Помощь студентам в учебе
ПРОБЛЕМЫ ЗАИЛЕНИЯ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГЭС НА ПРЕДГОРНЫХ И ГОРНЫХ РЕКАХ, НА ПРИМЕРЕ КАШХАТАУ ГЭС
|
Введение 6
1 Проблемы заиления водохранилищ 10
2 Учет требований научно-технической документации при проектировании и
эксплуатации интенсивно заиляемых водохранилищ 14
2.1 Создание инструкции по борьбе с наносами 14
2.2 Осуществление контроля за состоянием и работой водохранилища при его
эксплуатации 16
2.3 Осуществление мероприятий по борьбе с наносами и заилением
водохранилища 18
3 Особенности заиления водохранилищ на горных реках 20
4 Методы борьбы с заилениями водохранилищ 28
4.1 Основные способы борьбы с заилением водохранилищ 28
4.1.1 Промыв водохранилища 28
4.1.2 Использование земснаряда для очищения водохранилища 29
4.1.3 Использование песколовок для очищения водохранилища 31
4.2 Опыт борьбы с заилением водохранилищ на реках Кавказа и Закавказья в
период СССР 31
4.2.1 Опыт борьбы с заилением водохранилища на Земо-Авчальской ГЭС. 31
4.2.2 Опыт борьбы с наносами на Читахевской ГЭС 34
4.2.3 Опыт борьбы с заилением на Ладжанурской ГЭС 36
4.3 Опыт борьбы с заилением водохранилищ за рубежом 38
4.3.1 Опыт борьбы с заилением водохранилищ в Киргизской Республике...38
4.4 Опыт борьбы с заилением водохранилищ в Республике Азербайджан 39
4.5 Опыт борьбы с заилением водохранилищ в Индии 40
5 Обоснование выбора станции Кашхатау в качестве примера 41
5.1 Общие сведения и компоновка сооружений Кашхатау ГЭС 41
5.2 Бассейн суточного регулирования (БСР) 44
5.3 Современное состояние бассейна суточного регулирования Кашхатау ГЭС 51
5.3.1 Результаты обследования заиления БСР 51
5.4 Причины заиления БСР 54
6 Определение критериев оценки нормального функционирования ГЭС в
зависимости от параметров, отражающих заиление водохранилища. Расчет данных параметров для Кашхатау ГЭС на основе исходных данных и сравнение их с установленными критериями 55
6.1 Методика численного моделирования 55
6.2 Определение граничных условий эксплуатации ГЭС для расчета заиления
водохранилища 58
6.3 Расчёт гидравлических условий в БСР 63
7 Меры по улучшению функционирования Каштахау ГЭС путем
предотвращения заиления водохранилищ. Обобщение данных мер на критерии для любых ГЭС на предгорных и горных реках 70
7.1 Промывка БСР расходами приточности 70
7.1.1 Создание гидродинамической модели БСР 71
7.1.2 Сбор исходных гидрологических данных для расчетов с помощью
гидродинамической модели БСР 77
7.1.3 Оценка эффективности гидравлической промывки БСР 81
7.1.4 Исследование условий пропуска паводка при работе ГЭС 92
7.1.5 Выводы по оценке эффективности промывок БСР 103
7.2 Оценка эффективности использования песколовок 105
7.3 Оценка эффективности использования различных режимов эксплуатации
отстойника 106
7.4 Оценка эффективности применения для очистки от наносов землесосного
снаряда 115
7.4.1 Обоснование выбора земснаряда и технологические решения 115
7.4.2 Технология производства работ 122
7.4.3 Конструктивные и технологические решения по складированию
извлекаемых из БСР наносов 123
Заключение 125
Список использованных источников 131
Приложение
1 Проблемы заиления водохранилищ 10
2 Учет требований научно-технической документации при проектировании и
эксплуатации интенсивно заиляемых водохранилищ 14
2.1 Создание инструкции по борьбе с наносами 14
2.2 Осуществление контроля за состоянием и работой водохранилища при его
эксплуатации 16
2.3 Осуществление мероприятий по борьбе с наносами и заилением
водохранилища 18
3 Особенности заиления водохранилищ на горных реках 20
4 Методы борьбы с заилениями водохранилищ 28
4.1 Основные способы борьбы с заилением водохранилищ 28
4.1.1 Промыв водохранилища 28
4.1.2 Использование земснаряда для очищения водохранилища 29
4.1.3 Использование песколовок для очищения водохранилища 31
4.2 Опыт борьбы с заилением водохранилищ на реках Кавказа и Закавказья в
период СССР 31
4.2.1 Опыт борьбы с заилением водохранилища на Земо-Авчальской ГЭС. 31
4.2.2 Опыт борьбы с наносами на Читахевской ГЭС 34
4.2.3 Опыт борьбы с заилением на Ладжанурской ГЭС 36
4.3 Опыт борьбы с заилением водохранилищ за рубежом 38
4.3.1 Опыт борьбы с заилением водохранилищ в Киргизской Республике...38
4.4 Опыт борьбы с заилением водохранилищ в Республике Азербайджан 39
4.5 Опыт борьбы с заилением водохранилищ в Индии 40
5 Обоснование выбора станции Кашхатау в качестве примера 41
5.1 Общие сведения и компоновка сооружений Кашхатау ГЭС 41
5.2 Бассейн суточного регулирования (БСР) 44
5.3 Современное состояние бассейна суточного регулирования Кашхатау ГЭС 51
5.3.1 Результаты обследования заиления БСР 51
5.4 Причины заиления БСР 54
6 Определение критериев оценки нормального функционирования ГЭС в
зависимости от параметров, отражающих заиление водохранилища. Расчет данных параметров для Кашхатау ГЭС на основе исходных данных и сравнение их с установленными критериями 55
6.1 Методика численного моделирования 55
6.2 Определение граничных условий эксплуатации ГЭС для расчета заиления
водохранилища 58
6.3 Расчёт гидравлических условий в БСР 63
7 Меры по улучшению функционирования Каштахау ГЭС путем
предотвращения заиления водохранилищ. Обобщение данных мер на критерии для любых ГЭС на предгорных и горных реках 70
7.1 Промывка БСР расходами приточности 70
7.1.1 Создание гидродинамической модели БСР 71
7.1.2 Сбор исходных гидрологических данных для расчетов с помощью
гидродинамической модели БСР 77
7.1.3 Оценка эффективности гидравлической промывки БСР 81
7.1.4 Исследование условий пропуска паводка при работе ГЭС 92
7.1.5 Выводы по оценке эффективности промывок БСР 103
7.2 Оценка эффективности использования песколовок 105
7.3 Оценка эффективности использования различных режимов эксплуатации
отстойника 106
7.4 Оценка эффективности применения для очистки от наносов землесосного
снаряда 115
7.4.1 Обоснование выбора земснаряда и технологические решения 115
7.4.2 Технология производства работ 122
7.4.3 Конструктивные и технологические решения по складированию
извлекаемых из БСР наносов 123
Заключение 125
Список использованных источников 131
Приложение
Актуальность темы
В современный период, характеризующийся бурным научно-техническим прогрессом, рациональное использование природных ресурсов стало исторической необходимостью, особое место занимают земельные и водные ресурсы.
Водохранилища являются гигантскими отстойниками, задерживая значительную часть твердого стока реки. Горные реки имеют большие уклоны и скорости течения воды, а влекомые реками взвешенные наносы, попадая в водохранилище, вследствие малых скоростей течения в нем начинают осаждаться и откладываться на дне. При осаждении более крупные наносы откладываются в верхней (хвостовой) части водохранилища, более мелкие сносятся ниже и самые мелкие, взвешенные, разносятся течением по всей части водохранилища. При сработке водохранилища наносы, отложившиеся в его хвостовой части, постепенно смываются вниз и более равномерно распределяются по всей чаше. Смыв наносов прекращается ниже уровней мертвого объема, и поэтому последний постепенно и непрерывно заполняются наносами. Наносы, остающиеся в водохранилище во взвешенном состоянии, частично удаляются через водозаборные и водосбросные сооружения вместе с водой. По данным Б.А. Корнилова, в нижний бьеф гидроузлов сбрасывается не более 4 - 10% от всех поступающих наносов, значит, 90 - 96% остается в ложе водохранилища, что приводит к его заилению.
При заполнении мертвого объема дальнейшее отложение наносов приводит к уменьшению полезного объема водохранилища и нарушению его работы. Исследования показывают, что ежегодные потери объема в результате заиления составляют от 0,02% до 14%. Наибольший процент соответствует горным водохранилищам, в связи с этим расчет заиления водохранилищ и определения срока их службы является одним из основных и еще недостаточно разработанных вопросов гидрологии.
Отсутствие достоверных данных стока влекомых наносов и несовершенства методов прогноза заиления вынуждало проектировщиков учитывать влекомые наносы как некоторый процент от стока взвешенных, который колебался в пределах от 20% (Чечвинское водохранилище) до 300% (Трускавецкое). Даже действующие "Указания по расчету заиления водохранилищ при строительном проектировании" рекомендуют вычислять расход влекомых наносов по четырем формулам и контролировать вычисления подбором аналога.
Отмечаются случаи, когда построенное водохранилище заиляется за относительно короткий срок - за несколько лет; например, подпорный бьеф Земо-Авчальской ГЭС на реке Куре в течение 5 лет был заилен на 60 %, Штеровское водохранилище на реке Миус (Донбасс) за такой же период на 85%. Вместе с тем в литературе приводятся также примеры водохранилищ, которые почти не заиляются; к ним относится водохранилище одной из высочайших в мире плотин Боулдер (на р. Колорадо), которое в соответствии с проведенными расчетами должно заполниться илом только через 445 лет.
Откладывающиеся наносы не только уменьшают полезную емкость водохранилища и создают в хвостовой его части затруднения для судоходства, но и приводят к постепенному подъему уровня воды в верхнем бьефе, а также более дальнему от плотины распространению кривой подпора, что вызывает увеличение затоплений земель. В частности, в зоне примерного подпора может оказаться гидрологический (водомерный) пост, который до строительства плотины и наполнения водой водохранилища находился на свободном участке реки.
В связи с этим тема данной работы, посвященная проблемам заиления водозаборных сооружений ГЭС на предгорных и горных реках является актуальной.
Объект исследования
Объектом исследования в данной работе является процесс заиления наносами водохранилищ предгорных и горных рек
Предмет исследования
Предметом исследования является методика прогнозирования и оценки заиления бассейна суточного регулирования Кащхатау ГЭС
Цель и задачи работы
Целью работы является изучение процесса заиления водохранилищ предгорных и горных рек, а также эффективности различных методов с заилением водохранилищ.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- Анализ факторов, способствующих заилению водохранилищ и влияющих на состав донных наносов;
- Изучение документации по созданию инструкций, контролю и осуществлению мероприятий по борьбе с наносами в процессе эксплуатации водохранилищ ГЭС;
- Изучение отечественного и зарубежного опыта борьбы с заилением и выбор наиболее эффективных методов;
- Изучение процесса и причин заиления водохранилищ на примере бассейна суточного регулирования Кашхатау ГЭС;
- Разработка численной методики расчета гидравлических условий и создания гидродинамической модели БСР;
- Оценка эффективности методов борьбы с заилением в бассейна суточного регулирования Кашхатау ГЭС
Практическая значимость работы
Практическая значимость работы заключается в обобщении опыта борьбы с заилением водохранилищ, разработке методики расчета гидродинамической модели для снижения заиления Кашхатау ГЭС и распространения полученного опыта для других водозаборных сооружений предгорных и горных рек.
Методика исследований.
Решение поставленных задач осуществлено методом исследований опыта существующих водохранилищЗемо-Авчальской ГЭС, Читахевской ГЭС, ЛаджанурскойГЭС, а также натурных исследований Кашхатау ГЭС. Все наблюдения, измерения и вычисления производились по общепринятым методикам и имеющимся наставлениям и указаниям по производству топогеодезических и гидрологических работ. Обработка данных наблюдений проведена с использованием методов математического моделирования.
Структура и объем работы
В современный период, характеризующийся бурным научно-техническим прогрессом, рациональное использование природных ресурсов стало исторической необходимостью, особое место занимают земельные и водные ресурсы.
Водохранилища являются гигантскими отстойниками, задерживая значительную часть твердого стока реки. Горные реки имеют большие уклоны и скорости течения воды, а влекомые реками взвешенные наносы, попадая в водохранилище, вследствие малых скоростей течения в нем начинают осаждаться и откладываться на дне. При осаждении более крупные наносы откладываются в верхней (хвостовой) части водохранилища, более мелкие сносятся ниже и самые мелкие, взвешенные, разносятся течением по всей части водохранилища. При сработке водохранилища наносы, отложившиеся в его хвостовой части, постепенно смываются вниз и более равномерно распределяются по всей чаше. Смыв наносов прекращается ниже уровней мертвого объема, и поэтому последний постепенно и непрерывно заполняются наносами. Наносы, остающиеся в водохранилище во взвешенном состоянии, частично удаляются через водозаборные и водосбросные сооружения вместе с водой. По данным Б.А. Корнилова, в нижний бьеф гидроузлов сбрасывается не более 4 - 10% от всех поступающих наносов, значит, 90 - 96% остается в ложе водохранилища, что приводит к его заилению.
При заполнении мертвого объема дальнейшее отложение наносов приводит к уменьшению полезного объема водохранилища и нарушению его работы. Исследования показывают, что ежегодные потери объема в результате заиления составляют от 0,02% до 14%. Наибольший процент соответствует горным водохранилищам, в связи с этим расчет заиления водохранилищ и определения срока их службы является одним из основных и еще недостаточно разработанных вопросов гидрологии.
Отсутствие достоверных данных стока влекомых наносов и несовершенства методов прогноза заиления вынуждало проектировщиков учитывать влекомые наносы как некоторый процент от стока взвешенных, который колебался в пределах от 20% (Чечвинское водохранилище) до 300% (Трускавецкое). Даже действующие "Указания по расчету заиления водохранилищ при строительном проектировании" рекомендуют вычислять расход влекомых наносов по четырем формулам и контролировать вычисления подбором аналога.
Отмечаются случаи, когда построенное водохранилище заиляется за относительно короткий срок - за несколько лет; например, подпорный бьеф Земо-Авчальской ГЭС на реке Куре в течение 5 лет был заилен на 60 %, Штеровское водохранилище на реке Миус (Донбасс) за такой же период на 85%. Вместе с тем в литературе приводятся также примеры водохранилищ, которые почти не заиляются; к ним относится водохранилище одной из высочайших в мире плотин Боулдер (на р. Колорадо), которое в соответствии с проведенными расчетами должно заполниться илом только через 445 лет.
Откладывающиеся наносы не только уменьшают полезную емкость водохранилища и создают в хвостовой его части затруднения для судоходства, но и приводят к постепенному подъему уровня воды в верхнем бьефе, а также более дальнему от плотины распространению кривой подпора, что вызывает увеличение затоплений земель. В частности, в зоне примерного подпора может оказаться гидрологический (водомерный) пост, который до строительства плотины и наполнения водой водохранилища находился на свободном участке реки.
В связи с этим тема данной работы, посвященная проблемам заиления водозаборных сооружений ГЭС на предгорных и горных реках является актуальной.
Объект исследования
Объектом исследования в данной работе является процесс заиления наносами водохранилищ предгорных и горных рек
Предмет исследования
Предметом исследования является методика прогнозирования и оценки заиления бассейна суточного регулирования Кащхатау ГЭС
Цель и задачи работы
Целью работы является изучение процесса заиления водохранилищ предгорных и горных рек, а также эффективности различных методов с заилением водохранилищ.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- Анализ факторов, способствующих заилению водохранилищ и влияющих на состав донных наносов;
- Изучение документации по созданию инструкций, контролю и осуществлению мероприятий по борьбе с наносами в процессе эксплуатации водохранилищ ГЭС;
- Изучение отечественного и зарубежного опыта борьбы с заилением и выбор наиболее эффективных методов;
- Изучение процесса и причин заиления водохранилищ на примере бассейна суточного регулирования Кашхатау ГЭС;
- Разработка численной методики расчета гидравлических условий и создания гидродинамической модели БСР;
- Оценка эффективности методов борьбы с заилением в бассейна суточного регулирования Кашхатау ГЭС
Практическая значимость работы
Практическая значимость работы заключается в обобщении опыта борьбы с заилением водохранилищ, разработке методики расчета гидродинамической модели для снижения заиления Кашхатау ГЭС и распространения полученного опыта для других водозаборных сооружений предгорных и горных рек.
Методика исследований.
Решение поставленных задач осуществлено методом исследований опыта существующих водохранилищЗемо-Авчальской ГЭС, Читахевской ГЭС, ЛаджанурскойГЭС, а также натурных исследований Кашхатау ГЭС. Все наблюдения, измерения и вычисления производились по общепринятым методикам и имеющимся наставлениям и указаниям по производству топогеодезических и гидрологических работ. Обработка данных наблюдений проведена с использованием методов математического моделирования.
Структура и объем работы
В результате выполнения магистерской диссертации получены следующие результаты:
1. Основными факторами заиления водохранилищ являются: поступление в водохранилище взвешенных наносов, ветровой перенос песка с берегов водохранилища, выпадение в осадок химических соединений, Отложение биомассы водной растительности, отслаивание берегов, вследствие их размыва, геоморфологические процессы (эоловые процессы) и влияние этих факторов на водохранилища расположенные в разных климатических и географических зонах.
2. Выведена зависимость срока службы водохранилища, за который водохранилище заилится до отметки уровня мертвого объема в зависимости от объема водохранилища и объема годового твердого стока.
3. Описаны мероприятия, которые регулярно должны проводиться на ГЭС, в соответствии с нормативной документацией. В частности рассмотрен состав инструкции по борьбе с наносами, параметры оценки состояния и работы водохранилища, порядок осуществление контроля за состоянием и работой водохранилища и мероприятия, которые входят в этот контроль. Перечень наблюдений, составляющих эксплуатационный контроль за состоянием интенсивно заиляемых водохранилищ и их периодичности.
4. Особенности заиления водохранилищ горных рек связаны с режимами и гидравлическими условиями их движения с описанием взвешенных и руслообразующих наносов. Составлены характеризующие движения наносов математические зависимости.
5. Описаны мероприятия по борьбе с заилением водохранилищ, в частности подробно расписаны такие средства борьбы с заилением водохранилищ как мелкий и глубокий промыв, промыв с регулированием мутности потока, применение земснарядов и песколовок с описанием методики проведения каждого из способов очистки.
6. Анализ опыта борьбы с заилением на Земо-Авчальской ГЭС, Читахевской ГЭС, Ладжанурской ГЭС, Учкурганской ГЭС в целом показал положительный эффект по гидравлическим промывам, проведенным в различных условиях
7. На примере Кашхатау ГЭС рассмотрены причины заиления
водохранилищ предгорных и горных ГЭС. По результатам выполненных промеров отложения наносов достигают максимальных отметок на расстоянии 150-250 м от выходного портала и составляют 729,5 -730 м у левобережной дамбы, образуя «косу», практически перекрывающую БСР в этом сечении. Максимальная высота заиления достигает 9 метров. На остальных участках БСР уровень заиления значительно ниже, при этом суммарный объём, отложившихся в БСР наносов составил 320 тыс. м3 по состоянию март 2015 г., а преобладающее количество наносов, отложившихся в БСР, имеет крупность менее 0,25 мм. Быстрое заиление БСР произошло по следующим причинам:несоответствие пропускной способности туннеля проектной (реальные скорости потока, как в туннеле, так и в БСР ниже проектных);работы Кашхатау ГЭС в базовом режиме в период наибольшей мутности при отметках в БСР 732-733 м, вместо предусмотренных проектом 729,50 м.; увеличения скорости течения на входе в отстойник по сравнению с проектом, и как следствие снижение эффективности осаждения наносов (по данным суточных ведомостей нагрузки КГЭС рабочие затворы на верхней голове отстойника постоянно находятся на высоте 2,2 м от порога, т.е. на отм. 736,7 м); многоводный период и соответственно повышенное
поступление наносов в деривацию и БСР.
8. На основе предложенной численной методики моделирования гидравлических условий в БСР в соответствии с принятым суточным изменением уровней воды и расходов выявлено, что при уровне в водохранилище 739,0 м максимальный уровень в БСР в заиленном состоянии повышается до отметки737.66 м, против проектной отмети 737,2 м, а минимальный снижается до 731.99 м против 732,3 м, что характеризует незначительную изменяемость гидравлических условий течения воды в чистом и заиленном БСР. При этом математическое моделирование заиления водохранилищ позволяет не только оценивать динамику отметок дна при текущих гидродинамических условиях, но и давать прогнозы при изменении условий формирования жидкого и твердого стока на водосборе а представленная модель легла в основу расчетов изменения отметок дна водохранилища Каштахау ГЭС, вызванных влиянием увеличенного относительно прогнозного значения величины твердого стока.
9. Рассчитаны случаи глубокой промывки БСР Каштахау ГЭСпри расходах воды 80, 100, 150 и 220м3/с, мутности потока 0,853; 1,04; 1,49; 2,12 кг/м3 и крупности наноса d90=5, 7, 10, 15 мм. Данные расчетов показали, что наиболее эффективной является глубокая промывка при расходах р. Черек около 150 м3/с. При меньших расходах эффективность промывки снижается из-за не достижения максимальных скоростей течения воды. Для удаления значимого количества наносов, например, 500 тыс. т, промывка должна осуществляться достаточно продолжительное время - не менее 3...5 суток, расходами 150.115 м3/с.
10. Анализ полученных для водохранилища Каштахау ГЭС данных позволяет сделать важный вывод, что глубокие промывки водохранилища не оказывают влияния на полезный объем воды в полностью заиленном водохранилище головного узла Кашхатау ГЭС.
1 1 . Рассмотрены сценарии расчетовгидравлических условий при мелкой промывке водохранилищаКаштахау ГЭС, в которых при приточности 80, 150 и 220 м3/с и мутности потока, соответственно, 0,85, 1,5 и 2,1 кг/м3 поддерживались уровни воды в водохранилище УМО и НПУ. При УМО через водозабор деривации отбирался расход 37 м3/с, а при НПУ - 50 м3/с, что соответствует расходам деривации в режиме суточного регулирования
12. Анализ полученных результатов показал, что промывки водохранилища не оказывают существенного влияния на полезный объем воды (выше УМО) в заиленном водохранилище головного узла Кашхатау ГЭС, а, за счет смыва отложений вблизи плотины, позволяют аккумулировать в нем вновь поступающие наносы и тем уменьшать нагрузку на отстойник деривации.
13. Зависимость эффективности глубокой промывки от расхода реки Черек показывает, что наибольшей промывной способностью обладает расход около 150 м3/с. Учитывая большой объем поступающих по реке наносов, глубокие промывки следует проводить ежегодно на подъеме паводка при расходах р. Черек 80.150 м3/с в течение 3.5 дней. Это позволит поддерживать аккумулирующую способность водохранилища на уровне, при котором правильная эксплуатация гидротехнического отстойника обеспечит нормальную работу деривации ГЭС.
14. Рассмотрены гидравлические условия пропуска паводков различной вероятности при одновременной работе ГЭС, что называется мелкой промывкой водохранилища, когда уровень воды не может опускаться ниже УМО, из-за необходимости отбора воды в деривацию. Расчеты выполнялись при начальных условиях, таких же, как и при глубокой промывке. В качестве граничных условий в расчетах задавалось дно, полученное батиметрической съемкой, но заиленное до отм. 735,0 м, а расходы деривации принимались равными при УМО - 35 м3/с и при НПУ - 50 м3/с соответственно. Из-за невозможности на численной модели (в плановой постановке) имитировать истечение воды через промывную галерею верхней головы отстойника, остальной расход сбрасывался в НБ через границу эксплуатационного водосброса, на которой поддерживался уровень ВБ.
1 5 . Расчетным путем установлено, что при УМО эффективность мелкой промывки, выраженная разностью подаваемых в модель наносов и выносимых из нее, незначительна, а при НПУона отсутствует.
16. Анализ изменений во времени рельефа дна водохранилища Кашхатау ГЭС показывает, что размывы, как правило, начинаются в средней, наиболее узкой части, где имеется сужение проходного сечения из-за островка с отметкой гребня 738 м. В результате переформирования отложений в водохранилище, наносы смещаются в ближнюю к плотине область, повышая там отметки дна на 1.1,5 м, по отношению к отм.735,0 м. Через 5.10 дней режима мелкой промывки, в свежих отложениях формируется новое, достаточно устойчивое русло шириной 20.40 м и дном, в зависимости от УВБ, с отм. 734.736 м.
17. Количество наносов, поступающих в расчетную схему и вынесенных из нее совпадают, т.е. нулевой баланс наносов в водохранилище для расчетных условий реализуется при уровне ВБ на отм. 737,05±0,1 м независимо от величины расхода. Однако, этот уровень воды нельзя поддерживать в период паводка, т.к. при нем расход деривации может быть недостаточным, по условию выработки электроэнергии на ГЭС.
18. Из-законструктивных особенностей деривационной Кашхатау ГЭС установка песколовок возможна только после отстойника в начале деривационного канала для дополнительного осветления поступающего в БСР расхода, что при существующем состоянии эксплуатации отстойника нецелесообразно, поскольку высота отложений в камерах отстойника превышает ~1,5 м и при открытии деривационного канала, насыщенный твердыми частицами расход будет мгновенно заполнять песколовку, чистка которой осуществляется вручную или гидромеханическими способами с использованием насосов, что является экономически нецелесообразным в случае Кашхатау ГЭС. Также самые крупные промышленные песколовки имеют расход 100 л/с, что при необходимом для нормальной работы ГЭС в соответствии с графиком нагрузки расходе деривации, доходящем до ~50 м3/с создает необходимость размещения большого количества песколовок с таким расходом, что невозможно исходя из конструктивных параметров деривационного лотка Кашхатау ГЭС.
19. В условиях отсутствия аккумулирующей способности водохранилища особое внимание следует обратить на правильную эксплуатацию отстойника. Из-за большого количества поступающих по р. Черек наносов и несвоевременной промывки рабочих камер повышается опасность абразивного повреждения гидросилового оборудования ГЭС. Чем выше концентрация наносов на входе в отстойник и меньше одновременно работающих на осветление воды рабочих камер, тем быстрее происходит их заиление.
20. Из сравнения технических характеристик для работы в акватории БСР Кашхатау ГЭС был выбран земснаряд “Водяной-2000”, который удовлетворяет требованиям производительности и составу экипажа, благодаря чему без значительных экономических затрат для станции возможно организовать работы по очистке БСР в 3-х сменном режиме.
21. Для работы земснаряда принят вариант с укладкой грунта в геотубы, главным преимуществом которого является возможность укладки мелкодисперсных грунтов в условиях ограниченных площадей. Именно по этой причине данный способ укладки широко применяется в европейских странах, с высокой ценой территории под отстойники. В нашем случае это практически единственный способ укладки наносов из БСР Кашхатау ГЭС на имеющемся участке.
1. Основными факторами заиления водохранилищ являются: поступление в водохранилище взвешенных наносов, ветровой перенос песка с берегов водохранилища, выпадение в осадок химических соединений, Отложение биомассы водной растительности, отслаивание берегов, вследствие их размыва, геоморфологические процессы (эоловые процессы) и влияние этих факторов на водохранилища расположенные в разных климатических и географических зонах.
2. Выведена зависимость срока службы водохранилища, за который водохранилище заилится до отметки уровня мертвого объема в зависимости от объема водохранилища и объема годового твердого стока.
3. Описаны мероприятия, которые регулярно должны проводиться на ГЭС, в соответствии с нормативной документацией. В частности рассмотрен состав инструкции по борьбе с наносами, параметры оценки состояния и работы водохранилища, порядок осуществление контроля за состоянием и работой водохранилища и мероприятия, которые входят в этот контроль. Перечень наблюдений, составляющих эксплуатационный контроль за состоянием интенсивно заиляемых водохранилищ и их периодичности.
4. Особенности заиления водохранилищ горных рек связаны с режимами и гидравлическими условиями их движения с описанием взвешенных и руслообразующих наносов. Составлены характеризующие движения наносов математические зависимости.
5. Описаны мероприятия по борьбе с заилением водохранилищ, в частности подробно расписаны такие средства борьбы с заилением водохранилищ как мелкий и глубокий промыв, промыв с регулированием мутности потока, применение земснарядов и песколовок с описанием методики проведения каждого из способов очистки.
6. Анализ опыта борьбы с заилением на Земо-Авчальской ГЭС, Читахевской ГЭС, Ладжанурской ГЭС, Учкурганской ГЭС в целом показал положительный эффект по гидравлическим промывам, проведенным в различных условиях
7. На примере Кашхатау ГЭС рассмотрены причины заиления
водохранилищ предгорных и горных ГЭС. По результатам выполненных промеров отложения наносов достигают максимальных отметок на расстоянии 150-250 м от выходного портала и составляют 729,5 -730 м у левобережной дамбы, образуя «косу», практически перекрывающую БСР в этом сечении. Максимальная высота заиления достигает 9 метров. На остальных участках БСР уровень заиления значительно ниже, при этом суммарный объём, отложившихся в БСР наносов составил 320 тыс. м3 по состоянию март 2015 г., а преобладающее количество наносов, отложившихся в БСР, имеет крупность менее 0,25 мм. Быстрое заиление БСР произошло по следующим причинам:несоответствие пропускной способности туннеля проектной (реальные скорости потока, как в туннеле, так и в БСР ниже проектных);работы Кашхатау ГЭС в базовом режиме в период наибольшей мутности при отметках в БСР 732-733 м, вместо предусмотренных проектом 729,50 м.; увеличения скорости течения на входе в отстойник по сравнению с проектом, и как следствие снижение эффективности осаждения наносов (по данным суточных ведомостей нагрузки КГЭС рабочие затворы на верхней голове отстойника постоянно находятся на высоте 2,2 м от порога, т.е. на отм. 736,7 м); многоводный период и соответственно повышенное
поступление наносов в деривацию и БСР.
8. На основе предложенной численной методики моделирования гидравлических условий в БСР в соответствии с принятым суточным изменением уровней воды и расходов выявлено, что при уровне в водохранилище 739,0 м максимальный уровень в БСР в заиленном состоянии повышается до отметки737.66 м, против проектной отмети 737,2 м, а минимальный снижается до 731.99 м против 732,3 м, что характеризует незначительную изменяемость гидравлических условий течения воды в чистом и заиленном БСР. При этом математическое моделирование заиления водохранилищ позволяет не только оценивать динамику отметок дна при текущих гидродинамических условиях, но и давать прогнозы при изменении условий формирования жидкого и твердого стока на водосборе а представленная модель легла в основу расчетов изменения отметок дна водохранилища Каштахау ГЭС, вызванных влиянием увеличенного относительно прогнозного значения величины твердого стока.
9. Рассчитаны случаи глубокой промывки БСР Каштахау ГЭСпри расходах воды 80, 100, 150 и 220м3/с, мутности потока 0,853; 1,04; 1,49; 2,12 кг/м3 и крупности наноса d90=5, 7, 10, 15 мм. Данные расчетов показали, что наиболее эффективной является глубокая промывка при расходах р. Черек около 150 м3/с. При меньших расходах эффективность промывки снижается из-за не достижения максимальных скоростей течения воды. Для удаления значимого количества наносов, например, 500 тыс. т, промывка должна осуществляться достаточно продолжительное время - не менее 3...5 суток, расходами 150.115 м3/с.
10. Анализ полученных для водохранилища Каштахау ГЭС данных позволяет сделать важный вывод, что глубокие промывки водохранилища не оказывают влияния на полезный объем воды в полностью заиленном водохранилище головного узла Кашхатау ГЭС.
1 1 . Рассмотрены сценарии расчетовгидравлических условий при мелкой промывке водохранилищаКаштахау ГЭС, в которых при приточности 80, 150 и 220 м3/с и мутности потока, соответственно, 0,85, 1,5 и 2,1 кг/м3 поддерживались уровни воды в водохранилище УМО и НПУ. При УМО через водозабор деривации отбирался расход 37 м3/с, а при НПУ - 50 м3/с, что соответствует расходам деривации в режиме суточного регулирования
12. Анализ полученных результатов показал, что промывки водохранилища не оказывают существенного влияния на полезный объем воды (выше УМО) в заиленном водохранилище головного узла Кашхатау ГЭС, а, за счет смыва отложений вблизи плотины, позволяют аккумулировать в нем вновь поступающие наносы и тем уменьшать нагрузку на отстойник деривации.
13. Зависимость эффективности глубокой промывки от расхода реки Черек показывает, что наибольшей промывной способностью обладает расход около 150 м3/с. Учитывая большой объем поступающих по реке наносов, глубокие промывки следует проводить ежегодно на подъеме паводка при расходах р. Черек 80.150 м3/с в течение 3.5 дней. Это позволит поддерживать аккумулирующую способность водохранилища на уровне, при котором правильная эксплуатация гидротехнического отстойника обеспечит нормальную работу деривации ГЭС.
14. Рассмотрены гидравлические условия пропуска паводков различной вероятности при одновременной работе ГЭС, что называется мелкой промывкой водохранилища, когда уровень воды не может опускаться ниже УМО, из-за необходимости отбора воды в деривацию. Расчеты выполнялись при начальных условиях, таких же, как и при глубокой промывке. В качестве граничных условий в расчетах задавалось дно, полученное батиметрической съемкой, но заиленное до отм. 735,0 м, а расходы деривации принимались равными при УМО - 35 м3/с и при НПУ - 50 м3/с соответственно. Из-за невозможности на численной модели (в плановой постановке) имитировать истечение воды через промывную галерею верхней головы отстойника, остальной расход сбрасывался в НБ через границу эксплуатационного водосброса, на которой поддерживался уровень ВБ.
1 5 . Расчетным путем установлено, что при УМО эффективность мелкой промывки, выраженная разностью подаваемых в модель наносов и выносимых из нее, незначительна, а при НПУона отсутствует.
16. Анализ изменений во времени рельефа дна водохранилища Кашхатау ГЭС показывает, что размывы, как правило, начинаются в средней, наиболее узкой части, где имеется сужение проходного сечения из-за островка с отметкой гребня 738 м. В результате переформирования отложений в водохранилище, наносы смещаются в ближнюю к плотине область, повышая там отметки дна на 1.1,5 м, по отношению к отм.735,0 м. Через 5.10 дней режима мелкой промывки, в свежих отложениях формируется новое, достаточно устойчивое русло шириной 20.40 м и дном, в зависимости от УВБ, с отм. 734.736 м.
17. Количество наносов, поступающих в расчетную схему и вынесенных из нее совпадают, т.е. нулевой баланс наносов в водохранилище для расчетных условий реализуется при уровне ВБ на отм. 737,05±0,1 м независимо от величины расхода. Однако, этот уровень воды нельзя поддерживать в период паводка, т.к. при нем расход деривации может быть недостаточным, по условию выработки электроэнергии на ГЭС.
18. Из-законструктивных особенностей деривационной Кашхатау ГЭС установка песколовок возможна только после отстойника в начале деривационного канала для дополнительного осветления поступающего в БСР расхода, что при существующем состоянии эксплуатации отстойника нецелесообразно, поскольку высота отложений в камерах отстойника превышает ~1,5 м и при открытии деривационного канала, насыщенный твердыми частицами расход будет мгновенно заполнять песколовку, чистка которой осуществляется вручную или гидромеханическими способами с использованием насосов, что является экономически нецелесообразным в случае Кашхатау ГЭС. Также самые крупные промышленные песколовки имеют расход 100 л/с, что при необходимом для нормальной работы ГЭС в соответствии с графиком нагрузки расходе деривации, доходящем до ~50 м3/с создает необходимость размещения большого количества песколовок с таким расходом, что невозможно исходя из конструктивных параметров деривационного лотка Кашхатау ГЭС.
19. В условиях отсутствия аккумулирующей способности водохранилища особое внимание следует обратить на правильную эксплуатацию отстойника. Из-за большого количества поступающих по р. Черек наносов и несвоевременной промывки рабочих камер повышается опасность абразивного повреждения гидросилового оборудования ГЭС. Чем выше концентрация наносов на входе в отстойник и меньше одновременно работающих на осветление воды рабочих камер, тем быстрее происходит их заиление.
20. Из сравнения технических характеристик для работы в акватории БСР Кашхатау ГЭС был выбран земснаряд “Водяной-2000”, который удовлетворяет требованиям производительности и составу экипажа, благодаря чему без значительных экономических затрат для станции возможно организовать работы по очистке БСР в 3-х сменном режиме.
21. Для работы земснаряда принят вариант с укладкой грунта в геотубы, главным преимуществом которого является возможность укладки мелкодисперсных грунтов в условиях ограниченных площадей. Именно по этой причине данный способ укладки широко применяется в европейских странах, с высокой ценой территории под отстойники. В нашем случае это практически единственный способ укладки наносов из БСР Кашхатау ГЭС на имеющемся участке.