авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Противопаводковое управление водохранилищем многоцелевого назначения

-- [ Страница 3 ] --

В представляемой модели фиксировались и случаи полного перебоя. Если в процессе работы водохранилища подача воды в нижний бьеф прекращалась (за исключением санитарного расхода), и, если общий период (за год) такого дефицита был длительнее 10 суток, то фиксировался случай полного перебоя. Частота появления таких лет принималась за вероятность полного перебоя.

P” = Aпп/N (7)

где Апп – количество лет с полными перебоями.

Частота появления аварийных лет по отношению к общему числу лет смоделированной работы водохранилища принималась за вероятность превышения максимального уровня ФПУ.

Величины вероятности появления аварии в зимний (Рз) и летний (Рл) периоды вычислялись отдельно.

Рз=Аз/N (8)

Рл=Ал/N (9)

где Рз и Рл – количество лет с зимними и летними авариями соответственно; N – общее число смоделированных лет.

В описываемой модели возможно варьировать величинами Qmax1, Qmax2, Qmax3, Qmaxz1, Qmaxz2, Qmaxz3, Vmax1, Vmax2, Vmax3, величиной полезной емкости – Vплз, а также величинами плановой отдачи и координатами трех противоперебойных линий диспетчерского графика.

В четвертой главе анализируется точность расчетов противопаводковой емкости, и излагается разработанная методика оперативного противопаводкового управления водохранилищем комплексного назначения.

В настоящее время традиционный способ расчетов трансформации паводков имеет широкое применение в проектировании объектов водного хозяйства в силу своей узаконенности документами СНиП 33-01-2003 и СНиП СП-33-101-03 и сравнительно несложной схемы расчетов. Для анализа возможных ошибок в определении величины противопаводковой емкости при расчетах трансформации паводка традиционным способом использовались длительные искусственные гидрологические ряды пятисуточных значений расхода притока к Краснодарскому водохранилищу. Длительность каждого ряда составляла 1000 лет. Каждый смоделированный 1000-летний ряд разбивался на тридцать одну выборку максимальных среднепентадных расходов воды длительностью по тридцать три года, то есть аналогичной длительности исходного ряда наблюдений. Проведенные расчеты показали, что отклонения расчетных значений противопаводковой емкости от их математического ожидания достаточно значимы. А сами значения противопаводковой емкости могут различаться между собой более чем в два раза при различных выборках с одинаковыми исходными статистическими параметрами.

Таким образом, можно заключить, что при определении противопаводковой емкости традиционным способом целесообразно неоднократную проводить проверку полученных решений, в том числе при возможности - с помощью имитационного стохастического моделирования функционирования водохранилища по длительным искусственным гидрологическим рядам.

Главными особенностями задачи управления водохранилищем комплексного назначения являются стохастичность и многокритериальность. Цели управления водохранилищем часто носят противоречивый характер. В последнее время для усовершенствования методов управления водохранилищем комплексного назначения широко используется модели, использующие как имитационные, так и оптимизационные методы. В диссертационной работе разрабатывалась и использовалась имитационная стохастическая модель функционирования водохранилища с пентадной дискретностью на примере Краснодарского гидроузла, которая включала в себя решение оптимизационной задачи для каждого расчетного периода.

Методика оперативного противопаводкового управления водохранилищем комплексного назначения опирается на оптимизацию сбросов в нижний бьеф путем решение задачи линейного программирования в пределах заданного временного интервала (10 суток). Выбор такого временного интервала обосновывается тем фактом, что генетически обоснованный (метод «осадки-сток») гидрологический прогноз по притоку речных вод к Краснодарскому водохранилищу можно считать практически достоверным только в пределах пяти дней. При большей заблаговременности такого прогноза его вероятность свершения резко понижается. Поэтому в качестве расчетного значения притока за последующую пентаду принималось прогнозное стохастическое значение, определенное при помощи вспомогательной стохастической модели стока.

Опасными условиями с точки зрения затопления территории были выбраны следующие параметры:

  1. 950 млн.м3 < Vi Vфпу
  2. Wi+1 250 млн.м3

Где: Vi – наполнение водохранилища к началу расчетного периода (пентады); Wi+1 – прогнозируемый объем притока воды к водохранилищу.

При выполнении этих условий для каждых последующих двух интервалов, решалась задача линейного программирования, нацеленная на минимизацию затопления территорий верхнего бьефа Краснодарского водохранилища. Целевая функция, предназначенная для безопасного пропуска максимального стока через водохранилище, выражалась следующим образом:

Z = (Vi –Vнпу) + (V i+1 –Vнпу) min (12)

При этом использовались следующие ограничения:

  1. Vi=1 = const
  2. Vi+1 = Vi + Wi – X1i – X2i – Si
  3. X1i = U1i
  4. X2i + Si U2i
  5. X2i + Si Wiсб
  6. Vi+1 Vумо
  7. Vi+1 Vнпу + bi
  8. Vi+2 = Vi+1 + Wi+1 – X1i+1 – X2i+1 – Si+1
  9. X2i+1 + Si+1 U2i+1
  10. X2i+1 + S+1i Wiсб
  11. Vi+2 Vумо
  12. Vi+2 Vнпу + bi+1

Где: Vi+1 – наполнение водохранилища к концу расчетного периода (пентады); Vi – наполнение водохранилища к началу расчетного периода (пентады); Wi – объем притока воды к водохранилищу; X1i – объем фактической водоподачи из верхнего бьефа водохранилища включая потери на испарение и фильтрацию; X2i – объем фактической водоподачи из нижнего бьефа водохранилища; Si – объем холостого сброса в нижний бьеф; Wiсб – максимальный разрешенный сброс в нижний бьеф; U1i – объем требуемого водозабора из верхнего бьефа водохранилища; U2i – объем требуемого водозабора из нижнего бьефа водохранилища включая санитарно-экологический попуск.

Разработанная модель включает в себя 12 ограничений и 4 переменных.

Переменные – объемы холостого заблаговременного сброса воды из водохранилища за два расчетных временных интервала (Si и Si+1) и объемы водохранилища в концах двух расчетных временных интервалов (Vi+1 и Vi+2).

Изложенный подход к управлению водохранилищем требует использования методов, приспособленных для практического их применения лицами, принимающими решения (ЛПР), работающими с ограниченным программным обеспечением. Поэтому способы решения поставленных задач опирались на инструментарии информационных технологий, имеющиеся в традиционном офисном обслуживании компьютеров. Разработанная методика опирается на программное обеспечение MS Excel, имеющееся практически на каждом ПК, и не требующее специализированной подготовки специалистов.

Методика оперативного противопаводкового управления водохранилищем комплексного назначения включает в себя следующие основные этапы:

1) Формирование базы данных значений ежедневного притока к водохранилищу за длительный период.

2) Проведение анализа гидрологического режима притока речных вод к водохранилищу с целью объективного выбора внутригодового интервала для оценки возможности появления аварийной ситуации на гидроузле вследствие прохождения катастрофического паводка, а также для проведения дальнейших водохозяйственных расчетов.

3) Моделирование длительных искусственных гидрологических рядов методом Монте-Карло, включающим способ фрагментов Г.Г. Сванидзе по выбранным внутригодовым интервалам.

4) Разработка вспомогательной модели стока для получения значений стохастических прогнозных величин стока.

5) Разработка имитационной модели функционирования водохранилища комплексного назначения, основанной на стохастическом моделировании стока в совокупности с применением оптимизационных методов.

6) Анализ результатов, полученных с помощью имитационной модели, в которой учитываются множество сценариев, связанных с изменением входных переменных, условиями взаимодействия системы и ограничений. При этом принятие окончательных решений остается за специалистом (ЛПР).

На основе представленной методики разработана соответствующая технология управления водохранилищем, которая проверялась на наблюденном и смоделированных стохастических гидрологических рядах пятисуточных значений притока речных вод к Краснодарскому гидроузлу. При этом были получены следующие результаты: вероятность превышения установленного максимального уровня водохранилища ФПУ была понижена с 0,1% до 0,04%. Для самого многоводного наблюденного года (2002) величина форсировки объема была снижена более, чем на 25% с 635 млн. м3 до 442 млн. м3. На рис. 4 и 5 показаны фактический и смоделированный (на основе имитационной модели с учетом оптимизационной оперативной методики управления водохранилищем) режимы работы Краснодарского водохранилища во время прохождения катастрофического паводка 2002 года.

Рис. 4 «Режим работы Краснодарского водохранилища во время прохождения катастрофического паводка 2002 года»

Рис. 5 «Режим работы Краснодарского водохранилища с учетом методики оперативного противопаводкового управления во время прохождения катастрофического паводка 2002 года»

На рисунках 6 и 7 показаны режимы работы Краснодарского гидроузла при пропуске паводка 0,01% обеспеченности, полученные при испытаниях на имитационной модели функционирования водохранилища комплексного назначения, без учета и с учетом методики оптимизационного оперативного управления. На рисунках видно, что максимальное превышение уровня ФПУ при прохождении паводка 0,01% обеспеченности при режиме работы водохранилища с учетом оперативной методики управления сократилось с 520 млн.м3 до 155 млн.м3.

Рис. 6 «Режим работы Краснодарского водохранилища при пропуске паводка 0,01% обеспеченности при помощи традиционных правил регулирования работы водохранилища»

Рис. 7 «Режим работы Краснодарского водохранилища при пропуске паводка 0,01% обеспеченности при учете методики оперативного управления водохранилищем».

Также был проанализирован режим водопользования Краснодарского водохранилища, и было выявлено, что применение методики оперативного противопаводкового управления не приводит к снижению обеспеченности плановой отдачи водопотребителям.

На рис. 8 показана частота превышения НПУ на Краснодарском водохранилище за 1000 смоделированных лет при применении методики оперативного управления и без ее применения соответственно. Из анализа рисунка видно, что наибольшую опасность представляет период с 10 июня по 10 июля, так как именно в этот внутригодовой интервал существует значительная вероятность ущерба от аварийной ситуации на гидроузле.

Рис. 8 «Количество превышений НПУ на Краснодарском гидроузле за 1000 лет».

Заключение

  1. Анализ режима речного притока к Краснодарскому водохранилищу проводился по многолетним колебаниям, как годового, так и внутригодового распределения стока. Оценка разностной интегральной кривой годового стока основного донора Краснодарского водохранилища – реки Кубань показала наличие двух четко выраженных периодов изменения водности. С 1911 по 1972 гг. наблюдались незначительные колебания различной направленности и с 1973 по 2006 гг. четко прослеживалась тенденция к увеличению значений годового стока. Оценка цикличности и тренда показала, что водность реки Кубань имеет тенденцию к незначительному увеличению за счет появления отдельных значений, значительно превышающих среднемноголетний сток.
  2. Внутригодовое распределение стока характеризуется значительной изменчивостью. В течение различных календарных лет в одни и те же фазовые периоды наблюдались как катастрофические паводки, так и ярко выраженная межень. Например, 8 марта 1980 года приток к водохранилищу составил всего 110 м3/с, а 8 марта 2004 года – 1310 м3/с. Этот факт говорит о том, что практически невозможно построить достаточно достоверный типовой гидрограф расходов воды или получить типовое внутригодовое распределение стока для реки Кубань применительно водохозяйственных расчетов.

  3. Для разработки математической модели притока речных вод к Краснодарскому водохранилищу было обосновано моделирование длительных искусственных гидрологических рядов методом Монте-Карло, включающего в себя способ фрагментов Г.Г. Сванидзе.
  4. Анализ соответствия искусственных смоделированных гидрологических рядов с исходным рядом пятисуточных значений объемов притока к Краснодарскому водохранилищу показал, что расхождения квантилей аналитической и эмпирической кривых обеспеченностей годового стока, а также различия выборочных статистических характеристик внутригодового распределения стока (qn, Cv, Cs) и коэффициентов корреляции между величинами смежных и несмежных интервалов находились в пределах точности исходной информации. Статистическая оценка однородности, проведенная по критериям Стьюдента и Фишера, подтверждает нуль-гипотезу однородности рассматриваемых рядов. Таким образом, была принята гипотеза о принадлежности исходного наблюденного ряда и смоделированных рядов к одной генеральной совокупности случайных величин.
  5. Разработанная стохастическая модель работы водохранилища комплексного назначения, построенная на основе моделирования длительных искусственных гидрологических рядов расходов воды способом фрагментов, дает возможность рассматривать различные сценарии соотношения стока и водоотдачи при различных заданных параметрах водохранилища и определять величину противопаводковой емкости с оценкой возможной погрешности.
  6. Разработанная вспомогательная стохастическая модель стока позволяет получать значения стохастического прогноза притока и представляет собой комплекс условных функций обеспеченности пятидневного притока к Краснодарскому водохранилищу с учетом корреляционных связей между смежными величинами.
  7. Разработанная методика регулирования паводкового стока позволяет рассчитывать наполнения водохранилища и объемы необходимых сбросов в нижний бьеф, дает возможность снизить вероятность появления аварийной ситуации на гидроузле, уменьшить используемую часть противопаводковой емкости водохранилища и при этом не допустить увеличение дефицитов воды и частоту их появления.
  8. Проведенные исследования подтвердили проверяемую научную гипотезу: возможны такие правила регулирования паводкового стока, отличные от традиционных и ранее применявшихся, при которых вероятность аварии на гидроузле уменьшается, а фактическая водоотдача и обеспеченность ее плановой величины остаются стабильны.

Основное положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Светлов Е.А. Обоснование выбора дискретности при разработке математической модели водохранилища [Текст] / Е.А. Светлов // Материалы международной научно-практической конференции «Роль Природообустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК». Часть 1. –М.: МГУП, 2007. – С. 277-281.

2. Светлов Е.А. Технология повышения обеспеченности орошения из водохранилищ комплексного назначения [Текст] / В.В. Ильинич, Е.А. Светлов, Н.Л. Жморщук, Д. Бутутау // Сборник трудов международной научно-практической конференции «Агротехнологии 21 века». –М.: МСХА им. К.А. Тимирязева, 2007. – С. 96-98.

3. Светлов Е.А. Стохастическая модель водохранилища [Текст] / В.В. Ильинич, Е.А. Светлов // Природообустройство. – 2008. – №4. – С. 59-64.

4. Светлов Е.А. Оценка однородности годового стока реки Кубань [Текст] / Е.А. Светлов // Мелиорация и водное хозяйство. – 2009. – №1. – С.19-20. (ВАК)

5. Светлов Е.А. Анализ методики расчета противопаводковой емкости водохранилища [Текст] / В.В. Ильинич, Е.А. Светлов, Н.Л. Жморщук // Гидротехническое строительство. – 2009. – №9. – C. 46-48. (ВАК)

6. Светлов Е.А. Управление водохранилищем комплексного назначения в период паводков [Текст] / В.В. Ильинич, Е.А. Светлов, А.В. Ильинко // Природообустройство. –2009. – №3. – С. 58-60.

® Московский государственный университет природообустройства (МГУП) Зак. № Тираж 100


Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.