§ 44. Регулирование стока

И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСЧЕТЫ

Сток большинства рек неравномерен. Наибольшим колебаниям он подвержен в связи с сезонной сменой фаз. На реках снегового питания летом — в межень — наблюдается минимальный сток; весной, наоборот, проходят максимальные расходы, часто составля­ющие основную часть годового стока.

Расходы воды на нужды народного хозяйства также неравномерны. Так, для сельского хозяйства значительные количества воды расхо­дуются летом и меньше зимой; для промышленности и населенных мест также требуется много воды, причем в рабочие дни больше, чем в праздничные, а в дневные часы больше, чем в ночные. Неравно­мерным оказывается и режим работы гидроэлектростанций, так как потребность в электроэнергии зависит от часов суток, дней и сезона. Поэтому, очевидно, при рациональном хозяйственном использовании естественного стока рек требуется его перераспределение во времени; приведение его в соответствие с потреблением называют peгулированием стока.

Для того чтобы успешно регулировать сток, необходимо иметь емкости, которые в определенные моменты времени наполняются водой, а затем по мере надобности расходуются. Такими емкостями являются специально устраиваемые водоемы и водохранилища. В соответствии с объемами регулируемого стока объемы водохра­нилищ заранее рассчитывают.

Регулирование стока зависит от характера решаемых задач, поэтому используют различные виды регулирования. Однако наиболее употребительное регулирование по времени: суточное, не­дельное, сезонно-годичное и многолетнее.

При суточном регулировании процесс наполнения и сработки воды из водохранилища осуществляется за одни сутки, т. е. в часы суток, когда потребление воды небольшое, вода в водохранилище накапливается, а при возрастании потребления — расходуется. В водохранилищах с недельным циклом (наполнение — сработка) регулирования воду накапливают в нерабочие дни, когда расход воды на хозяйственные нужды сокращается, и более интенсивно расходуют в будни. Сезонно-годичное регулирование предусматри­вает наполнение и сработку водохранилища или за сезон, или за год. В последнем случае наполнение водохранилища происходит в период половодья и паводков, а сработка — при малых расходах воды на реке. Многолетнее регулирование включает в пол­ный цикл работы водохранилища несколько лет. В многоводные годы водохранилище наполняется, в маловодные срабатывается. Многолетнее регулирование стока возможно на больших по объему водохранилищах. Такое регулирование считается наиболее совершен­ным, так как можно перераспределять сток не только между отдель­ными годами, но и внутри каждого года.

Регулировать сток сложно. Кроме того, что нужно знать вели­чину и характер стока, его обеспеченность, параметры водохрани­лища, необходимо учитывать целый ряд таких факторов, как, напри­мер, потери воды из водохранилища на фильтрацию под плотину, в обход ее и в борта водохранилища, испарение с поверхности во­дохранилища; льдообразование.

Потери воды на фильтрацию зависят от геоло­гических и гидрогеологических условий, а также от создаваемого плотиной напора и ряда других факторов.

Подсчет потерь на фильтрацию делается или на основе специально проводимых исследований или на основе данных наблюдений на соседних плотинах, находящихся в сходных гидрогеологических и геологических условиях. Чаще подсчет фильтрационных по­терь ведется приближенно, для среднего уровня воды в водохранилище.

Потери воды на испарение с поверхности водо­хранилища могут быть весьма существенны и потому должны учи­тываться. Испарение с поверхности водоемов в пределах территории нашей страны увеличивается в направлении с севера на юг, поскольку в этом же направлении повышается температура воздуха и более продолжительным оказывается безморозный период.

Расчет потерь на испарение ведут по эмпирическим формулам с учетом данных наблюдений за метеорологическими элементами.

Потери воды на льдообразование чаще всего бывают временными, так как вода, превратившаяся зимой в лед, с наступлением теплого времени года снова может быть использована для хозяйственных и энергетических целей. Если объем водохрани­лища невелик и оно почти полностью срабатывается, то временное изъятие воды на льдообразование может привести к необходимости временного сокращения отдачи воды в зимний период. Если в период весеннего половодья происходит сброс воды из водохранилища (а с водой и льда) в нижний бьеф, то такие потери должны быть отне­сены к категории безвозвратных.

Борьба с безвозвратными потерями воды из водохранилища сложная; она сводится к проведению таких мероприятий, как за­щита дна и берегов водохранилища от фильтрации разного рода материалами и выбор створа плотины на наиболее благоприятных грунтах. Испаряемость воды с поверхности водохранилища можно частично уменьшить посадкой лесозащитных насаждений, которые уменьшают скорость ветра Однако эти мероприятия ока­зываются действенными лишь на небольших по размерам водохранилищах.

Чтобы добиться наиболее полного использования нако­пленной в водохранилище воды, производят водохо­зяйственные рас­четы. Основными элемен­тами этих расчетов является приток (сток) и расходы на потребление. К последним должны быть отнесены не только непосредственно изымаемые объемы воды, но и потери на фильтрацию и испарение.

Соотношение между притоком и потреблением воды обычно изо­бражают в виде совмещенного графика (рис. 73), на котором пока­зывают гидрограф: кривую расхода 1 и кривую отдачи 2, На таком графике хорошо прослеживается соотношение между стоком и по­треблением в отдельные периоды. Так, в пределах участка приток явно превышает отдачу, а на участках и имеет место обратная картина. Если такой совмещенный график построить в строго опре­деленном масштабе и планиметром определить площади с положи­тельным и отрицательным балансом, то можно подсчитать на любой момент времени, какова полезная емкость водохранилища и как лучше с учетом проектной отдачи и потерь воды из водохранилища вести регулирование стока, т. е. осуществлять одногодичное или многолетнее регулирование; можно установить, в какой степени созданное водохранилище трансформирует (сглаживает — изме­няет во времени) максимальные расходы.

При водохозяйственных расчетах используют известные характе­ристики стока C_v и C_s; расчетную величину стока принимают (в за­висимости от вида потребления воды — гидроэнергетика, орошение, промышленный водозабор) на определенную обеспеченность, напри­мер 80%. В практике водохозяйственных расчетов широко исполь­зуют методы математической статистики.