В основу этой нашей методики положены следующие исходные предпосылки и ограничивающие условия:
- Как показывает проведенное нами соответствующее исследование на большинстве рек Советского Союза, в период половодья снижение расхода воды между двумя пиками паводка не бывает ниже нормы расхода, а в меженный период осенние повышения расхода не превышают этой нормы. Следовательно, водохранилище в большинстве случаев будет работать с однотактным режимом регулирования. В последнем случае, как известно, размер регулирующей емкости водохранилища не зависит от характера и формы распределения стока внутри половодного и меженного периодов.
- В большинстве случаев объем стока паводкового периода (выше уровня потребления), условно названный нами объемом паводковой волны, имеет довольно тесную связь с объемом годового стока. Эта связь выражается в следующем:
а) Коэффициент корреляции между объемами годового стока и паводковой волны составляет для большинства рек r >0,98, а для некоторых рек с особо сложным характером питания r > 0,85.
б) Имеется подобие по типу распределения и асимметричности годового стока и объема паводковой волны.
в) Вследствие указанного в пунктах, «а» и «б», возможно принять, что между отклонениями от нормы паводковой волны и годового стока существует приближенная пропорциональная зависимость, т. е.
Как показывают соответствующие исследования, объем паводковой волны вполне достоверно может быть определен по приведенному уравнению средней линии регрессии.
- Для удобства расчета и возможности более широких обобщений в качестве единицы измерения объемов следует принять среднеквадратичное отклонение от нормы (стандарт отклонения) годовых стоков, поскольку оно является показателем изменчивости основного аргумента и наиболее достоверно определяется при малых выборках. Кроме того, многолетняя составляющая полезной емкости водохранилища пропорциональна σωг.
В качестве начала счета по тем же соображениям необходимо принять расчетную норму аргумента, так как она наиболее полно отвечает реальным условиям производства водохозяйственных расчетов и более достоверно определяется при малых выборках.
При указанном начале счета и единице измерения характеристикой относительного уровня водоносности года будет
В этом случае возможно построение обобщений для любого соотношения между Cv и Cs.
- Обнаруживается довольно тесная связь между kc и Спв, с одной стороны, и а' и Cs — с другой. Наличие таких связей очень важно для соответствующих расчетов по малоизученным рекам и створам.
Отмеченные исходные предпосылки дают возможность разработать единую методику расчетов при указанных ограничивающих условиях, охватывающую как сезонно-годовое, так и многолетнее регулирование речного стока независимо от формы годового гидрографа.
При разработке этой методики нами использован прием суммирования кривых обеспеченности, предложенный С. Н. Крицким и Μ. Ф. Менкелем (в интерпретации А. Д. Саваренского).
Предлагаемый нами метод пригоден для водохозяйственных расчетов при однотактном режиме работы водохранилища и в делом свободен от тех принципиальных недостатков, которыми страдают существующие, наиболее распространенные методы расчета. Достоинствами комбинированной методики являются:
а) Полезная емкость водохранилища, необходимая для выравнивания колебаний как годовых стоков, так и стока внутри года, определяется как единое целое, т, е. без искусственного разделения ее на сезонные и многолетние составляющие.
б) При однократном режиме работы водохранилища эта методика позволяет вести расчеты независимо от формы гидрографа, т. е. характеристики распределения стока внутри года окажутся не определяющими факторами.
в) Водохозяйственно-гидрологический год рассматривается как единое целое, и в связи с этим отпадает необходимость учета цепных связей между стоками смежных фаз, как это требуется в методике расчета С. Н. Крицкого и Μ. Ф. Менкеля, предложенной ими в 1940 г..
г) Эта методика вполне может быть применима к водохозяйственным расчетам при комплексном использовании стока, являющемся в СССР основным видом использования водных ресурсов.
д) Комбинированная методика пригодна для расчета при любых соотношениях между коэффициентами вариации Cv и асимметрии Cs.
е) Указанная методика позволяет сделать широкие обобщения, а также построить графики и составить необходимые таблицы для массовых расчетов.
С целью облегчения расчетов в стадиях предварительного проектирования по этой методике были построены графики зависимостей Е при различных значениях Cs и kсо для широкого диапазона параметров регулирования и для характеристики гидрологического режима водотока. Эти графики, приведенные на рисунках б—13, позволяют определять обеспеченность удовлетворения потребностей р, полезную емкость водохранилища β, математическое ожидание недодач Е и холостых сбросов Е, а также ряд других параметров я показателей режима работы водохранилища при многолетнем регулировании стока. Эти графики свободны от тех недостатков, которыми страдают наиболее распространенные в настоящее время графики Я. Ф. Плешкова.
Расчетами были охвачены все основные характеристики режима работы водохранилища, по результатам которых были получены указанные выше графики, позволяющие произвести все необходимые водохозяйственные и экономические проектировки по установлению оптимальных параметров гидроэлектрической станции при зарегулированном режиме водотока.
Порядок построения приведенных зависимостей и приемы пользования ими в особых пояснениях не нуждаются. Тем не менее на них следует несколько остановиться, поскольку они рассчитаны при иной системе начала счета и единице измерения, не являющихся в настоящее время общепринятыми.
Прежде всего, как общее для всех графиков, следует отметить следующее:
- Все расчеты, связанные с построением каждого из указанных графиков, произведены при условии, когда за начало счета принята норма исследуемого аргумента, а за единицу измерения — среднеквадратичное отклонение годового стока от расчетной его нормы.
Такая система, как уже отмечалось выше, наиболее полно отвечает требуемым условиям водохозяйственного проектирования, характеру исследуемого аргумента и задачам достижения наибольшей общности расчетного построения.
- Все графики построены для заданного значения Cs и пригодны для любого соотношения между Cs и Сυ.
- По оси абсцисс всех основных графиков отложены проценты обеспеченности. Такое расположение позволяет находить любое промежуточное значение последней, что особенно важно при расчетах по установлению оптимального значения обеспеченности.
- По данным графиков, абсолютные величины параметров и характеристик регулирования находятся в следующих равенствах:
а) объема используемого стока (включая все виды потерь)
б) полезного объема водохранилища
в) среднемноголетнего объема холостого сброса
г) среднемноголетнего объема дефицита
При общепринятых в настоящее время начале счета и единице измерения (в качестве первого — нулевое значение, а в качестве второй — норма переменной величины) характеристики этих величин с помощью данных приведенных здесь графиков могут быть определены соответственно:
- Для пользования этими графиками прежде всего необходимо предварительно определить значение характеристик гидрологического режима используемого водотока, затем по соответствующим их значениям и графикам производится расчет искомой величины.
Величина Cs определяется обычным методом, применяемым в гидрологических расчетах.
Коэффициент пропорциональности между отклонениями от нормы паводковой волны Δ Спв и годового стока Фх при значении а' = 0 определяется соответствующим расчетом.
При отсутствии или недостаточности достоверных исходных данных значение ксо приближенно может быть определено равенством:
(14)
Предлагаемая нами эта комбинированная методика вполне приемлема при расчете обеспеченности гидроэнергетической системы (ГЭЭС).
В зарегулированной ГЭЭС, в особенности в условиях сложной водохозяйственной системы с комплексным использованием водных ресурсов, задача энергетического регулирования стока сводится не к выравниванию режима стока в данном створе, а к компенсации снижений мощности всех нерегулируемых ГЭС в системе и колебаний потребностей энергии в ней. Таким образом, работа водохранилища в ГЭЭС должна носить компенсирующий характер.
Определение режима работы водохранилища в таких условиях может быть произведено лишь путем составления энергобалансов, по системе в целом, отнесенных к створу рассчитываемого водохранилища. При этом необходимо выделение всех генерирующих, элементов системы. К ним относятся следующие:
а) ГЭС на естественном режиме стока рек;
б) ГЭС на водных трактах, зарегулированных по водохозяйственным, неэнергетическим потребностям;
в) дополнительная выработка энергии зарегулированных каскадов ГЭС, получаемая за счет боковой приточности ниже водохранилища;
г) мощность ТЭС, которая вырабатывает энергию по тепловой нагрузке или на отбросном тепле.
Нагрузка регулируемых электростанций системы (ГЭС и конденсационных ТЭС) определяется как разность между потребностью энергосистемы и мощностью нерегулируемых электростанций. Режим работы водохранилища может быть определен по водным балансовым разностям, отнесенным к его створу. Приходная часть водного баланса состоит из суммарной приточности к створу водохранилища, а расходная — из попусков для энергетических отраслей водного хозяйства (с учетом работы других электростанций системы) и потерь из водохранилища.
Расчеты регулирования стока в этих условиях должны производиться по рядам балансовых разностей в створе водохранилища.
Балансовые разности являются знакопеременными величинами, и это приводит к необходимости отказа от общепринятого начала счета (нуля) и единицы относительных измерений стока (нормы) и к целесообразности принятия за начало счета нормы балансовых: разностей, а за единицу измерения — стандарта отклонений годовых балансовых разностей.
В условиях вхождения ГЭЭС в сложную комплексную водохозяйственную систему необходимо составление еще более сложных водных балансов по всей водохозяйственной системе. При заданных правилах эксплуатации водохранилища ряды балансовых разностей представляют стохастический непрерывный процесс в такой же мере, как и ряды гидрологических величин.
