РАСЧЕТЫ ГОДИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Расчеты годичного регулирования стока производятся для водохо-зяйственного года — с начала половодья данного календарного года до начала половодья следующего календарного года. В зависимости от конкретных условий ставится задача зарегулировать расход воды для орошения, водоснабжения и т. п., а для энергетики расход воды или мощность ГЭС. В случае полного годичного регулирования стока задается среднегодовой расход воды или среднегодовая мощность ГЭС при наиболее целесообразном распределении воды по сезонам года. В реальных условиях из-за отсутствия достоверного прогноза притока воды на год вперед, полное годичное регулирование может быть произведено только для расчетного маловодного года. На практике чаще всего встречаются случаи, когда объем водохранилища позволяет провести лишь неполное годичное регулирование стока.
НЕПОЛНОЕ ГОДИЧНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СТОКА 1. Графический расчет по интегральной кривой
Интегральная кривая представляет собой кривую нарастания притока во времени. Она обычно строится в косоугольных координатах (рис. 4-1, кривая II). По оси абсцисс откладывается время t, а по оси ординат разность между суммарным фактическим притоком и условным равномерным притоком. Для определения расходов воды строится лучевой масштаб (рис. 4-1, а). При сравнительно небольших колебаниях напора может применяться интегральная кривая энергии, по оси ординат которой откладывается разность между энергией притока и условной равномерной энергией. В этом случае строится лучевой масштаб для определения мощности.
Допустим имеется интегральная кривая II (рис. 4-1) притока воды к водохранилищу за отрезок времени несколько больше года. Заданы полезная емкость водохранилища V и пропускная способность QT всех турбин ГЭС. Требуется провести регулирование стока на выравнивание расхода воды.
Если провести касательную AF к интегральной кривой, то направление линии AF определит значение среднего расхода Q0 за водохозяйственный год. Значение Q0 можно определить по лучевому масштабу (рис. 4-1, а), проведя из фокуса f луч fe, параллельный линии AF. Проведем касательную К К к точке К интегральной кривой, параллельную линии AF. Расстояние по вертикали между этими касательными определит объем водохранилища V0, необходимый для полного годичного регулирования стока на постоянный расход воды Q0. Имеющийся объем V Для облегчения расчетов построим вспомогательную кривую Д все точки которой отстоят по вертикали от соответствующих точек интегральной кривой на величину полезной емкости водохранилища V. Кривая называется нижней контрольной линией. Допустим, что можно пренебречь разницей в потерях испарения при наличии и отсутствии водохранилища. Предположим, что в половодье ГЭС работает с постоянным расходом QT, равным пропускной способности всех ее турбин. Проведем к интегральной кривой в точке О касательную ОС, параллельную лучу турбинного расхода QT. Линия ОС пересечет нижнюю контрольную линию в точке В. При более точных подсчетах нужно учитывать изменение турбинного расхода с изменением напора. Начиная с момента t происходит наполнение водохранилища, так как расходы притока оказывают больше пропускаемого через турбины расхода QT. В момент t2 водохранилище полностью наполнено, а расходы притока все еще больше QT. Следовательно, начиная с момента времени Д происходит сброс излишков воды сверх QT. В момент времени t3 расход притока станет равным QT и сброс воды прекратится. Момент t3 равенства расходов определяется точкой М касания линии ММ, параллельной лучу расхода QT. За время t3 — t2 через водосброс будет сброшен излишний объем воды Vх, измеряемый отрезком Ст. В течение времени от 13 до 5 ГЭС будет работать на естественных расходах, меньших QT. Для определения постоянного зарегулированного расхода Qp проведем касательную dE к нижней контрольной линии (точка d) и интегральной кривой (точка Е). Зарегулированный расход определим по лучевому масштабу, проведя луч fi, параллельный линии dE. В момент t5 ГЭС переходит на работу с постоянным расходом Qp и водохранилище начинает опорожняться. Сработка водохранилища прекращается в момент t&, когда расход притока становится равным зарегулированному расходу Qp. К этому моменту уровень воды в водохранилище достигает своего наинизшего положения УМ О. Если с момента времени г5 (точка d) выпускать из водохранилища постоянный расход, больший Qp, то водохранилище преждевременно опорожнится (точка L), после чего придется переходить на работу с очень малыми естественными расходами воды. При пропуске же из водохранилища расходов, меньших Qp, водохранилище будет недоиспользовано, и к моменту начала половодья следующего года в нем останется недоиспользованный объем воды. На рис. 4-1 показаны расходы притока и зарегулированные расходы, объемы V воды в водохранилище, уровни воды в бьефах, напоры и зарегулированные мощности ГЭС. Объем наполнения водохранилища в любой момент времени определяется длиной отрезков вертикальных прямых между интегральной кривой притока ОКЕ и зарегулированного. (рис. 4-1,6). Уровни верхнего бьефа ZBB в каждый момент времени могут быть определены по объему воды в водохранилище (рис. 4-1, е) и кривой объемов (см. рис. 3-2). При этом объемы откладываются вправо от мертвого объема Гм. Уровни нижнего бьефа ZHB определяются расходами воды, поступающими в НБ, независимо от того, идут ли они через турбины ГЭС, через судоходный шлюз или через водосброс. Чем больше поступающий в НБ суммарный расход, тем выше уровень воды в нем. Для определения отметок уровня НБ используется кривая связи расходов и уровней (рис. 4-2 и 4-3). Напор Н в каждый момент времени будет равен разности уровней воды в верхнем и нижнем бьефе, за вычетом потерь напора Д/г на вход и по длине водопроводящего тракта. Зная объемы Рн и Рк, пользуясь кривой объемов, можно определить уровни верхнего бьефа на начало ZBB И К концу ZHB промежутка времени. Средний уровень ZBB определяется по среднему объему наполнения Рср=Рн + ДР/2. Уровень нижнего бьефа определяется обычным способом (по кривой расхода) по значению расхода воды, поступающей в нижний бьеф. Зная Zbb и ZHb, МОЖНО определить напор, подсчитать мощность и выработку энергии. В табл. 4-1 дан пример расчета регулирования при полезной емкости водохранилища 6,40- 109 м3 и установленной мощности ГЭС 1 млн. кВт1). Емкость водохранилища недостаточна для полного годичного регулирования, а турбины ГЭС не могут пропускать весь расход половодья. Поэтому после наполнения водо-хранилища до отметки НПУ 79 м становятся неизбежными холостые сбросы воды, которые начались с середины II декады апреля. В расчетах учитывалось снижение пропускной способности турбин в первые три декады половодья из-за низких напоров. В четвертую декаду половодья расход ГЭС 6150 м3/с определился исходя из суммарной мощности ее генераторов — 1 млн. кВт. При регулировании стока требовалось в навигационный период обеспечить для шлюзования расход воды = 20 м3/с и до зимы — расход для рыбохода Qpb,6 = 5 м3/с. Для энергетики потребный расход воды Q3 был определен из условия, чтобы среднемесячная мощность ГЭС составляла не менее 400 тыс. кВт и чтобы к концу межени водохранилище было сработано до УМО 76 м. Суммарный зарегулированный расход.QD = Q3 + Qm + QpbI6- Потери Qr, складывались из потерь фильтрации, которые принимались постоянными для всех месяцев и потерь испарения QHcn, среднемесячное значение которых изменялось в широких пределах, достигая максимума 113 м3/с в августе Для регулирования стока разрабатывают наиболее целесообразные правила, которые оформляют в виде диспетчерского графика. Допустим, что диспетчерский график задан в простейшем виде Q = f(V/t) с выделением зон гарантированных расходов Qp, пониженных расходов QCib повышенных расходов Qb Q2, Q3 и зоны работы ГЭС с полной пропускной способностью всех турбин Qx (рис. 4-4). Если, например, на 1 XII в водохранилище имелся объем Га, то согласно диспетчерскому графику на декабрь можно задать расход Qp. В проектных условиях приток Qnp= QecT± Сльда прошедшего месяца, т. е. декабря, берется из таблицы притока воды. Наполнение водохранилища Гб на начало следующего месяца, т. е. на 1/1, определяется расчетом. Например, Если Vq=Vo, ТО на январь можно задать расход Qp. При V§=Vr можно принять Qi=Qi. Если же декабрь был очень маловодным и объем воды в водохранилище оказался равным Гх, то на январь задается пониженный расход QCH. В проектной практике расход обычно корректируют, добиваясь, например, соответствия между зарегулированным расходом и наполнением водохранилища в конце месяца. Если, например, при Qxn = — Qp получаются Vq=V, ТО расход декабря увеличивают настолько, чтобы емкость Vб в конце де-кабря находилась на линии раздела между зоной Qp и зоной Qj. При емкости Vа расход в декабре увеличивают до Qb если при этом в конце ме-сяца наполнение попадает в зону Qb Такая корректировка производится подбором. Полученные объемы наполнения водохранилища наносятся на интегральную кривую, что дает наглядное представление о зарегулированном режиме. Зная объемы воды в водохранилище и зарегулированные расходы, можно обычным способом определить напор, мощность и подсчитать выработку энергии. Если диспетчерский график задан в виде N = f(V, t), то по нему определяют на предстоящий период значение мощности N. Затем, пользуясь обычной формулой мощности, путем подбора определяют Q, ZBB, Zнб и И, что даже при ручном счете осуществляется сравнительно просто. При расчете регулирования стока на ЭВМ подбор быстро производится самими машинами. В условиях эксплуатации запас воды в водохранилище на начало каждого расчетного времени бывает известен. Запас воды определяется по фактическому уровню воды ZBB и кривой объемов водохранилища. Наличие надежного прогноза позволяет более точно назначать расход воды на ближайший период.
