книги из ГПНТБ / Резниковский, А. Ш. Управление режимами водохранилищ гидроэлектростанций

А. Ш. Резниковский, М. И. Рубинштейн

УПРАВЛЕНИЕ

РЕЖИМАМИ

ВОДОХРАНИЛИЩ ГИДРОЭЛ ЕКТРОСТАН ЦИЙ

«Э Н Е Р Г И Я» МОСКВА 1974

П Р Е Д И С Л О В И Е

Водное хозяйство во многих районах Со­ ветского Союза, как и в ряде других стран, бурно развивается и в последние годы суще­ ственно усложнилось. Оно вступило в фазу создания водохозяйственных систем. При этом, как правило, каскады гидроэлектростанций и их водохранилища, являющиеся элементами таких систем, одновременно входят и в состав мощных объединенных энергетических систем.

При проектировании и эксплуатации систем с гидроэлектростанциями системный фактор еще не всегда в должной мере учитывается, так как методы такого учета еще недостаточ­ но разработаны. В этом случае особенно трудным становится учет вероятностного ха­ рактера основного ресурса гидроузлов систе­ мы— речного стока. Заблаговременность его прогнозов обычно значительно меньше дли­ тельности цикла регулирования стока водохра­ нилищами (особенно при многолетнем регули­ ровании), а точность прогнозов не достаточна для практических приложений при эксплуата­ ции гидроузлов. Поэтому управление развити­ ем и эксплуатацией водохозяйственных и энер­ гетических систем должно быть стохастиче­ ским. Исследования в этом направлении ведут­ ся в СССР и за рубежом. Они еще далеки от завершения.

В этой небольшой книге сделана попытка рассмотреть различные аспекты указанной за­ дачи управления водохранилищами гидро­ электростанций в системах и приведены неко­ торые методы, которые уже сейчас использу­ ются (или могут быть использованы) в прак­ тике проектирования и эксплуатации. Эта

3

Г л а в а п е р в а я

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

1-1. Особенности водохозяйственных систем

Из общего объема воды на земном шаре около 1,5 млрд, км3 только 0,1% является пресной водой. Эта вода может быть непосредственно использована челове­ ком. Наиболее активно человек в своей жизни исполь­ зует речной сток. Общая величина непрерывно возобнов­ ляемого стока рек мира оценивается в 37 тыс. км3 [Л. 33]. Из них поверхностный сток рек составляет около 24 тыс. км3/год, остальное относится к подземной состав­ ляющей стока. Устойчивый сток рек, т. е. сток, естест­ венно зарегулированный подземными резервуарами, озе­ рами и др., оценивается [Л. 47] в 14 тыс. км3.

Использование водных ресурсов в течение истории человечества развивалось сравнительно медленно. Сдрев­ них времен человек использует воду рек и пресных озер для своих питьевых нужд, рыболовства и водного транс­ порта. С развитием цивилизации речная вода использу­ ется для регулярного орошения земель, для создания водопроводов в городах и для энергетических целей. Реч­ ные русла все чаще начинают использовать для сбросов в них воды с осушенных территорий и канализационных вод городов, т. е. в качестве естественного коллектора дренажных и сточных вод.

'В XIII в. на реках строятся первые камерные шлюзы для целей судоходства. В XVIII в. с развитием промыш­ ленного производства речная вода широко используется для промышленного водоснабжения и в качестве источ­ ника дешевой энергии. В начале XIX в. появляются пер­ вые водяные турбины, и с этого времени начинается во все увеличивающихся масштабах энергетическое исполь­ зование рек (в XX в. преимущественно для выработки электрической энергии). ■

5

Во многих странах теперь в реки сбрасываются не Только коммунальные, но и промышленные стоки; с раз­ витием теплоэнергетики получает все большее распро­ странение тепловое загрязнение рек. Усиливается транс­ портное использование рек, особенно для лесосплава. Все это приводит к ухудшению санитарного состояния рек. Количество вылавливаемой в реках и озерах рыбы растет за счет применения все более совершенных ору­ дий лова, что отрицательно сказывается на рыбных за­ пасах водоемов.

В результате интенсивной хозяйственной деятельно­ сти в разных районах на различных этапах развития на реках неизменно появляются дефициты чистой воды, особенно"в меженные периоды года. Для ликвидации де­ фицитов воды создаются регулирующие речной сток во­ дохранилища, которые позволяют не только использо­ вать речную воду в створе плотины для различных це­ лей, бороться с вредным воздействием вод (например, с наводнениями), но и воздействовать на режим естест­ венного стока рек, приспосабливая его к режиму потреб­ ления. В XX в. появились и такие виды водопользова­ ния, как водный туризм, отдых на воде, создание живо­ писных водных пейзажей и др.

На протяжении многих тысячелетий почти во всех странах мира размеры водных ресурсов намного превос­ ходили объем их потребления и масштабы их исполь­ зования. Поэтому, как правило, отдельные виды исполь­ зования воды не противоречили друг другу и не было почти никогда никакой нужды в согласовании размеров и режимов использования речной воды для различных целей. Положение начало меняться лишь в XX в. и осо­ бенно значительно в его второй половине.

Характерной чертой современного использования реч­ ных вод во многих странах мира является небывалый рост всех видов водопотребления и водопользования, что уже сейчас привело к недостатку воды во многих райо­ нах, к необходимости ее многократного использования вдоль течения рек, несмотря на все увеличивающуюся степень загрязнения рек сточными водами.

Разработанный в «Энергосетьпроекте» предваритель­ ный и ориентировочный прогноз роста хозяйственного ис­ пользования водных ресурсов страны и отдельных ее районов показал, что в ближайшие 25—30 лет общий объем водопотребления увеличится в несколько раз и

6

составит примерно половину среднемноголетней величи­ ны стока всех рек Советского Союза. 'В этих данных не учтены объемы воды, необходимые для разбавления сточных вод, так как предполагается, что поступление неочищенных сточных вод в реки будет полностью пре­ кращено. В этих цифрах-не учитываются объемы вод, необходимые для начального заполнения вновь создава­ емых водохранилищ. При этом безвозвратные потери со­ ставят не менее 300—400 км31год [Л. 4], т. е. свыше 15— 20% величины стока рек, зарегулированного существую­ щими и намечаемыми к строительству водохранилища­ ми. Большая доля указанных безвозвратных потерь (до 65—85%) может быть отнесена на орошение земель.

Следует отметить, что в отдельных районах страны соотношение между водными ресурсами и ожидаемым водопотреблением будет существенно хуже, чем в целом по стране. Это означает, что в рассматриваемый период времени в таких районах потребуется провести не толь­ ко огромные работы по экономии воды, по временному регулированию речного стока водохранилищами, но так­ же по территориальному перераспределению речного стока между отдельными районами страны.

Немаловажное значение приобретут меры по рацио­ нальному (с точки зрения водного фактора) размеще­ нию водоемких производств, в особенности по размеще­ нию мощных тепловых и атомных электростанций, меры по переводу их на замкнутые системы водоснабжения и неводяные способы охлаждения. Для многих видов про­ изводств появится необходимость поиска и перевода да­ же существующих предприятий на неводоемкие виды технологий.

Так как одним из ведущих водопотребителей являет­ ся и будет являться орошение земель, то для этого водопотребителя на повестку дня все острей будут становить­ ся такие вопросы, как повышение культуры водопользо­ вания, оптимизации поливных норм, учет их зависимости от осадков, дефицита влажности и т. д., рациональное распределение влагоемких культур между районами страны, оптимизация производства сельскохозяйствен­ ных продуктов на поливных и богарных землях и т. п. Для решения перечисленных и многих других вопросов при разработке перспектив использования водных ресур­ сов нужны экономические оценки и тщательные согласо­ вания использования воды для различных целей как

7

согласования. Таким образом, комплексный, т. е. много­ целевой и многократный, характер использования реч­ ных вод в настоящее время привел к существенной за­ висимости возможности удовлетворения нужд тех или иных водопотребителей и водопользователей не только от наличия воды в данной реке или водохранилище, но и от решений по обеспечению водой остальных водопотребителей и водопользователей в данном и других ство­ рах реки, в данном и соседних районах страны.

Аналогичное положение имеет место и в других стра­ нах мира. Ожидается, что к концу XX в. общее количест­

станавливающихся запасов воды на земле [Л. 47]. Из этой величины свыше 5 тыс. км3/год, т. е. почти треть устойчивого стока рек, составят безвозвратные потери воды. Основные потери стока будут приходиться на афро-евразийскую часть земли, так как здесь сосредо­ точено более 80% населения и почти 85% орошаемых земель.

Естественно, что такие огромные заборы воды из рек в связи с существенной неравномерностью распределе­ ния водных ресурсов и потребностей в них как по вре­ мени, так и в пространстве возможны лишь при органи­ зации больших работ по регулированию речного стока водохранилищами, переброске его в засушливые районы, усовершенствованию и широкому внедрению очистки сточ­ ных вод, а в некоторых случаях и развитию работ по

перспективных водохозяйственных балансов показывает, что даже постановка таких проблем к концу XX в. бу­ дет необходима только для районов, находящихся в са­ мых неблагоприятных условиях. Для подавляющего большинства мест земного шара даже за пределами XX в.

8

имеющихся на земле водных ресурсов, видимо, вполне достаточно, чтобы обеспечить все возрастающие потреб­ ности человека. Однако следует пересмотреть отношение к водным ресурсам как к неиссякаемому источнику при­ роды. Водные ресурсы могут быть неисчерпаемыми лишь при чрезвычайно бережном их использовании, при учете уже в настоящее время трудностей и задач, которые воз­ никнут перед человеком в будущем.

Развитие водного хозяйства в отдельных странах пе­ решло в настоящее время от создания изолированных водозаборов и использующих воду установок к образо­ ванию очень сложных водохозяйственных систем.

На первых этапах развития водного хозяйства в тече­ ние многих столетий в большинстве стран водные ресур­ сы во много раз превосходили водопотребление, « между отдельными водопотребителями и различными отрасля­ ми водного хозяйства не возникало достаточно тесных взаимосвязей. Они развивались практически изолирован­ но друг от друга, и их характеристики определялись в полной мере лишь теми отраслями народного хозяйст­ ва, которые они обслуживали, т. е. на этой стадии раз­ вития водного хозяйства в нем преобладали не внутрен­ ние связи, а внешние: у ирригации с сельским хозяйст­ вом, у водоснабжения с промышленностью, у гидроэнер­ гетики с электроэнергетикой и электропотреблением.

До настоящего времени управление деятельностью и планирование не требовало каких-либо серьезных внут­ ренних согласований, а практически полностью опреде­ лялось его связями с соответствующими отраслями на­ родного хозяйства и проводилось в соответствии с их требованиями, планами развития и бюджетами. Такой взгляд на водное хозяйство, как на подсобные службы

и предприятия отдельных отраслей экономики, ещне­ редко бытует не только в водообильных странах, но и

в странах, водное хозяйство которыхперешло в следую­ щий этап своего развития. Такой взгляд на водное ХО­

ЗЯЙСТВО иногда порож даети соответствующие формы де­ централизованного планирования его развития и изоли­ рованные для различных объектов и компонентов спосо­ бы управления его эксплуатацией.

Главнейшей и бесспорной тенденцией в современной мировой экономике является нарастающая централиза­ ция производства и управления его звеньями, а также усиление связей между отдельными отраслями лроиз-

9