Построение диспетчерского графика и оценка отдачи Вилюйского гидроузла для условий пониженной отметки наполнения
|
Введение
1 Физико-географическое описание района .
1.1 Лено-Индигирский район
1.2 Рельеф и почва 7
1.3 Карст 7
1.4 Климат
1.5 Мёрзлая зона и подземные воды 9
1.6 Поверхностные воды 10
2 Гидрологические условия и исходные данные 11
2.1 Гидрография бассейна реки Вилюй 11
2.2 Характеристика Вилюйского гидроузла 16
2.3 Исходная информация 21
3 Особенности водного режима реки Вилюй в створе гидроузла 24
3.1 Закономерности внутригодового распределения стока 24
3.2 Закономерности многолетних колебаний стока 27
3.3 Статистическая характеристика рядов и расчетные значения стока 33
3.3.1 Построение и выбор кривых обеспеченности. Назначение обеспеченного
расхода 39
4 Диспетчерские правила управления работой гидроузла 43
4.1 Назначение и методика построения диспетчерского графика 43
4.2 Выбор модельных лет и приведение стока к расчетной обеспеченности 48
4.3 Уточнение параметров водохранилища и гарантированной величины
водоотдачи 54
4.4 Расчет координат режимных линий диспетчерского графика для новых условий наполнения 57
5 Оценка изменений в энергоотдаче Вилюйского гидроузла при снижении отметки наполнения водохранилища 64
5.1 Определение и задачи водноэнергетических расчётов 64
5 2 Регулирование энергоотдачи Вилюйских ГЭС 65
5.3 Водноэнергетические расчёты по календарным стоковым рядам для
периодов различной водности 67
5.4 Сопоставление результатов изменения мощности 75
Заключение 79
Список использованной литературы 81
1 Физико-географическое описание района .
1.1 Лено-Индигирский район
1.2 Рельеф и почва 7
1.3 Карст 7
1.4 Климат
1.5 Мёрзлая зона и подземные воды 9
1.6 Поверхностные воды 10
2 Гидрологические условия и исходные данные 11
2.1 Гидрография бассейна реки Вилюй 11
2.2 Характеристика Вилюйского гидроузла 16
2.3 Исходная информация 21
3 Особенности водного режима реки Вилюй в створе гидроузла 24
3.1 Закономерности внутригодового распределения стока 24
3.2 Закономерности многолетних колебаний стока 27
3.3 Статистическая характеристика рядов и расчетные значения стока 33
3.3.1 Построение и выбор кривых обеспеченности. Назначение обеспеченного
расхода 39
4 Диспетчерские правила управления работой гидроузла 43
4.1 Назначение и методика построения диспетчерского графика 43
4.2 Выбор модельных лет и приведение стока к расчетной обеспеченности 48
4.3 Уточнение параметров водохранилища и гарантированной величины
водоотдачи 54
4.4 Расчет координат режимных линий диспетчерского графика для новых условий наполнения 57
5 Оценка изменений в энергоотдаче Вилюйского гидроузла при снижении отметки наполнения водохранилища 64
5.1 Определение и задачи водноэнергетических расчётов 64
5 2 Регулирование энергоотдачи Вилюйских ГЭС 65
5.3 Водноэнергетические расчёты по календарным стоковым рядам для
периодов различной водности 67
5.4 Сопоставление результатов изменения мощности 75
Заключение 79
Список использованной литературы 81
Тематика данной исследовательской работы является одним из разделов исследований в области управления водными ресурсами, в частности, в сфере регулирования стока водохранилищами и гидроэнергетики.
Как показывает мировой опыт наиболее распространенным и эффективным средством управления водными ресурсами и решением многих водных проблем является регулирование стока рек водохранилищами. Доказательством этого является создание каскадов водохранилищ и гидроэлектростанций многоцелевого назначения в бассейнах рек Вольты, Нила, Енисея, Ангары, Волги, Камы и других. Водохранилища, перераспределяя воду из многоводных сезонов и периодов в маловодные, существенно увеличивают доступные к использованию водные ресурсы и тем самым гарантируют все виды водоснабжения, создают условия для эффективного использования гидроэнергетического потенциала рек, также решают проблему внутригодовой и многолетней неравномерности речного стока.
На реке Вилюй в 1967 году построен каскад Вилюйских гидроэлектростанций имени Е. Н. Батенчука (Вилюйские гидроэлектростанции 1,2). Водохранилище осуществляет многолетнее регулирование стока для получения выработки электроэнергии и поддержания в период навигации судоходных условий в нижнем бьефе гидроузла.
В 1988-91 годах в бассейне реки Вилюй был зафиксирован самый длительный многоводный период со средним расходом притока в Вилюйское водохранилище в полтора раза выше среднемноголетнего. В результате сброса высоких расходов (до 3500-4000 м3/с) и длительного устойчивого подъема уровней нижнего бьефа произошло растепление грунтов основания плотины, вследствие чего произошли осадки плотины.
В 1990 году в гребневой части плотины со стороны нижнего бьефа образовалась продольная трещина с раскрытием 2-3 см длиной около 400 м и организацией ОАО «Ленгидропроект» были установлены ограничения на величину форсировки уровня верхнего бьефа до отметки 246,80 м.
После проведения в 1997 году цементации основания в примыкании к водосбросу в пределах зоны растепления, фильтрация уменьшилась, но не исключила полностью образования наледей.
Ограничение максимальной отметки подъема уровня Вилюйских водохранилищ 1,2 отметкой 246,80 м потребовало выполнения расчета обоснования перехода на щадящий режим эксплуатации сооружений гидроузла каскада Вилюйских гидроэлектростанций с понижением отметки наполнения водохранилища до 244,00 м.
В связи с возникшей проблемой главной целью данной исследовательской работы является определение диспетчерских правил наполнения и сработки Вилюйского водохранилища с расчетом координат и построением диспетчерского графика, также с последующим расчетом водноэнергетических характеристик режима работы водохранилища и Вилюйских гидроэлектростанций 1,2 при новых условиях наполнения.
Для достижения поставленной цели в ходе научного исследования было выполнено следующее:
- изучена специальная литература о методах построения диспетчерских графиков водохранилища;
- проанализированы особенности водного режима реки Вилюй в створе поселок Чернышевский;
- выполнены модельные водохозяйственные расчеты водного режима водохранилища в условиях перехода на щадящий режим эксплуатации сооружений Вилюйского гидроузла;
- выполнены модельные водноэнергетические расчеты по оценке отдачи энергии Вилюйских гидроэлектростанций 1,2 с понижением отметки наполнения водохранилища.
Как показывает мировой опыт наиболее распространенным и эффективным средством управления водными ресурсами и решением многих водных проблем является регулирование стока рек водохранилищами. Доказательством этого является создание каскадов водохранилищ и гидроэлектростанций многоцелевого назначения в бассейнах рек Вольты, Нила, Енисея, Ангары, Волги, Камы и других. Водохранилища, перераспределяя воду из многоводных сезонов и периодов в маловодные, существенно увеличивают доступные к использованию водные ресурсы и тем самым гарантируют все виды водоснабжения, создают условия для эффективного использования гидроэнергетического потенциала рек, также решают проблему внутригодовой и многолетней неравномерности речного стока.
На реке Вилюй в 1967 году построен каскад Вилюйских гидроэлектростанций имени Е. Н. Батенчука (Вилюйские гидроэлектростанции 1,2). Водохранилище осуществляет многолетнее регулирование стока для получения выработки электроэнергии и поддержания в период навигации судоходных условий в нижнем бьефе гидроузла.
В 1988-91 годах в бассейне реки Вилюй был зафиксирован самый длительный многоводный период со средним расходом притока в Вилюйское водохранилище в полтора раза выше среднемноголетнего. В результате сброса высоких расходов (до 3500-4000 м3/с) и длительного устойчивого подъема уровней нижнего бьефа произошло растепление грунтов основания плотины, вследствие чего произошли осадки плотины.
В 1990 году в гребневой части плотины со стороны нижнего бьефа образовалась продольная трещина с раскрытием 2-3 см длиной около 400 м и организацией ОАО «Ленгидропроект» были установлены ограничения на величину форсировки уровня верхнего бьефа до отметки 246,80 м.
После проведения в 1997 году цементации основания в примыкании к водосбросу в пределах зоны растепления, фильтрация уменьшилась, но не исключила полностью образования наледей.
Ограничение максимальной отметки подъема уровня Вилюйских водохранилищ 1,2 отметкой 246,80 м потребовало выполнения расчета обоснования перехода на щадящий режим эксплуатации сооружений гидроузла каскада Вилюйских гидроэлектростанций с понижением отметки наполнения водохранилища до 244,00 м.
В связи с возникшей проблемой главной целью данной исследовательской работы является определение диспетчерских правил наполнения и сработки Вилюйского водохранилища с расчетом координат и построением диспетчерского графика, также с последующим расчетом водноэнергетических характеристик режима работы водохранилища и Вилюйских гидроэлектростанций 1,2 при новых условиях наполнения.
Для достижения поставленной цели в ходе научного исследования было выполнено следующее:
- изучена специальная литература о методах построения диспетчерских графиков водохранилища;
- проанализированы особенности водного режима реки Вилюй в створе поселок Чернышевский;
- выполнены модельные водохозяйственные расчеты водного режима водохранилища в условиях перехода на щадящий режим эксплуатации сооружений Вилюйского гидроузла;
- выполнены модельные водноэнергетические расчеты по оценке отдачи энергии Вилюйских гидроэлектростанций 1,2 с понижением отметки наполнения водохранилища.
В результате проведённых исследований, получен диспетчерский график управления работой Вилюйского водохранилища и произведена оценка энергоотдачи Вилюйского гидроузла для новых условий наполнения.
По данным среднемесячных и среднегодовых естественных расходов воды за многолетний период наблюдений были определены основные расчетные гидрологические характеристики для реки Вилюй в створе Вилюйских гидроэлектростанций 1,2 поселок Чернышевский. В том числе выполнен статистический анализ динамики многолетних рядов годового, весеннего, летне-осеннего и зимнего стока реки Вилюй, а также его внутригодового распределения.
В ходе проведённых исследований были сделаны следующие выводы: многолетние колебания стока включают в себя циклы различной водности; сток на реке Вилюй внутри года распределяется неравномерно и распределение стока внутри года практически не зависит от периода водности; однородность исследуемого ряда сохраняется даже с учетом даты смены периодов различной водности. Результатом определения расчетных гидрологических характеристик является выбор модельных лет для построения диспетчерского графика.
По новым нормативным уровням: НПУ = 244,00 м и УЕС = 238,00 м, были установлены новые параметры Вилюйского водохранилища: полезный объём и его сезонная составляющая, которые используются для ежегодного регулирования стока на реке Вилюй. Также были выполнены расчёты для вычисления гарантированных расходов воды.
Оценивая предыдущее значение величины гарантированного расхода сработки и новое значение, необходимо отметить, что снижение гарантированной отдачи в период сработки произошло на 18 %. В период наполнения наоборот произошло увеличение гарантированной отдачи на 10 %.
Регулирование энергоотдачи Вилюйских ГЭС-1,2 ведется полезной емкостью водохранилища, в соответствии с диспетчерским графиком его работы. Годовое электропотребление в Западно-Якутском энергетическом районе распределяется по сезонам крайне неравномерно, доля зимней составляющей в два с половиной раза больше летней. Летние ограничения нагрузок приводят к значительным холостым сбросам воды в период весеннего половодья и летне-осенних дождевых паводков.
Выполняя водноэнергетические расчёты, была произведена оценка изменения мощности, определены значения гарантированной отдачи Вилюйскими гидроэлектростанциями 1,2 при щадящем режиме наполнения для условий различной водности.
Оценивая предыдущее значение величины гарантированной мощности в период сработки и новое значение, необходимо отметить, что снижение гарантированной отдачи произошло на 15 %. В период наполнения наоборот произошло увеличение гарантированной отдачи на 10 %.
В результате оценки изменения мощности в зависимости от периодов различной водности, можно сделать вывод, что даже в маловодный период величина гарантированной отдачи сохраняется. Также гарантированная отдача поддерживается при снижении отметок НПУ и УЕС.
Результаты выполненного исследования предназначены для практического использования специалистами, которые занимаются эксплуатацией Вилюйского водохранилища и Вилюйских ГЭС-1,2, определяющих режим наполнения и сработки водохранилищ, устанавливающих режим отдачи энергии гидроэлектростанциями, а также при планировании возможностей энергетического обеспечения экономического развития Республики Саха. Исследования могут быть использованы при оценки современного состояния объектов исследования, то есть реки Вилюй, водохранилища и каскада гидроэлектростанций, и при изучении проблем в области водного хозяйства и регулирования речного стока водохранилищами.
По данным среднемесячных и среднегодовых естественных расходов воды за многолетний период наблюдений были определены основные расчетные гидрологические характеристики для реки Вилюй в створе Вилюйских гидроэлектростанций 1,2 поселок Чернышевский. В том числе выполнен статистический анализ динамики многолетних рядов годового, весеннего, летне-осеннего и зимнего стока реки Вилюй, а также его внутригодового распределения.
В ходе проведённых исследований были сделаны следующие выводы: многолетние колебания стока включают в себя циклы различной водности; сток на реке Вилюй внутри года распределяется неравномерно и распределение стока внутри года практически не зависит от периода водности; однородность исследуемого ряда сохраняется даже с учетом даты смены периодов различной водности. Результатом определения расчетных гидрологических характеристик является выбор модельных лет для построения диспетчерского графика.
По новым нормативным уровням: НПУ = 244,00 м и УЕС = 238,00 м, были установлены новые параметры Вилюйского водохранилища: полезный объём и его сезонная составляющая, которые используются для ежегодного регулирования стока на реке Вилюй. Также были выполнены расчёты для вычисления гарантированных расходов воды.
Оценивая предыдущее значение величины гарантированного расхода сработки и новое значение, необходимо отметить, что снижение гарантированной отдачи в период сработки произошло на 18 %. В период наполнения наоборот произошло увеличение гарантированной отдачи на 10 %.
Регулирование энергоотдачи Вилюйских ГЭС-1,2 ведется полезной емкостью водохранилища, в соответствии с диспетчерским графиком его работы. Годовое электропотребление в Западно-Якутском энергетическом районе распределяется по сезонам крайне неравномерно, доля зимней составляющей в два с половиной раза больше летней. Летние ограничения нагрузок приводят к значительным холостым сбросам воды в период весеннего половодья и летне-осенних дождевых паводков.
Выполняя водноэнергетические расчёты, была произведена оценка изменения мощности, определены значения гарантированной отдачи Вилюйскими гидроэлектростанциями 1,2 при щадящем режиме наполнения для условий различной водности.
Оценивая предыдущее значение величины гарантированной мощности в период сработки и новое значение, необходимо отметить, что снижение гарантированной отдачи произошло на 15 %. В период наполнения наоборот произошло увеличение гарантированной отдачи на 10 %.
В результате оценки изменения мощности в зависимости от периодов различной водности, можно сделать вывод, что даже в маловодный период величина гарантированной отдачи сохраняется. Также гарантированная отдача поддерживается при снижении отметок НПУ и УЕС.
Результаты выполненного исследования предназначены для практического использования специалистами, которые занимаются эксплуатацией Вилюйского водохранилища и Вилюйских ГЭС-1,2, определяющих режим наполнения и сработки водохранилищ, устанавливающих режим отдачи энергии гидроэлектростанциями, а также при планировании возможностей энергетического обеспечения экономического развития Республики Саха. Исследования могут быть использованы при оценки современного состояния объектов исследования, то есть реки Вилюй, водохранилища и каскада гидроэлектростанций, и при изучении проблем в области водного хозяйства и регулирования речного стока водохранилищами.