Файл: Резниковский, А. Ш. Управление режимами водохранилищ гидроэлектростанций.pdf

ВоДопотребителей имеется возможность регулирования потребления без помощи водохранилищ, например с по­ мощью складов готовой продукции, в следующей главе будет дан анализ отдельных водоротребителей и водо­ пользователей именно с этих позиций. Там же будут приведены и основные характеристики речного стока как случайного процесса и будет дан краткий обзор совре­ менных приемов оценки статистических характеристик случайных процессов по данным наблюдений небольшого объема. В гл. 3 будут приведены обзор существующих и описание рекомендуемых для водохозяйственных систем методов статистического моделирования случай­ ных процессов. В гл. 4 книги описаны основные показа­ тели режима работы комплексных гидроузлов, исполь­ зуемые при проектировании и эксплуатации водохозяй­ ственных и энергетических систем. Приведены приемы, применяемые для их оценки в проектной практике и при эксплуатации. Пятая глава книги посвящена непосредст­ венно методам управления режимами работы водохра­ нилищ в сложных водохозяйственных и энергетических системах, т. е. методам управления, с помощью которых выбранные при проектировании показатели системы мо­ гут быть получены при ее эксплуатации в условиях от­ сутствия долгосрочных прогнозов речного стока и неко­ торых видов водопотребления.

Г л а в а в т о р а я

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ В ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

2-1. Характеристики водопотребления и водопользования

В водохозяйственных системах водные ресурсы ис­ пользуются различными в о д о п о т р е б и т е л я ми и во­ д о п о л ь з о в а т е л я м и . К в о д о п о т р е б и т е л я м от­ носят таких участников водохозяйственных комплексов, которые используют воду как вещество и изымают ее из данного водоисточника на достаточно длительный срок, возвращая ее в водооборот иногда в другой бассейн или

забора. Многие водопотребители возвращают воду в ис-

24

точник существенно худшего качества и с меньшим энер­

ной системы. Вероятность возвращения ее в данную реку в виде осадков очень мала, а проследить путь такого пе­ ремещения воды крайне трудно.

Масштабы роста безвозвратных потерь в водном хо­ зяйстве СССР в ближайшем будущем были охарактери­ зованы в предыдущей главе. Приведенные там данные свидетельствуют о вероятно существенном росте безвоз­ вратных потерь воды в ближайшие 20—30 лет. Суммар­ ная их величина, видимо, вскоре будет соизмерима с ус­

коммунальное, сельскохозяйственное, транспортное и промышленное [Л. 32]. В большинстве крупных городов и поселков имеющееся централизованное водоснабжение используется и для снабжения населения питьевой во­ дой, и для коммунальных целей, и нередко для транс­ портного и промышленного водоснабжения. Процесс централизации водоснабжения позволяет объединить в

к подготовке воды в отдельных случаях могут быть раз­ личными. Следует заметить, что способы водоотведения после различных видов водоснабжения существенно мо­ гут отличаться друг от друга. Так, например, после водо­ снабжения промышленных предприятий, особенно хими­ ческих, возвращающаяся в источник вода существенно меняет свой состав, а после водоснабжения тепловых и атомных электростанций — температуру. График водо­ снабжения в течение года имеет сравнительно неболь­ шую неравномерность, повышаясь в летние месяцы года и снижаясь зимой. В многолетнем разрезе обычно водо­ заборы для целей водоснабжения неизменно возрастают. Имеет место также некоторая неравномерность водопотребления в суточном и недельном разрезе. Случайные геофизические факторы оказывают определенное, но не очень большое влияние на размеры и график водопотребления.

Важнейший характеристикой водоснабжения являет­ ся его надежность. Требования к надежности или обес-

25

нии и эксплуатации водохозяйственных систем характе­ ристиками детерминированными. Небольшие случайные флуктуации самого водопотребления могут быть полно­ стью зарегулированы собственными резервами систем водоснабжения, т. е. по сути дела складами готовой про­ дукции этого водопотребителя. Моделирование случай­ ных колебаний водопотребления при проектировании большинства комплексных водохозяйственных систем на данном этапе их развития не требуется.

Вторым крупным водопотребителем в водохозяйст­ венных системах является оро ше ние . Орошение зе­ мель необходимо в зонах с недостаточным увлажнением. Возможны два случая орошения:

1) когда естественное увлажнение за счет осадков и запасов влаги в почве настолько незначительно, что воз­ делывание сельскохозяйственных культур возможно только при их регулярных искусственных поливах;

2) когда размеры воды, необходимой для орошения земель в отдельные периоды времени, существенно зави­ сят от таких геофизических факторов, как осадки, дефи­ цит влажности почв и т. д. Искусственное орошение яв­ ляется здесь лишь дополнением к естественной, изменя­ ющейся из года в год увлажненности земель.

В первом случае общее количество воды, необходи­ мой для орошения, в отдельные годы примерно одина­ ково и зависит лишь от состава поливаемых культур и распределения погодных условий в период вегетации. Во втором случае количество воды, необходимое для ороше­ ния, существенно меняется от года к году и, по сути де­ ла, является характеристикой, зависящей от случайно изменяющихся геофизических факторов. Таким образом,

впервом случае водопотребление для целей орошения в значительной степени является характеристикой детер­ минированной, определяемой заблаговременно при про­ ектировании и эксплуатации водохозяйственных систем

взависимости от состава культур и размеров ороша­ емых площадей. Внутригодовое распределение водоза­ бора определяется графиками периодических поливов отдельных культур и массивов орошения, которые состав­ ляются при проектировании и эксплуатации ороситель­

ных систем. Случайные отклонения от указанных графи­ ков, которые имеют место в реальной жизни, незначи­ тельны, а их влияние на урожайность культур невелико. Очень часто эти отклонения могут быть компенсированы

27

аккумуляционными возможностями самих оросительных систем. Таким образом, в засушливых районах объем воды для целей орошения можно считать характеристи­ кой детерминированной с вполне определенным внутри­ годовым распределением графика забора воды из реки.

Во втором случае и общий объем воды для целей оро­ шения, и его внутригодовое распределение являются случайными характеристиками, зависящими от ряда гео­ физических процессов, прогноз которых с нужной забла­ говременностью затруднителен. Геофизическими процес­ сами, от которых зависят оросительные нормы в райо­ нах с переменной влажностью, являются: осадки и их внутрнсезонное распределение, сумма температур возду­ ха за вегетационный период, величина испарения и транс­ пирации, дефицит влажности почв и т. д. Зависимость оптимальных оросительных норм от сочетания указан­ ных изменяющихся климатических факторов исследова­ на недостаточно. По свидетельству [Л. 20], одной из при­ чин этого являлось преобладание в СССР-що недавнего времени развития орошения в сухих полупустынных и пустынных зонах, где, как указывалось выше, ороситель­ ная норма практически не изменяется в отдельные годы. Однако «... с широким развитием орошения в полузасушлпвых районах юга, .юго-востока и в центральной по­ лосе европейской части страны этот вопрос становится актуальным и требует своего решения» [Л. 20].

Как показано Б. А. Глейзером, с достаточным при­ ближением учет всего многообразия геофизических и климатических факторов в ряде районов можно заме­ нить учетом основного влияющего фактора— количества осадков в вегетационный период. Этот фактор в основ­ ном определяет объем воды, необходимый для орошения земель1, причем зависимость между количеством осад­ ков О и оросительной нормой р в широком диапазоне обеспеченности осадков обратная и с достаточным при­ ближением1ее можно принять линейной (рис. 2-1 [Л. 24]). При некотором минимуме осадков Отт (обычно этот минимум соответствует 95%-ной обеспеченности осадков) поливная норма соответствует ее полной величине для засушливых районов (р=1).

1 Сохранение «©изменяющихся из года в год поливных норм в таких районах приводит к переувлажнению почв, снижению уро­ жайности многих сельскохозяйственных культур, а в некоторых слу­ чаях и^к засолопению и заболачиванию орошаемых земель.

28

1Ро при P i< P 0-

Для получения статистических характеристик такого случайно изменяющегося водопотребления необходимо иметь ряд наблюдений за осадками в рассматриваемом районе. Они могут быть использованы для непосредст­ венного моделирования самих осадков с последующей

•их трансформацией в длинный ряд случайно изменяюще­ гося водопотребления. Таким образом эти данные ис­ пользовались в (Л. 24]. Другим путем, также уже исполь­

29

зованным в проектной практике авторов, является путь

необходимые для целей орошения при некоторой плани­ руемой площади орошения и заданном составе сельскохо­

щегося водопотреблення требуется учитывать их корре­ ляционные связи с процессом речного стока. Физическое объяснение таких связей затруднений не вызывает. Аб­

= 0,54±0,08. А для бассейна р. Эмбы в Казахстане пока­ затель связи между речным стоком и размерами случай­ но изменяющегося водопотреблення оказался близким к нулю.

Таким образом, водопотребление для целей ороше­ ния может быть для некоторых районов характеристи­ кой детерминированной, а для других—случайно изме­ няющейся в зависимости от колебаний некоторых гео­ физических процессов, в общем случае коррелятивно связанных с процессом речного стока.

И в том, и в другом случае очень важной характери­ стикой объемов воды для целей орошения является их обеспеченность. Обычно в проектной практике для комп­ лексных гидроузлов эта величина принимается равной 75%, для некоторых особо важных сельскохозяйствен­ ных районов ее повышают до 80 и даже до 90%, что не всегда удается обосновать экономически. В настоящее время оросительные системы не бывают монокультурны­ ми, на орошаемых площадях в пределах одного района обычно возделываются и более, и менее ценные культу­ ры, которые бывают п бол'ее, и менее устойчивыми в от­ ношении поливных норм. Под последним подразумева­ ется возможность компенсации снижения поливных норм некоторыми дополнительными агротехническими и орга­ низационными мероприятиями, т. е. в хозяйствах всегда имеются возможности выделения наиболее ответствен­ ных культур, для которых обеспечивается большая на­ дежность орошения. Для менее ценных и более устойчи­ вых культур сравнительно небольшое снижение поливных

30