1. НПУ - наивысший уровень воды в водохранилище, который может поддерживаться в течение длительного времени в условиях нормальной эксплуатации. 2. УМО – низший уровень, до которого может срабатываться водохранилище при нормальном условии эксплуатации. 3. hср – глубина сработки водохранилища – толщина слоя воды между НПУ и УМО. hср≤Hmax 4. Hmax - максимальный напор, разница между НПУ и отметки уровня нижнего бьефа при прохождении гарантированного расхода. 5. Hmin - минимальный напор, разница между УМО и УНБ.
6. ФПУ – наивысший уровень, до которого кратковременно может наполнятся водохранилище. 7. hфор - толщина слоя между ФПУ и НПУ 8. Vплз – объем, заключенный между НПУ и УМО, который используется для регулирования стока. 9. VУМО – объем, заключенный ниже УМО, не срабатывается. 10. Vполн – объем водной массы, соответствующий НПУ. 11. Vфорс – объем, расположенный между ФПУ и НПУ, используется для срезки максимальных катастрофических половодий и паводков.
Vплз характеризуется относительной величиной β. Величина НПУ определяет максимальную площадь затопления и максимальный напор. Величина УМО определяет минимальный напор и минимальную площадь затопления. НПУ и УМО вместе определяют значения Qгар. Значения НПУ и УМО в ход водохозяйственных расчетов определяются вариантно: a) Назначается несколько значений НПУ. b) Для каждого значения НПУ рассчитывается оптимальный УМО. c) Из всех опытов расчета выбирается наиболее целесообразный по водо- и энергоотдаче и затратам на строительство и эксплуатацию.
УМО задается исходя из: Емкости, необходимой для аккумуляции наносов, которые будут поступать в водохранилище после его постройки; Максимальной водо- или энергоотдачи; Минимального напора, необходимого для работы гидроагрегатов; Обеспечения качества воды; Обеспечение биоценоза; Обеспечения минимальных глубин для судоходства.
В маловодные, засушливые годы расход воды в реках уменьшается, а потребность в воде для орошения и коммунального водоснабжения возрастает. Уменьшение расхода воды влечет за собой снижение выработки электроэнергии на ГЭС, ухудшение условий водоснабжения, снижение качества воды и другие неблагоприятные последствия. Сезонные колебания стока рек характеризуются резким уменьшением расходов воды в реках зимой, когда потребность в электроэнергии обычно наибольшая; потребность в воде для промышленного водоснабжения зимой обычно не уменьшается. Летнее снижение расходов воды неблагоприятно для орошения, судоходства и других водопотребителей и водопользователей.
Для наиболее полного и экономичного использования водных ресурсов и приспособления режима водоотдачи к потребностям различных отраслей народного хозяйства производят регулирование стока водохр анилищами.
ТИПЫ ВОДОХРАНИЛИЩ
Озера являются естественными водохранилищами. В естественных условиях озеро регулирует сток без участия человека. Максимальный расход реки, вытекающей из озера, в несколько раз меньше, а минимальный намного больше суммарного притока от рек, впадающих в озеро. Если при подпоре озера плотиной повысить его уровень или произвести расчистку русла реки в ее истоке, либо осуществить оба эти мероприятия, то регулирующая способность озера возрастет и можно будет повысить сверх естественного минимальный расход реки, вытекающей из озера.
Чаще всего приходится создавать искусственные водохранилища. Для создания водохранилища в русле реки строят плотину, которая подпирает реку. При этом затапливается пойма и прилежащая территория. При проектировании и строительстве водохранилищ обязательно всесторонне изучить все положительные и отрицательные последствия сооружения водохранилищ. При их размещении необходимо всемерно уменьшать площадь затопления ценных сельскохозяйственных земель. На равнинных реках площадь затопления может оказаться весьма большой. Так, например, площадь Куйбышевского водохранилища на Волге составляет 6450 км 2. На реках равнинного типа вследствие малого уклона реки водохранилища получаются большой протяженности - до 200-300 км. При пологих берегах ширина водохранилища достигает иногда 40-50 км. На горных реках вследствие большого уклона реки и крутых берегов большой объем водохранилища может быть получен только, при большой высоте плотины, что, однако, не вызывает больших затоплений территории.
В гидроэнергетике различают водохранилища по их местоположению относительно данной гидроустановки:
1) верховые, расположенные на реке или ее притоках выше данной гидроэлектростанции;
2) собственные, т. е. образованные сооружениями, входящими в состав данной ГЭС;
3) низовые, расположенные ниже данной ГЭС.
ОБЪЕМ ВОДОХРАНИЛИЩА
Нормальным подпорным уровнем (НПУ) называют тот наивысший уровень, на который по условиям устойчивости рассчитывается нормальная работа подпорных сооружений (рис. 3-1). НПУ может поддерживаться сколь угодно длительно.
Форсированным уровнем (ФПУ) называется уровень, который может допускаться на короткое время при пропуске исключительно больших паводков или половодий, имеющих вероятность ниже расчетной, которая была принята для нормальных условий эксплуатации.
Уровень наннизшей сработки (УС) водохранилища называют уровнем мертвого объема (УМО).
Объем воды в водохранилище между НПУ и УМО называют полезным или рабочим объемом. Объем воды ниже УМО обычно не используется для регулирования стока и его называют мертвым объемом.
Полный объем водохранилища при НПУ равен сумме полезного и мертвого объемов. Между отметками НПУ и ФПУ размещается резервный объем водохранилища, который используется для приема и трансформации половодий и паводков редкой повторяемости. Сумма рабочего, резервного и мертвого объемов дают полный объем водохранилища при ФПУ. Для определения объема водохранилища по топографическим планам местности планиметрируют площади между соответствующими горизонталями и створом плотины. По этим данным строится кривая площадей F = f(Z), показывающая зависимость площади зеркала водохранилища F от высотной отметки Z. Затем для каждого приращения отметок подсчитывается приращение объема А У и строится кривая зависимости V = f (Z), которая называется статической кривой объемов водохранилища (рис. 3-2). На равнинных реках с большими расходами строятся кривые свободной поверхности воды в водохранилище. Эти кривые подпора при одинаковом уровне воды у плотины будут иметь тем большую кривизну и тем более высокий уровень воды в конце кривой подпора, чем больше расход притока (рис. 3-3). В этих случаях получают кривую динамических объемов воды в водохранилище V = f (Z, Q).
В отдельных случаях учитывается, что пористые грунты берега и ложа водохранилища при подъеме уровня воды впитывают воду и отдают ее обратно при снижении уровня воды, что равносильно увеличению фактической емкости водохранилища.
Наибольший полный объем 205 км3 и наибольшую площадь зеркала 76 тыс. км2 имеет водохранилище Оуэн-Фолс, расположенное на территории Уганды, Кении и Танзании. Крупнейшим является водохранилище на р. Вольта (Гана), полный объем которого 148 и полезный объем 90 км3. По величине полезного объема на третьем месте в мире находится водохранилище Насер на р. Нил (Египет), созданное при технической помощи СССР. В табл. 3-1 приведены данные по крупнейшим водохранилищам СССР с полезным объемом более 10 км3.
ПОТЕРИ ВОДЫ ИЗ ВОДОХРАНИЛИЩ
Потери воды из водохранилища происходят вследствие испарения, фильтрации и оседания льда на берегах при зимней сработке водохранилища. Для ГЭС оказывается «потерянной» также вода, забираемая из ее верхнего бьефа на орошение, водоснабжение, шлюзование судов и т. п.
Испарение. С созданием водохранилищ увеличивается испарение. Полные потери испарения определяются произведением площади зеркала водохранилища Fв на толщину слоя испарившейся воды hB.
Как видно из табл. 3-2, удельные потери воды на дополнительное испарение в Средней Азии в 15 раз больше, чем на севере Европейской части СССР.
Из всех водохранилищ юга Европейской части СССР потери на дополнительное испарение из водохранилищ составляют в среднем более 10 км3 в год.
Фильтрация. Различают потери, воды вследствие фильтрации через тело плотины, под нею и в обход ее через толщу грунта и через неплотности затворов плотин и направляющих аппаратов турбин.
При сработке водохранилища в зимний период лед оседает на берегах. Весной лед тает и пополняет сток воды. Но для водохранилищ годичного регулирования пополнение стока весной обычно лишь увеличивает объем холостых сбросов через плотину. Таким образом, оседание льда на берегах представляет потери для энергетики.
Различают основные и специальные виды регулирования стока.
1. Основные виды регулирования
К основным видам регулирования стока относят многолетнее, годичное, недельное и суточное.
Многолетнее регулирование позволяет в маловодные годы увеличить расход воды и выработку электроэнергии гидростанциями за счет стока многоводных лет. При многолетнем регулировании водохранилище наполняется избыточным стоком многоводных лет и опорожняется в течение ряда маловодных лет. В многолетнем регулировании заинтересованы все водопотребители и водопользователи, но для его осуществления требуется большой объем водохранилища.
Для глубокого многолетнего регулирования необходим полезный объем водохранилища, равный одному - двум среднегодовым стокам реки. Частичное многолетнее регулирование возможно уже при емкости водохранилища порядка 50 % среднегодового стока.
Годичное регулирование перераспределяет сток в течение года в соответствии с потребностями водопользователей и водопотре- бителей. В многоводные сезоны водохранилище наполняется, а в мало-водные- опорожняется. Цикл регулирования составляет один год. Потребный объем в процентах от среднегодового стока составляет от 3-10 % при частичном до 40-60 % при полном регулировании стока.
Для энергетики большое значение имеют недельное и особенно суточное регулирование, производимые в соответствии с недельными и суточными колебаниями нагрузки энергосистем.
Суточное регулирование при сравнительно постоянном притоке воды обеспечивает неравномерное потребление воды гидростанцией, следуя суточным колебаниям нагрузки энергосистемы. Необходимый объем бьефа или бассейна суточного регулирования определяется расчетом (см. § 5-2). Примерный объем составляет от 5 до 10 % от суточной, пропускной способности всех турбин ГЭС. Если на гидростанции проводится только суточное регулирование, то цикл регулирования составляет одни сутки и к концу суток уровень воды в бьефе или бассейне возвращается к исходному положению. При суточном регулировании ГЭС покрывает пики суточного графика нагрузки.
Недельное регулирование позволяет повысить мощность и выработку энергии ГЭС в рабочие дни за счет снижения используемого стока в выходные дни, когда нагрузка в энергосистеме снижается. Для недельного регулирования требуется объем водохранилища 50- 100% от суточной пропускной способности всех турбин ГЭС.
2. Специальные виды регулирования
К числу специальных видов регулирования относят:
а) Компенсирующее регулирование, которое может производиться верховым водохранилищем для того, чтобы компенсировать неравномерность притока с промежуточного водосбора между створами водохранилища и ГЭС. При малом притоке с промежуточного водосбора даются повышенные попуски из компенсирующего водохранилища и наоборот. Если при большом водохранилище имеется своя ГЭС, то можно проводить компенсирующее годичное и даже многолетнее регулирование выработки электроэнергии нескольких; ГЭС, расположенных на разных водотоках, но присоединенных к общей электрической сети. Так, водохранилище Братской ГЭС производит компенсирующее регулирование выработки энергии Енисейскими и Ангарскими гидростанциями.
б) Трансформация паводков и половодий. Если в водохранилище будет задержана пиковая часть паводка, то максимальный расход, пропускаемый через плотину, будет уменьшен. Это позволит уменьшить водосбросные сооружения гидроузла, уменьшить наводнения на реке ниже водохранилища и т. п.
в) Аварийное использование водохранилища. При аварии в энергосистеме гидростанция может быстро принять на себя дополнительную нагрузку и израсходовать из своего водохранилища специально предусмотренный запас или часть рабочего объема водо-хранилища. После ликвидации аварии дополнительно израсходованный объем восстанавливается путем снижения нагрузки ГЭС или за счет ближайшего половодья.
Водохранилища - творение человека
Наиболее успешным направлением в преобразовании человеком природных условий можно считать создание водохранилищ. Какое же из них достойно титула "Самое большое водохранилище в России"?
Человек постоянно пытается переделать природу в соответствии со своими потребностями. Благодаря этому стремлению на планете появилось огромное количество искусственных водоемов с пресной водой, использующихся для разведения рыбы, подачи воды, судоходства или же для получения энергии. Размер водохранилищ может быть самым различным от небольшого озерца до огромнейшего водоема. Так какое же из водоемов, расположенных на территории России, является самым большим?
Рыбинское водохранилище
Многие водохранилища России значатся в списке самых больших искусственных водоемов в мире. Большинство из них создано во второй половине двадцатого века. Размещение их на территории России неравномерно. Большая часть их находится в европейской части страны (более тысячи) , тогда как азиатская сторона насчитывает гораздо меньше (около ста) . Если собрать все водохранилища на одной площади, то общий объем их составит более одного миллиона квадратных метров.
Изначально самым крупнейшим искусственно созданным водоемом считалось Рыбинское водохранилище. Протяженность его составляет около ста сорока километров, ширина шестьдесят километров. Площадь водоема составляет около четырех с половиной тысяч квадратных километров, что всего в два раза меньше Онежского озера. Глубина не слишком большая - около шести метров, лишь на некоторых участках показатель достигает девяти-десяти метров. Строительство его началось за пять лет до начала ВОВ, однако и в тяжелые для России времена продолжалось заполнение чаши водоема. Полностью заполнено водохранилище было только в тысяча девятьсот сорок седьмом году. Причем, для постройки водоема пришлось переселить более шестисот селений, которые оказались под водой. Иногда данное водохранилище называют Рыбинским морем. Используется для рыбного промысла и судоходства.
Плотина Жигулевской ГЭС
Через семь лет после постройки Рыбинского водохранилища завершается строительство плотины Жигулевской ГЭС и появляется Куйбышевское водохранилище, площадью шесть с половиной тысяч километров квадратных. К слову, этот водоем считается самым бурным среди волжских водохранилищ. Высота волны в нем во время шторма очень часто превышает три метра. Таким образом, Рыбинское море, некогда носившее звание "Самое большое водохранилище в России" опускается на ступеньку ниже.
В настоящее время самым крупным водохранилищем (из числа русловых) не только в России, но и во всем мире считается Братское. Форма водоема достаточно своеобразна: широкие плесы сочетаются с длинными и извилистыми заливами. Появилось водохранилище в тысяча девятьсот шестьдесят первом году, однако проектная отметка была достигнута только через шесть лет. Объем водоема составляет около ста семидесяти кубических километров. Площадь около пяти с половиной тысяч квадратных километров. Длина более пятисот километров, а максимальная глубина сто шесть метров. Используется Братское водохранилище, помимо энергетического назначения, для лесосплава, рыбного хозяйства, водного транспорта, промышленного и коммунального водоснабжения. Благодаря появлению Братского водохранилища многие притоки стали судоходными.
В заключении следует сказать, что любое водохранилище, независимо от размера, полезно для человека. Именно они позволяют повысить качество промышленного и коммунального водоснабжения промышленных центров и больших городов.
Сооружение водохранилищ – это, по сути, важнейший способ человечества выжить на нашей планете. Роль водохранилищ во все времена была грандиозной: от накопления воды для бытовых нужд, орошения сельхозугодий, борьбы с наводнениями в древности до получения электроэнергии в наши дни. Первые водохранилища человек построил более 3 тысяч лет назад в Древнем Египте, Месопотамии и Китае. Позже такие сооружения стали возводить в Индии, Иране, и Сирии.
Представляем подборку пяти самых крупных мировых водохранилищ при гидроэлектростанциях. Наслаждайтесь видами!
- Виктория, р. Нил (Уганда, ГЭС «Оуэн-Фолс»)
Полный объем: 205 км 3
Площадь: 76 000 км 2 (сопоставима с площадью такой страны, как Республика Панама)
Длина: 320 км
Ширина: 275 км
Максимальная глубина: 83 м
Высота плотины: 31 м
Год начала строительства: 1947
Год завершения заполнения: 1954 - Братское, р. Ангара (Россия, ГЭС «Братская»)
Полный объем: 169 км 3
Площадь: 5470 км 2
Длина: 570 км (равно расстоянию между двумя Европейскими столицами Прагой и Будапештом)
Ширина: 25 км
Максимальная глубина: 150 м
Высота плотины: 124,5
Год начала строительства: 1955
- Кариба, р. Замбези (Замбия, Зимбабвэ, ГЭС «Кариба»)
Полный объем: 160 км 3
Площадь: 4450 км 2
Длина: 220 км
Ширина: 40 км
Максимальная глубина: 78 м
Высота плотины: 126 (это высота четырех девятиэтажных домов)
Год начала строительства: 1957
Год завершения заполнения: 1963
- Насер, р. Нил (Египет, Судан, Асуанский гидроузел)
Полный объем: 157 км 3
Площадь: 5120 км 2
Длина: 550 км
Ширина: 35 км
Максимальная глубина: 130 м (это в десять раз превышает глубину Азовского моря в его самой низкой точке)
Высота плотины: 111 м
Год начала строительства: 1960
Год завершения заполнения: 1970
- Вольта, р. Вольта (Гана, ГЭС «Акосомбо»)
Полный объем: 147 км 3
Площадь: 8500 км 2 (занимает почти 4% площади Ганы)
Длина: 400 км
Максимальная глубина: 80 м
Высота плотины: 111 м
Год начала строительства: 1961
Год завершения заполнения: 1967
Интересно, что следующие по величине пять водохранилищ находятся именно в России: Красноярское, Зейское, Усть-Илимское, Куйбышевское, Байкальское (Иркутское).
