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 ||

Таглави совершенствование методов разработки сценариев управления эксплуатацией водохранилищ на реках с обильным стоком наносов

-- [ Страница 3 ] --

Для выбора адекватной модели промывки водохранилища для последующего её включения в имитационную модель управления было произведено сопоставление каждой из этих моделей с данными натурных измерений (рис. 14). Сравнение натурных данных с результатами расчётных моделей привело к заключению о возможности использования в структуре имитационной модели управления водохранилищем Хашм Эль-Гирба модели Fan and Jiang (Модель 1).

В пятой главе « Имитация сценариев работы водохранилища Хашм Эль-Гирба» рассматриваются вопросы разработки имитационной модели управления работой водохранилища, а также проводится анализ результатов сценарных имитационных расчётов.

За последние десятилетия возросло количество водохранилищ, особенно в странах с теплым климатом, устойчивая эффективность управления которыми в основном связана с проблемой больших объёмов наносов, а, следовательно, и с проблемой заиления этих водохранилищ. Для достижения устойчивого управления водохранилищем после многолетнего заполнения его полезного объёма наносами и, как результат, трансформации этого объёма в основном в объём подводящего канала требуется удаление значительной части наносов, отложившихся на пойме. Одной из стратегий такого управления может служить регулирование режима отложений и промывка водохранилища с помощью специально подобранных режимов управления его работы. После удаления части отложений полезный объём водохранилища может быть частично или полностью восстановлен. Большие денежные затраты на удаление наносов могут быть минимизированы при осуществлении долгосрочной стратегии управления транзитом и отложением наносов. Эта стратегия предопределяет уменьшение скорости заполнения наносами чаши водохранилища и максимальное увеличение его полезного объёма.

Современная практика регулирования режима наносов заключается в основном в контроле эрозионных процессов на водосборе, не смотря на то, что данная односторонняя деятельность регулирования режимами наносов не сможет остановить заиление водохранилища и сохранить его полезный объём. Для устойчивого же управления необходим комплексный подход в регулировании процессами заиления, включающий все возможные стратегии, а также необходимо сбалансировать поток наносов, проходящих через водохранилище. Комплексное регулирование наносами включает в себя необходимый полный анализ проблемы заиления наносами, а также применение целого ряда стратегий управления наносами в соответствующих ситуациях и конкретных случаях.

Существенное влияние на процесс заиления водохранилища оказывает режим его работы - ход наполнения и сработки излишков воды, режим опорожнения и др. Важное влияние оказывает увязка этого хода с процессом изменения расходов и мутностей реки. Теория регулирования речного стока рекомендует для уменьшения заиления так называемый второй вариант наполнения, при котором во время паводков в водохранилищах поддерживают низкие уровни воды, близкие к уровню мёртвого объёма. Это позволяет значительную часть, твёрдого стока реки транзитом сбросить в нижний бьеф. Однако, режим работы водохранилища с таким вариантом наполнения может с успехом применяться только тогда когда, это не отражается на гарантированной подаче воды её потребителям в рассматриваемый период, а также если имеющиеся прогнозы стока воды достаточно достоверно гарантируют возможность наполнения водохранилища до НПУ в послепаводковый (меженный) период.

В данной работе основной акцент исследований сделан на имитационных модельных исследованиях по уменьшению влияния заиления с помощью гидравлических промывок уже заилённого водохранилища Хашм Эль-Гирба, полезная ёмкость которого становится недостаточной для бездефицитной подачи воды на оросительную систему. С этой целью был использован балансовый метод расчёта внутригодового подекадного распределения стока воды для лет различной водности. Это позволило соединить достоинства двух основных подходов - календарного и вероятностного – для расчёта режима работы водохранилища с учётом водности года и его полезного объёма перед началом паводка, а также управлять стоком наносов с проведением серии последовательных промывок. Для имитации сценариев работы водохранилища с учётом изменения его полезного объёма в результате отложения наносов и гидравлических промывок была разработана модель, основанная на следующих уравнениях:

  1. объём сброса воды в результате промывки:

, (19)

где: - объём сброса воды через промывные отверстия за i-ый интервал времени; - уровень воды в водохранилище к началу промывки, м; - уровень воды в водохранилище на конец промывки, м; - количество промывных отверстий, штук;

  1. объём сброса наносов через промывные отверстия:

, (20)

где: - объём выносимых наносов за i-ый интервал времени;

  1. объём сброса воды через водослив:

если , (21)

, (22)

где - объём сброса воды через водослив за i-ый интервал времени; - объём воды в водохранилище на начало i-го интервала времени; - расчётный приток воды к водохранилищу за i-ый интервал времени; - объём водоподачи на оросительную систему за i-ый интервал времени; - объем потерь на испарение с зеркала водохранилища за i-ый интервал времени; - объём сброса воды через промывные отверстия за i-ый интервал времени; - объём воды в водохранилище на конец i-го интервала времени;

  1. объём поступления наносов в водохранилище за i-й интервал времени:

, (23)

где: - объём поступления наносов в водохранилище за i-й интервал времени, - средняя концентрация наносов, кг/м3;

  1. объём сброса наносов через водослив:

, (24)

где: - объём сброса взвешенных наносов через водослив за i-ый интервал времени; - концентрация взвешенных наносов, сбрасываемых через водослив, кг/м3;.

  1. изменение объёма наносов, отложившихся в полезной ёмкости водохранилища:

, (25)

где: - изменение объёма отложившихся наносов за i-ый интервал времени;

  1. полезный объём водохранилища на конец i-го интервала времени:

, (26)

где - величина полезного объёма водохранилища на начало i-го интервала времени, м3; - величина полезного объёма водохранилища на конец i-го интервала времени, м3;

  1. искомый объём воды в водохранилище на начало i-го интервала времени:

если , (27)

если , (28)

если , (29)

где: - величина полезного объёма водохранилища на конец за i-го интервала времени, м3; - величина мёртвого объёма водохранилища (принимается постоянной), м3;.

  1. фактическая водоотдача:

, (30)

где: - величина фактической водоотдачи из водохранилища за i-ый интервал времени, м3;

  1. дефицит водоотдачи:

, (31)

где - величина дефицита водоотдачи за i-ый интервал времени, м3;

  1. уравнение баланса воды в водохранилище:

, (32)

Для численной реализации представленной системы уравнений была разработана программа расчётов, реализованная в среде Ms Excel & VBA в пошаговом режиме по интервалам периодов времени дискретизации.

Проведённое тестирование имитационной модели на примере сценария управления водохранилищем Хашм Эль-Гирба по состоянию на 2010 г. (без промывки) (рис. 15) показало необходимость учёта в расчётах изменения полезной ёмкости водохранилища, ибо недоучет этого параметра приводит к занижению расчётных объёмов дефицита воды, требуемой для орошения.

Результаты проведённых расчётов по регулированию режима работы водохранилища с одной промывкой (рис. 16) подтвердили необходимость параллельного расчёта как водного режима водохранилища, так и расчёта изменения величины его полезного объёма в результате отоложения наносов и их промывки. В то же самое время, результаты этих же имитационных расчётов показали, что используемые правила управления водохранилищем Хашм Эль-Гирба с одной промывкой не позволяют сохранить минимально-допустимый полезный объём вожохранилища, обеспечивающий бездефицитную водоподачу на оросительную систему.

Результаты имитационных расчётов с двухтактной промывкой водохранилища показали удовлетворительную эффективность такого сценария режима работы, позволяющего в зависимости от водности года стабилизировать полезный объем водохранилища. и таким образом существенно уменьшить бездефицитную подачу воды на оросительную систему (рис.17). Согласно этим же расчетам показано, что с помощью двухтактной промывки удаляется часть отложившихся наносов до тех пор, пока не будет восстановлен приемлемый полезный объём, либо осаждение и промывка наносов не будут сбалансированы во времени. На рис. 18 и рис. 19 показаны результаты расчётов, свидетельствующие как об увеличении полезного объёма водохранилища в результате промывок, так и о сокращении дефицитов водоподачи на оросительную систему.

Основные результаты и выводы

  1. В рамках проведенных исследований по разработке имитационной модели режима работы заиляющегося водохранилища Хашм Эль-Гирба (Судан) по гидрологическим рядам наблюдений были сформированы гидрографы внутригодового распределения притока к водохранилищу для лет различной водности, и, таким образом, получены наборы достоверных данных, позволившие, в свою очередь, провести математическую имитацию сценариев работы этого водохранилища как по принятым в настоящее время правилам управления, так и по предложенным новым правилам.
  2. В результате математического анализа рядов мониторинга испарения с зеркала водохранилища Хашм Эль-Гирба найдены локализованные значения коэффициентов распространенной эмпирической зависимости, что позволило включить в имитационные расчёты месячные нормы испарения с зеркала этого водохранилища.
  3. Были разработаны модели объёмной и площадной характеристик водохранилища Хашм Эль-Гирба, на которых были апробированы архивные данные результатов батиметрических исследований с целью выявления динамики изменения заиления этого водохранилища, что позволило включить в имитационные расчёты данные прогноза, полученные по этим характеристикам.
  4. Анализ и тестирование эмпирических уравнений оценки эффекта промывки позволили подобрать наиболее приемлемую модель промывки водохранилища Хашм Эль-Гирба, что позволило определить объём выноса отложившихся наносов в результате гидравлической промывки для включения его в разработанную имитационную балансовую модель режима работы водохранилища.
  5. В результате проведённых имитационных расчётов по разработанной балансовой модели режима работы водохранилища Хашм Эль Гирба оказалось, что использование современных правил управления режимами работы этого водохранилища с однотактной периодической промывкой не обеспечивает надежной устойчивой подачи воды в оросительную систему в результате наступающего критического уменьшения полезного объёма и нарастающих хронических дефицитов воды.
  6. Предложенные и протестированные на разработанной имитационной модели режима работы водохранилища Хашм Эль-Гирба новые правила управления с двумя периодическими промывками позволяют, во-первых, реализовать рекомендуемый сценарий при 25%, 50% и 75% обеспеченности стока р. Атбара и, во-вторых, поддерживать приемлемый режим бездефицитной подачи воды в оросительную систему.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

  1. Эльсайед Таглави Сами Хассан, А. М. Зейлигер. Результаты исследования изменения батиграфических характеристик водохранилища Хашм Эль-Гирба на реке Атбара (Судан) и оценка их изменений в результате его заиливания//Приволжский научный журнал, № 4(12), 2009г., с.35-46.
  2. Эльсайед Таглави Сами Хассан, А. М. Зейлигер. Имитационная модель управления режимом работы заиляющегося водохранилища Хашм Эль-Гирба (Судан) //Мелиорация и водное хозяйство журнал, № 2 (март-апрель), 2010г., с.46-49.
  3. Эльсайед Таглави Сами Хассан, А. М. Зейлигер. Батиграфические характеристики водохранилища Хашм Эль-Гирба на реке Атбара (Судан) и оценка их изменений в результате отложения наносов//ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» Материалы международной научно-практической конференции «Роль мелиорации в обеспечении природообустройства и экологической безопасности России часть 1, 2009г., с.532-537.
Рис. 1. Географическое место расположения и мозаика космоснимков (получена с сайта earth.google.com) водохранилища Хашм Эль-Гирба.

 Рис. 2. Проектный и изменённый режимы-93

Рис. 2. Проектный и изменённый режимы работы водохранилища Хашм Эль-Гирба.

Рис. 3. Данные мониторинга и экстраполяционного расчёта величины полезного объёма водохранилища Хашм Эль-Гирба.

 Рис. 4. Интегральные (1) и дифференциальные-95

Рис. 4. Интегральные (1) и дифференциальные (2) характеристики среднедекадного стока р.Атбара в годы различной обеспеченности.

 Рис 5. График связи измеренных и-96

Рис 5. График связи измеренных и рассчитанных среднемесячных объёмов испарения с поверхности воды водохранилища Хашм Эль-Гирба за период 1997-2000 г.г.

 Рис. 6. Сопоставление фактических (за-97

Рис. 6. Сопоставление фактических (за период 1965 - 2000 г.г.) и экстраполированных (на период 2000-2020 г.г.) значений объемных характеристик и характеристик площади зеркала водохранилища Хашм Эль-Гирба в результате заиления.

 Рис. 7. Сравнение измеренных и-98

Рис. 7. Сравнение измеренных и рассчитанных по моделям «М-1», «М-2», «М-3» и «М-4» характеристик площади зеркала водохранилища Хашм Эль-Гирба.

Рис.8 Измеренные (1975 г.) и пост-мониторинговые (1980-2020 г.г.) площади зеркала водохранилища Хашм Эль-Гирба.

Рис. 9. Среднегодовые приведенные интенсивности изменения объёма сопряжённых слоёв водохранилища Хашм Эль-Гирба (за период 1965 - 2020 г.г.).

Рис. 10. Среднегодовые интенсивности изменения площади зеркала водохранилища Хашм Эль-Гирба за период 1975-2020 г.г.

 Рис. 11. Интегральные (1) и дифференциальные-102

Рис. 11. Интегральные (1) и дифференциальные (2) характеристики стока взвешенных наносов р.Атбара в годы различной обеспеченности.

 Рис. 12. Среднемноголетние подекадные-103

Рис. 12. Среднемноголетние подекадные величины концентраций взвешенных наносов р.Атбара.

 Рис. 13. Сопоставление фактических (за-104

Рис. 13. Сопоставление фактических (за период 1964 - 2000 г.г.) и экстраполированных (на период 2000-2020 г.г.) значений мониторинга полезного объёма водохранилища Хашм Эль-Гирба с графиком уменьшения этого объёма в результате заиления (модель Ф.Орта).

 Результаты сопоставления натурных и-105Рис. 14. Результаты сопоставления натурных и данных расчитаных по модели Fan and Jiang Srivastava – (Модель 1), Xia (Модель 2) и Sen and Srivastava (Модель 3) данных гидравлической промывки водохранилища Хашм Эль-Гирба.

Рис. 15. Режимы работы водохранилища Хашм Эль-Гирба в условях отсутствия промывки с учётом и без учёта заиления полезного объёма водохранилища в средневодном году (Р=50%) по данным 2010 г.

 Рис. 16. Режимы работы водохранилища Хашм-107

Рис. 16. Режимы работы водохранилища Хашм Эль-Гирба с однотактной промывкой без учёта и с учётом изменения полезного объёма водохранилища в средневодном году (Р=50%) по данным 2010 г.

Рис. 17. Режимы работы водохранилища Хашм Эль-Гирба с двухтактной промывкой без учёта и с учётом изменения полезного объёма водохранилища в среднеходном году (Р=50%) по данным 2010 г.

Рис. 18. Изменение полезного объёма водохранилища Хашм Эль-Гирба по данным на 2010 г. при разных сценариях управления по данным 2010 г.

Рис. 19. Изменение объёмов дефицитов водоподачи в оросительную систему при разных сценариях управления водохранилища Хашм Эль-Гирба (по данным на 2010 г.) в годы различной водности.



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.