CC BY
1УДК 631 Ванюкова Д.Д., Левковец А.Ю.
Ванюкова Д.Д.
студент магистратуры Российский государственный гидрометеорологический университет
(г. Санкт-Петербург, Россия)
Левковец А.Ю.
студент магистратуры Российский государственный гидрометеорологический университет
(г. Санкт-Петербург, Россия)
РАЗРАБОТКА ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО БАЛАНСА РЕКИ КОЛЫМА
Аннотация: статья посвящена разработке водохозяйственного баланса реки Колыма в створе города Среднеколымск. Рассматриваются этапы расчета баланса для различных условий водности, включая маловодные и средние по водности годы. Анализируются периоды избытков и дефицита стока, рассчитываются величины дефицитов и предлагаются меры для их устранения, например, изменение режима наполнения и сработки водохранилища.
Ключевые слова: водохозяйственный баланс, Колыма, условия водности, дефицит.
Водохозяйственный баланс - это область деятельности человека, обеспечивающая взаимодействие людей с природными водными объектами, с использованием инженерно-технических сооружений и средств.
Цель водохозяйственного баланса - надежное обеспечение производственной, хозяйственно-бытовой и социально-культурной деятельности, защита от негативного воздействия вод, предотвращение истощения водных ресурсов и сохранения их качества.
Условия водности, для которых составляется водохозяйственный баланс: абсолютной, средней водности (50%), маловодной (75%), крайне маловодной
(95%). При этом расчетные интервалы времени могут быть: один месяц, один год, в водохозяйственной разрезке за водохозяйственный год.
По результатам расчета водохозяйственного баланса выделяется три случая: положительный баланс, увязанный баланс, отрицательный баланс.
В ходе выполнения данной работы были поставлены следующие задачи:
1. Произвести расчёт водохозяйственного баланса реки для двух характерных по водности лет: маловодного года расчетной обеспеченностью по стоку 95% и среднего по водности года. При расчете используются условные значения основных хозяйственных составляющих приходной и расходной частей баланса,
2. Установить периоды (сезоны) избытков и дефицита стока, вычислить величины дефицитов и определить основные причины их возникновения,
3. Сделать вывод о возможных гидролого-водохозяйственных мероприятиях, которые позволят ликвидировать или уменьшить выявленный дефицит стока. Например, рекомендовать: изменение режима наполнения и сработки водохранилища или изменение степени зарегулированности речного стока (величины полезного объема водохранилища), изменение режима или полный отказ от переброски стока в другой речной бассейн, осуществление мероприятий по переброске стока из других речных бассейнов и т. п.
В качестве исходных данных были взяты:
- Значения среднемесячных расходов р. Колыма в расчетном створе г. Среднеколымск за репрезентативный период продолжительностью 10 водохозяйственных лет,
- Значения основных хозяйственных составляющих приходной и расходной частей водохозяйственного баланса за каждый месяц года,
- Величина полезного объема водохранилища,
- Расчетная обеспеченность (Р%), устанавливающая условия водности при расчете водохозяйственного баланса.
По исходным данным была произведена статистическая обработка.
В связи с нецелесообразностью расчета коэффициента асимметрии по очень короткому ряду, используется наиболее характерное для больших и средних рек России соотношение коэффициентов С8 и Су.
Модульный коэффициент годового стока расчетной обеспеченности Р = 95% и средний годовой расход заданной расчетной обеспеченности определяется по таблице трехпараметрического гамма-распределения (распределение Крицкого-Менкеля) или таблице распределения Пирсона 111-го типа.
Коэффициент приведения вычисляется по формуле:
Здесь Qр% — среднегодовой расход заданной расчетной обеспеченности,
Qi,ш — среднегодовой расход маловодного года, взятого в качестве модели.
Для расчета водохозяйственного баланса в средний по водности год и маловодный год выбираются два года-модели. В данном случае: средний по водности - 1962/63 в/х год, маловодный - 1964/65 в/х год.
Выбранные годы используются в качестве моделей, отражающих особенности внутригодового распределения стока в средние по водности годы и маловодные годы. Поэтому, если при выборе моделей, несколько лет имеют среднегодовой расход близкий к среднему многолетнему Q ср.мн. или к расходу расчетной обеспеченности Q 95%, то в качестве модели выбирают год с наиболее неравномерным внутригодовым распределением стока.
По выбранному году-модели, с водность близкой к средней многолетней, вычисляются объемы естественного притока речных вод к расчетному створу за каждый месяц водохозяйственного года и за год в целом. В данной работе
расчет водохозяйственного баланса ведется по фактическому году-модели, без приведения к стоку 50% обеспеченности или к норме стока.
По выбранному маловодному году-модели вычисляются месячные и годовой объемы естественного притока речных вод к расчетному створу в условиях низкой водности. Для маловодных условий объемы месячного и годового притока вычисляются с приведением фактического стока года-модели к заданной расчетной обеспеченности (Р%).
Определение ежемесячных объемов речного стока, используемых на наполнение водохранилище и отдаваемых из него, осуществляется по принятым для данной работы условным правилам наполнения-сработки полезного объема водохранилища. Эти правила приняты едиными для среднего по водности года и для маловодного года.
Наполнение и сработка водохранилища осуществляется по следующим правилам:
1. Весь полезный объем полностью заполняется в период многоводной фазы (половодье) и полностью срабатывается в период маловодной фазы (межень) водохозяйственного года,
2. Режим наполнения водохранилища задается в зависимости от продолжительности многоводной фазы (половодья) в рассматриваемом году,
3. Для режима сработки водохранилища устанавливается следующее правило: полезный объем срабатывается равномерно в течение всей маловодной фазы. В соответствии с этим величины отдачи воды из водохранилища для каждого месяца меженного периода вычисляются по формуле:
^отд.; =
V плз
пм
где пм - число месяцев в меженном периоде рассматриваемого года.
В данной работе комплексный попуск, т. е. отдача воды нижнего расчетного створа, определяется объемами воды необходимыми для обеспечения условий судоходства (навигационный попуск) и объемами воды, обеспечивающими санитарно-экологическое состояния реки ниже расчетного створа.
Ежемесячные объемы воды санитарно-экологического попуска в работе принимаются в соответствии с рекомендациями для экологических попусков ниже створов гидроузлов (с поправками) по следующим правилам:
1. Ежемесячные объемы отдачи воды для обеспечения санитарно-экологических требований ниже расчетного створа определяются по стоку реки в маловодный год расчетной обеспеченности 95%, т.е. по значениям стока модельного маловодного года, приведенным к обеспеченности 95%,
2. В месяцы многоводного периода года объем санитарно-экологического попуска принимается в размере 75% от объёма естественного стока маловодного года, приведенного к 95%-ной обеспеченности, но не больше 50% от среднего многолетнего объема стока соответствующего месяца Ж/,ср,
3. Для месяцев маловодного периода года ежемесячный объем санитарно-экологического попуска принимается равным среднему за маловодный период объему месячного стока в маловодном году 95%-ной обеспеченности.
Необходимые для расчета водохозяйственного баланса значения объемов комплексного попуска на каждый месяц определяются как максимальное значение из объема навигационного попуска (Ж/,нав) и объема санитарно-экологического попуска (Ж/,с-э) в соответствующий месяц: Ж/,кмпл. =
тах(Ж/,нав,^/,с-).
Годовой объем комплексного попуска вычисляется как сумма установленных ежемесячных объемов М^кмпл. = ^ М^кмпл.
Водохозяйственные баланс составляется для двух условий водности. Все составляющие элементы баланса, которые получены как исходные данные и вычисленные в ходе предварительных расчетов, объединяются в две группы:
приходные (П) и расходные (Р) составляющие. Для приходной части баланса вычисляется итог по приходу как сумма всех приходных составляющих на каждый месяц (ХЦ) и на год в целом (£Пг). Для расходной части вычисляется итог по расходу, также как сумма всех расходных составляющих на каждый месяц (£Р/) и на год в целом (£Рг).
Вычисляется баланс водных ресурсов за каждый месяц (Б/) и в целом за год (Бг), который рассчитывается как разница между суммарным приходом и суммарным расходом:
Б/ = Щ - !Р/,
Бг = 1Пг - !Рг.
Положительное значение баланса оценивается как избыток (достаточность) водных ресурсов,
Отрицательное значение баланса оценивается как дефицит (нехватка) водных ресурсов.
Вывод.
Расчет водохозяйственного баланса р. Колыма в створе городе Среднеколымск показал, в целом за год баланс складывается положительно со значительными избытками стока. В маловодных условиях избытки составили 4430 млн.м3. В условиях средней водности избытки стока увеличиваются в более чем в 7,5 раза, до 33500 млн.м3.
В течении года не создается период с дефицитом водных ресурсов. Дефицит создается в отдельные месяцы. В маловодных условиях таких месяцев три (май, июль, октябрь), а для условий средней водности это только октябрь.
Для ликвидации сезонных дефицитов достаточно изменить режим наполнения - сработки водохранилища. Увеличивать полезный объем водохранилища для этих целей необходимости нет.
В условиях средней водности дефицит в октябре возможно избежать, если перераспределить количество сработки в осенне-зимний период, увеличив сработку в октябре в два раза и уменьшить в остальные месяцы.
Для ликвидации дефицита стока в условиях малой водности необходимо пересмотреть наполнение и сработку водохранилища. Следует увеличить сработку в октябре до 1490 млн.м3, снизить сработку меженного периода (ноябрь - март). Перераспределить наполнение водохранилища в июне-сентябре.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Арсеньев, Г. С. Водное хозяйство и водохозяйственные расчеты / Г. С. Арсеньев. — СПб. : Гидрометеоиздат, 1993. — 272 е.;
2. Арсеньев, Г. С. Основы управления гидрологическими процессами. Водные ресурсы : учебник / Г. С. Арсеньев. — Санкт-Петербург : Российский государственный гидрометеорологический университет, 2005. — 228 е
Vanyukova D.D., Levkovets A. Yu.
Vanyukova D.D.
Russian State Hydrometeorological University (Saint Petersburg, Russia)
Levkovets A.Yu.
Russian State Hydrometeorological University (Saint Petersburg, Russia)
DEVELOPMENT OF THE KOLYMA RIVER WATER BALANCE
Abstract: the article is devoted to the development of the water management balance of the Kolyma River in the alignment of the city of Srednekolymsk. The stages of calculating the balance for various water conditions, including low-water and medium-water years, are considered. Periods of excess and shortage of runoff are analyzed, the amounts of deficits are calculated and measures are proposed to eliminate them, for example, changing the mode of filling and operating the reservoir.
Keywords: water management balance, Kolyma, water conditions, water scarcity.
