного хозяйства Судана;

· гидролого-морфологические особенности рек Судана;

· проблемы и принципы развития судоходных путей Судана;

· технико-экономические показатели внутреннего транспорта;

· транспортно-энергетический комплекс и принципы его развития;

· водохозяйственный баланс, его главные задачи и составляющие;

· принципы реконструкции рек путем создания многофункциональных каскадов подпертых бьефов.

Апробация работы: Постановка задачи и результаты исследований обсуждались на заседании кафедры водного хозяйства и морских портов МГСУ.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пять глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, насчитывающего 157 наименования, из которых 50 иностранных, и приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, иллюстрирована 34 рисунками, содержит 34 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматриваются причины, обусловившие необходимость совместного комплексного рассмотрения различных водохозяйственных, энергетических и транспортных проблем, считавшихся ранее при господствовавших отраслевых подходах не связанными между собой.

В первой главе рассмотрена гидрология рек и существующие водные пути Судана, их основные проблемы, предложены подходы к их решению, приведены краткий обзор и оценка гидроэнергетического потенциала Судана. нил судан водный судоходный путь

Все реки, протекающие по территории Судана, принадлежат бассейну Нила. Нил является важнейшим элементом земной поверхности в северо-восточной части Африки. Бассейн этой реки охватывает Египет, Судан и Уганду, треть Эфиопии и части территории Кении, Танганьики, Руанды-Бурунди и Конго. Протяжение Нила от наиболее удаленных истоков близ озера Танганьика до Средиземного моря равно 6660 км. Площадь бассейна Нила составляет 2870 тыс. км2. Нил обладает довольно равномерным годовым стоком. Относительное значение в стоке Нила и его притоков представлено в табл.1.

Таблица 1

Годовой сток Нила и его притоков

Река	Сток, км3/год
Бахар-Эль-Джебель, ниже озера Альберта	24
Бахар-Эль-Джебель, ниже области болот Сэдд	12
Собат, у впадения в Нил	12
Белый Нил у Хартума	24
Голубой Нил у Хартума	48
Атбара	12
Нил при входе в Египет у Вади-Хальфа	84

Внутренние судоходные пути Судана на р. Нил от Вади-Хальфа до Хартума протяженностью около 1500 км разделяется на три участка:

1- от Вади-Хальфа до Кермы (385 км)- постоянного судоходства не имеет;

2 - участок от Кермы до Марави и Кареймы (340 км)- судоходен, имеется регулярное теплоходное сообщение;

3 - от Кареймы до Хартума 800км. Судоходство по Нилу ограничивают пороги (табл.2). Их традиционно считают снизу вверх, 1-й порог затоплен водохранилищем Насер.

Белый Нил. Этот путь протяженностью от Хартума до Малакал 1820 км -- единственный, соединяющий юг Судана с его центральными областями. Имеются многие затруднительные для судоходства участки, глубины на которых при низких уровнях воды не превышают 1 м, а ширина судового хода 30-50 м (перекаты Абу-Зейд, Динка, Гаср-эль-Дом и мн. др.).

Голубой Нил зарегулирован плотинами Росейрес и Сеннар, построенными для целей ирригации и гидроэнергетики. Из-за отсутствия судопропускных сооружений транзит по реке невозможен, река разделена плотинами на участки Росейрес -- Сеннар (270 км) и Сеннар -- Хартум (360 км). Участок Голубого Нила между Сеннар и Хартумом вообще не используется для речного транспорта.

Бахар-Эль-Джебель. Река судоходна от Малакал до Джуба (935 км) для судов с осадкой до1,8 м.

Кроме того, сезонно (в многоводные периоды) используются для судоходства реки Собат (330 км) и ее притоки Пибор, Баро с выходом в Эфиопию, а также Бахр-Аль-Гзаль (230 км). Габариты пути на этих реках допускают плавание небольших судов с осадкой не более 0,5-0,8 м.

Экономический потенциал рек Судана составляет 1900млрд.кВ.ч.

Таблица 2

Пороги реки Нил

Название	Расстояние от Хартума, км	Длина км	Падение м	Примечание
6-йпорог (Саблога)	80	15		Судоходен по высокой воде
5-й порог		20	8	Выходы скальных пород поперек русла
Ширайк	460	7	7	То же
Салсанс		8	7	То же
Абу-Декс		12	5	То же
Абу-Хамад	633	27	38	Выходы скальных пород поперек рукавов, образованных островом Маград
4-й порог	705	100	33	Поперек русла камни и (от 750-го км) мелкие (до 15 м) острова
3-й порог	1150	20	11	Первые 5 км вполне пригодны для судоходства
Кайбар	1210	5	3	Одна скальная гряда
Дальго		6	2
Аббри	1305	54	10	Первые 10 км судоходны
Даль	1378	24	12	Ряд потоков выходы скальных пород поперек русла
Тунгор	1420	12	10	То же
Аби сари	1436	12	10	То же
Амара аттаб	1468	5	5	То же
2-й порог	1480	15	15	Выходы скальных пород поперек русла

Во второй главе приведены технико-экономические показатели внутреннего транспорта Судана и рассмотрено взаимодействие топливно-энергетического (ТЭК) и транспортного комплексов (ТК). Железнодорожный и внутренний водный транспорт являются основными универсальными видами транспорта и поэтому они конкуренты, сопоставляются их технико-экономические параметры. Данные автомобильного и трубопроводного транспорта приводится по мере необходимости.

Себестоимость перевозок является важнейшей экономической характеристикой внутреннего транспорта (табл.3).

Таблица 3

Себестоимость внутренних перевозок грузов в Судане в фактически действовавших ценах по данным министерства финансов (динар. за 1 т.км, - числитель; доли единицы по отношению к ж.д.)

Вид транспорта	1997г.	1998 г.	1999 Г.	2000 г.	2001 Г.	2002Г.
Железнодорожный	4,1	4,6	5,4	5,1	6,9	5,8
Внутр. водный	0,95	2,7	4,2	10	15,5	15,2
%	0,18	0,56	0,77	1,96	2,24	2,6

В табл.4 представлено соотношение интенсивности перевозок по водным путям Судана в сравнении с перевозками по железным дорогам.

Существенная их разность объясняется малозагруженностью речных грузовых судов.

Кроме того, водные пути Нила имеют существенные ограничения габаритов для судовых ходов и неблагоприятные судоходные условия на большинстве путей.

Таблица 4

Интенсивность перевозок по путям сообщения Судана (тыс.т. км на 1 км. Длины).

Вид транспорта	1997 г.	1998 г.	1999 г.	2000 г.	2001 г.	2002 г.
Железные дороги	560	461	440	430	335	349
Внутренние водные пути	165	122,4	80	36	27	36

В настоящее время, в условиях нестабильности экономики Судана, его транспортной системе свойствен рост суммарных по народному хозяйству транспортных затрат, обусловленный прежде всего ростом энергоемкости внутреннего транспорта.

Главной причиной этого является изменение структуры грузооборота по видам транспорта за 3 года (2000-2003). Доля наиболее энергоемкого вида транспорта (автомобильного) возросла в 1,58 раз, а доля наименее энергоемкого водного транспорта сократилась с 0,6% на 0,35%, табл.5.

Таблица 5

Структура грузооборота по видам внутреннего транспорта Судана.

Вид транспорта	2000.	2003
	Грузооборот, мил..ткм	доля в грузообороте, %%	грузооборот, мил. ткм	рост, число раз	доля в грузообороте, %%
Железнодорожный	1213	14	889	-0,73	6,25
Внутренний водный	51,9	0,6	51,7	- 0,99	0,35
Автомобильный	7118,2	82,7	11299,4	1,58	79,5
Трубопроводный: нефть, нефтепродукты	228,2	2,7	1980	8,7	13,9
Всего:	8611,3	100,0	14220	1,7	100,0

Зарубежная практика показывает, что энергоемкость (затраты на 1ткм перевозки) у водных перевозок в среднем на 20-80% ниже, чем у железнодорожных и в десятки раз ниже, чем у автомобильных.

Важны другие параметры, такие как:

- металлоемкость, расход металла на 1т грузоподъемности металлической баржи в 4-5 раз меньше, чем на 1т грузоподъемности железнодорожного вагона.

- воздействие на окружающую среду -из всех видов транспорта водный транспорт вообще наименее вреден для окружающей среды.

Далее рассматриваются проблемы транспортно-энергетического комплекса Судана. Электроэнергетика и транспорт являются главными потребителями топлива, (табл. 6).

Увеличение доли тепловых электростанций в выработке электроэнергии в Судане в 2000-2003 гг. (табл. 7) ведет к повышению среднего расхода топлива и росту себестоимости электроэнергии, где затраты на топливо составляют 75% от себестоимости электроэнергии ТЭС и 12% ГЭС.

Таблица 6

Потребление топлива в Судане

Показатели	2000 г.	2001 г.	2002 г.	2003 г.
Суммарное потребление топлива, тыс. т	1748,4	2010,3	2405,5	2692,7
Потребление топлива транспортом, тыс. т	256	365	397	504
Доля транспорта, % от суммы	14%	18%	16,5%	19%
Доля электроэнергетики, тыс. т	620	704	930	943
Доля электроэнергетики, % от суммы	35,5%	35%	39%	35%

К тому же растет транспортная составляющая в стоимости топлива. Это связано с увеличением доли в перевозках наиболее энергоемких видов транспорта - автомобильного и сокращением доли наименее энергоемкого- водного, (табл. 7).

Таблица 7

Перевозки топливных грузов в Судане по видам внутреннего транспорта (тыс.т)

Вид транспорта	2000 г.	2001г.	2002 г.	2003 г.
Железнодорожный	201,2	212,2	387,3	352,9
Автомобильный	1967,4	2177,9	2266,2	2725,6
Водный	44	-	-	-
Трубопроводный	990	831,7	756	3192
Всего	3163	3227	3409	6270

В период 2000 -- 2003 гг. в Судане отмечается:

· рост на 39 % средней дальности пробега грузов;

· рост на 23 % общей энергоемкости внутреннего транспорта (на 1 ткм) -- прежде всего, из-за изменения структуры перевозок по видам транспорта (табл. 7);

· рост в 2 раза суммарного по народному хозяйству расхода топливно-энергетических ресурсов на перевозки (табл. 8);

· рост полных транспортных затрат народного хозяйства (в 2 раза), опережающий рост валового национального продукта (1,27 раза) и обусловленный ростом суммарного расхода топливно-энергетических ресурсов на перевозки (табл. 8).

Эти тенденции неблагоприятны для социально-экономического развития, которые могут быть преодолены двумя путями: 1- расширением использования водной энергии; и 2- передачей грузов с автомобильного и железнодорожного транспорта на водный. Последнее требует радикального улучшения судоходных условий рек.

Таблица 8

Показатели производства и перевозок в Судане

Показатели	2000 г.	2001 г.	2002 г.	2003г.
Производство народнохозяйственной продукции: мл. т	33	35,9	38,2	42
% к 2000 г.	100	109	116	127
Грузооборот внутреннего транспорта: мл. т. км	8611,2	11721	12265	14220
% к 2000 г.	100	136	142	165
Средняя дальность пробега 1 т груза: км	1377	1687	1695	1915
% к 2000 г.	100	122	123	139
Энергоемкость внутр. транспорта (конечная энергия): ккал/ткм	99,1	107,4	111,8	122,3
% к 2000г	100	108	113	123
Полные затраты конечной энергии на транспорт: млрд. ккал	883,4	1258,8	1371,2	71739
% к 2000г	100	143	155	197
Полные транспортные затраты: млрд. динар.	7,17	10,23	11,14	1 14,13
% к 2000г.	100	143	155	197

Структура и перспективы электроэнергетики Судана. С 1956 г. до настоящего времени основой электроэнергетического хозяйства Судана являются тепловые электростанции, их доля в выработке электроэнергии составляет 66% (табл. 9). Однако гидроэнергетические ресурсы Судана (1900.109 кВтч/год) дают возможность в значительной степени вытеснить из электроэнергетики потребление не возобновляемых источников.

Таблица 9

Выработка электроэнергии в Судане

Годовая выработка электроэнергии / Годы	2000	2001	2002	2003
Всего, млн. кВтч	2569,2	2840	3093,5	3354
В том числе ГЭС	1183	1267,6	1287,2	1163,2
Доля ГЭС в выработке электроэнергии, %	46	44,6	41,6	34,7

В третьей главе рассмотрены принципы развития транспортно-энергетических водных путей, приводятся предложения по классификации внутренних водных путей Судана и общие принципы проектирования комплексной реконструкции рек.

В зависимости от гидролого-морфологических особенностей рек Судана (формы русла, расходов воды и сезонности) предлагается делить водные пути на 3 класса (рис.1): главные магистрали 1 и 2 классов и местные пути.

Очередность развития транспортно-энергетических водных путей должна определяться комплексом факторов: общегосударственными и местными потребностями в развитии путей сообщения, энергетики, ирригации других отраслей водного хозяйства.

Некоторые общие принципы проектирования объектов ТЭВП учитывают:

· требования водного договора между Суданом и Египтом. Соглашение 1959 г. дает Египту право использовать 55,5 млрд. м3 вод Нила, Судану -- 18,5 млрд. м3;

· габариты водных путей и судопропускных сооружений Судана;

· расход воды при шлюзовании должен быть минимальным;

· глубины магистральных путей должны быть не менее 3 м, что соответствует проектным глубинам;

· для магистралей 1 класса рекомендуются полезные плановые размеры судопропускных сооружений 290 x 30 м;

· местные пути допускают наибольшее разнообразие габаритов, что не должно препятствовать бесперегрузочному сообщению;

· существующие гидроузлы должны быть дополнены высокоэффективными судопропускными сооружениями соответствующих габаритов, а дальнейшая реконструкция Нила должна иметь комплексный характер.

Рис.1 Классификация внутренних водных путей Судана

В четвертой главе При проектировании каскадов водохозяйственных объектов требования к исходным гидрологическим данным значительно возрастают. В этом случае появляется необходимость устанавливать боковой приток на участках между створами расположения гидроузлов.

Определение боковой приточности осуществляется в данной работе по методу водного баланса.

Сущность применения этого метода заключается в сопоставлении за определенный промежуток времени (год) в границах Судана прихода и расхода воды в реке и изменения ее запасов.

Для исследования транспортно-энергетического пути Судана и обеспечения необходимой информации для принятия решений, а также для удобства расчетов, целесообразно разработать динамическую моделью водного баланса речной системы р. Нила.

Для разработки модели используется метод системного динамического моделирования. В данной работе для системно-динамического моделирования используется программа Powersim. Рассматривается водохозяйственный баланс реки Нила.

И как принято при составлении модели водных балансов крупных речных бассейнов, разделяем русло р. Нил на 22 участка, характеризующиеся близкими гидротопографическими условиями с учетом их хозяйственной значимости. Среди них 18 - проточные участки, и 4 участка - существующие водохранилища.

Схема разбиения на участки показана на рис.2.

Типовая модель водного баланса проточного участка показана на рис.3. Водный баланс учитывает:

- поверхностный сток, задаваемый интенсивностью осадков, коэффициентом стока с водосбора и площадью водосбора;

- осадки, задаваемые интенсивностью;

- испарение, задаваемое интенсивностью;

- потребление воды;

- расход с верхового участка.

Для моделирования использовались данные за 2005 г., по которому имеется подробная информация.

Рис.2. Схема разбиения бассейна р. Нил на участки для моделирования

Анализ многолетних данных по стоку показывает, что 2005 г. явился типовым с обеспеченностью примерно 75%. Следующие данные задавались внутригодовым ходом: интенсивность осадков, интенсивность испарения, мелиорация, водоснабжение, водопой. Для задания внутригодового хода динамических переменных модели используется следующая форма:

Интенсивность осадков =

IF(TIMES(DATE(2005;1;1);30<<da>>;0<<mm/min>>;0<<mm/min>>+

IF(TIMES(DATE(2005;2;1);30<<da>>;0<<mm/min>>;0<<mm/min>>+

IF(TIMES(DATE(2005;3;1);30<<da>>;0,0081<<mm/min>>;0<<mm/min>>+…+

IF(TIMES(DATE(2005;11;1);30<<da>>;0,004167<<mm/min>>;0<<mm/min>>+

IF(TIMES(DATE(2005;12;1);30<<da>>;0<<mm/min>>;0<<mm/min>>

Расчет гидравлических характеристик на участке производится в модели на основе известных зависимостей Павловского-Маннинга.

Возможность использования такого подхода проверялась с помощью программы FlowMaster, разработанный фирмой Haestad Methods. В частности, глубина воды на участке определялась по расходу как:

,(1)

где: Q - расход воды;

n - коэффициент шероховатости;

B - ширина русла;

i - продольный уклон русла.

Типовая модель участка-водохранилища показана на рис.4. Модель учитывает те же статьи водного баланса, что и модель проточного участка. Учитывается изменение полного объема воды в водохранилище, динамика которого определяется как естественным приходом и потерями воды в водохранилище, так и водопотреблением и изменением интенсивности сброса воды в нижний бьеф.

Объем воды в водохранилище в момент времени t автоматически определяется интегрированием суммы входящих и выходящих потоков, как

Интегрирование ведется методом Рунге-Кутта первого порядка с фиксированным шагом по времени - 0,13 суток.

Шаг интегрирования определялся по сходимости результатов моделирования. В начальный момент времени, t0 задается заданный известный начальный объем воды водохранилища, V0.

Модели всех 22 участков работают одновременно, каждая представляет собой уровень модели, обменивающийся информацией с другими уровнями.

Основной связью уровней модели (моделей участков) является расход с верхового участка и расход, подаваемый на низовой участок.

Для концевых начальных участков задавался динамический расход на входе.

Отметка проектного уровня на участке пути устанавливается по кривой среднемноголетней обеспеченности по опорному гидрологическому посту.

Значения обеспеченности проектного уровня принимают для магистралей 1 класса 95-99%, для магистралей 2 класса- 90-95%, для местных путей - 80-90%. В данной работе с обеспеченностью 76,25% получаем, что для магистралей 1 класса необходимая глубина составляет 3,0 м.

В частности, анализировалась возможность увеличения глубин на р. Голубой Нил для получения минимальных гарантированных судоходных глубин около 3,0 м на весь период навигации, т.е., круглогодично.



Рис.3. Схема факторов и связей модели проточного участка

Рис.4. Схема факторов и связей модели участка-водохранилища

Анализ результатов моделирования (рис. 5) показывает, что: во первых, глубины 1,2,3,4 (на главном Ниле) гарантируют наименьшую судоходную (проектную) глубину в течение года; во вторых, в модели к р. Голубой Нил (годовой ход средних глубин на участках 5, 6 и 7) в период с февраля по май глубины недостаточны.

Рис.5. График годовой ход средних глубин на р. Нил.

Кроме того, глубины существенно меняются в течение года; в третьих, глубины 10,12,13 (на белом Ниле) гарантируют наименьшую судоходную (проектную) глубину в течение года; в четвертых, глубины 11 гарантируют наименьшую судоходную (проектную) глубину только в течение 3х месяцев с июня по август.

Есть препятствия на отдельных участках; в пятых, на участках 14 и 16 средние глубины меняются в диапазоне 5-6,5 м, что достаточно для предполагаемого развития судоходства на этих участках, а на участке №15 в значительный период года (февраль-июнь) средняя глубина меньше 3 м; в шестых, глубины 17,18 (на реках Собат и Бахр-Аль-Гзаль) гарантируют наименьшую судоходную (проектную) глубину только в течение 8 месяцев с марта по октябрь.

Для решения проблемы водных путей и обеспечения необходимых габаритов судовых ходов для круглогодичного судоходства с гарантированными габаритами пути рассматриваются следующие возможные сценарии:

1. На Голубом Ниле необходимо осуществить повышение гидроузла Росейрес, на 7-ом участке, и гидроузла Сеннар, что позволит решить задачу обеспечения судоходной глубины на участках 5 и 6.

2. Построить на 16-ом участке гидроузел, чтобы регулировать сток в течение года, и обеспечить необходимую судоходную глубину на Белом Ниле (участок 9).

Задача решалась перебором, однако использование балансовой модели позволяет сравнить десятки и сотни вариантов без значительных усилий.

Полученный итоговый вариант представлен на рисунках 6 и 7.

Увеличение объемов водохранилищ и соответствующее управление сбросом позволяет увеличить глубины в указанный период на участках 5 и 6.

Для показанного на рис.7 увеличения глубин на участках 5 и 6 требуется существенное увеличение обоих водохранилищ, а определенный с помощью моделирования сценарий управления сбросом воды из них в нижний бьеф позволяет обеспечить одновременно все существующие на р. Голубой Нил виды водопотребления. Графики требуемого изменения объемов воды в водохранилищах показаны рис.7а.

Для увеличения судоходных глубин на участке 15 моделировался сценарий создания новых водохранилищ, расположенных в верховых частях участков 16 и 15. С помощью моделирования по методике аналогичной использованной для Голубого Нила был подобран минимальный объем водохранилищ и определен годовой график попусков в нижний бьеф.

Результаты моделирования указанного сценария представлены на рисунках 9. На рис.8 показан годовой ход средней глубины на участке 15 с учетом дополнительных расходов из новых водохранилищ.

а

б

Рис.6. а - Увеличенные объемы воды в водохранилищах Росейрес (сплошная кривая) и Сеннар (точечная кривая) б - Годовой ход средних глубин на р. Голубой Нил после увеличения объемов водохранилищ и определения оптимальных режимов сброса воды в нижний бьеф



Рис.7. Годовой ход глубины на участке 15 после строительства и введения в эксплуатацию новых водохранилищ

Рис.8. Годовой ход объемов воды в предлагаемых водохранилищах

В пятой главе В результате реализованного решения средние величины глубин всех участков удовлетворяют требованиям. Кроме глубины на 11 участке, где потребуется путевые работы (рис.9).

Регулирование стока рек водохранилищами в верховых частях участков №7 и № 16 способствует уменьшению амплитуды колебания уровней воды на 8м..

Рис.9. График изменения глубины на участке № 11

В результате полной реализации решения освоения водных путей магистрали 1 класса с обеспеченностей по продолжительности судоходных месяцев 95% составит 100%, а общая их протяженность достигнет 4058 км., что увеличит судоходные пути в 4 раза. В результате полной реализации решения возникает возможность дополнительного забора воды на хозяйственные нужды в размере 4млрд. м3.

Принятые решения не лимитируют эксплуатацию и использование водной энергии. Технический гидроэнергетический потенциал рек, формирующих в ТЭВП Судана, представлен в табл.10.

Из табл. 10 следует, что при реализации ТЭВП Судана строительство ГЭС по его трассе позволит получить 121,33 .109 КВт.ч/год электроэнергии, что увеличит использованной гидроэнергетический потенциал в 30 раз.

Таблица 10

Технический гидроэнергетический потенциал рек Судана

участок	Напор м	Q M3 |c	мощности , МВт.	Теоретический гидроэлектрический потенциал КВт.ч/год	Технический гидроэлектрический потенциал = 0,75 от Теоретического КВт.ч/год
Участок 1	106	4800	4986	43,83 .109	32 .109
Участок 2	11	4900	528	4,645.109	3 .109
Участок 3	101,8	5000	4949	43.109	32 .109
Участок 4	33,8	4700	1519	13.109	9 .109
Участок 5	40	2200	1842	16.109	12 .109
Участок 6	30,4	2500	735	6,4.109	4,5 .109
Участок 7	27,17	3000	793	6,9.109	4,5 .109
Участок 8	121	375	445	3,313.109	2,25 .109
Участок 9	153	400	600	4,467.109	3,3 .109
Участок 15	7,37	1600	109	0,9.109	0,67 .109
Участок 16	155,15	1600	2430	21.109	15,75 .109
итого				161,785.109	121,33 .109

По результатам исследования сформулированы основные положения проектирования гидроузлов транспортно-энергетического водного комплекса Судана.

Предложен порядок проектирования гидроузлов транспортно-энергетического водного комплекса Судана. В его состав войдут следующие сооружения: земляная плотина; бетонная водосливная плотина; здание ГЭС. Шлюз со следующими параметрами: длина камеры - 290 м, ширина - 30 м, глубина на короле - 5.5 м.



Рис. 10. Продольный разрез по 16му участку

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Транспортно-энергетическая реконструкция речной сети Судана должна выполняться с учетом интересов различных отраслей экономики страны.

2. Создание на реках шлюзованных каскадов гидроузлов предусматривает обязательное использования водной энергии на гидроэлектростанциях при каждой ступени.

3. Водный режим рек Судана характеризуется высоким весенним половодьем и последующей низкой меженью. Каскадирование не только сгладит колебания уровней, но и позволит наиболее полно использовать водные ресурсы в интересах различных отраслей народного хозяйства (энергетики и природоохранных и экологических, водоснабжении коммунальном, промышленном и сельскохозяйственном, развитии рыбного хозяйства и т.д.).

4. Основными приоритетами при создании транспортно-энергетических водных путей являются предотвращение негативных воздействий на окружающую среду, а также минимизация и смягчение вреда. Можно выделить ряд благоприятных факторов при реализации предложений по развитию водного транспорта и гидроэнергетики Судана:

- уменьшение объемов вредных выбросов в атмосферу энергетикой тепловых электростанций в результате сокращения объема сжигания на них органического топлива.

- уменьшение вредных выбросов в атмосферу наземным транспортом (вследствие сокращения грузооборота топлива передачи часть грузов с автомобильного и железнодорожного транспорта на водный);

- снижение себестоимости перевозок при развитии сети водных путей и увеличении их габаритов;

- расширение рекреационного использования водных объектов для отдыха населения.

5. Выполненные модельные расчеты для различных задач, связанных с улучшением и развитием условия судоходства в системе рек «Белый Нил - Голубой Нил - Атбара и Нил», позволяют утверждать, что существующие гидротехнические сооружения не достаточны для регулирования стока р. Нил.

6. Разработанная модель позволяет ассимилировать всю необходимую гидрометеорологическую информацию по речному водосбору и открывает возможность в перспективе перейти к созданию единой централизованной системы обеспечения народного хозяйства гидрологической информацией, необходимой для комплексного использования водных ресурсов и борьбы с наводнениями.

7. Исследование водохозяйственных балансов с помощью разработанной математической модели позволяет оценить проблему управления водными ресурсами Судана в целом, а полученные результаты могут быть использованы для выбора необходимых водохозяйственных мероприятий по перспективному обеспечению народного хозяйства водой.

8. Динамическая модель водного баланса р. Нил в пределах Судана дает возможность анализировать последствия различных гидротехнических мероприятий. В частности, с помощью моделировании альтернатив развития каскадов водохранилищ на Голубом и Белом Ниле и в основном русле Нила предложены дополнительные водохранилища и режимы пропусков воды в нижние бьефы, необходимые для обеспечения судоходства на соответствующих участках речной системы.

9. Внедрение каскадного решения на реках Судана удовлетворяет перспективам развития водного транспорта и гидроэнергетики страны.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Правдивец Ю.П., Кантаржи И.Г., Муавия Али Халид Мохамед. Улучшение условий судоходства на р. Белый Нил в Судане // Гидротехническое строительство, № 2 (февраль), 2007г. С. 46-50.

2. Правдивец Ю.П., Кантаржи И.Г., А. А. Беляков, Муавия Али Халид Мохамед. Разработка направлений развития судоходства на р. Голубой Нил в пределах Судана на основе применения динамической модели водного баланса // Речной транспорт XXI век, № 1, 2007г. С. 60-65.

Размещено на Allbest.ru

...