автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Методика определения рациональных режимов работы Кура-Араксинского каскада водохранилищ

■■зь

АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ МШРНО-СТГОИТЕЛЬНШ ШСШГУТ

На про.пах рукописи УДК 623. ИЗ

ДКАФАГОВ ГШ ВЕЗИР ОЛШ

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КУРА-АРАКСЖЮКОГО КАСКАДА ВОДОХРАНИЛИЩ

О5.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны, г-эдных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискаи'.з ученой степени кандидата технических тук

БАКУ - 1991 г

Диссертационная работа шло л не на в Азербайджанском Научно-Исследовательском Институте водных проблем.

профессор ИСМАШОВ ГЛ.;

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

' профессор ФЕПЗИЕБ Г.К.;

кандидат технических наук, .. - ' доцент ИСКАВДАРОВ С.М.

Ведущая организация - "АЗГИПРОВОДХОЗ"

* Зацита состоится " •/'/ " Л^-СвбС/иЯ- 1992г.. в УЛ ~~ ■ ча сов на заседании Специализированного Совета К 054.05.02 при Азербайджанском Инженерно-Строительном Институте по адресу: ¿70073, Р.Баку, ул.А.Султанова 5<

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Просим Вас примять участие в эадите и направить Ваш отзыв в 2-х экземплярах по адресу:.370073, г.Баку ул.А.Султанова 5. Учений Совет. ' •

Научный руководитель

доктор технических наук,-

Автореферат разослан " У г

1991г.

Ученый секретарь Специализированного Совета кл.н. .доцент

- 3 -

I ОБЩАЯ ХАРДКГГШСШКА РАБОИ '

Актуальность работа, /сложение функций водноресурсных систем а связи о изменением природно-хоэяйствеиной обстановки в больяшнст-ае речныг бассейнов страны требует непрерывного совершенствования как самой методики опредедения параметров Я рациональных режимов тс ¡функционирования, так и ее инфор<ацчонного обеспечения. Учитывая уникальный характер функционирования каждой из этих систем, такого рода методика, помимо е*щих методологических положений, должна быть ориентирована на учет тех специфических особенностей, которые присущи даккому речному бассейну. Не является э этом плане исключением и басосйн р.Куры, в пределах которого сформироЕалась и функционирует НУра-Араксинская водно ре сургная система. Возникает задача поиска таких вариантов ¡»боты водноресурсной системы этого бассейна, которые, с одной стороны учитывали бы пространсгвет?-временныв закономерности гидролого-водохозяЯствэнных процессов, а с другой - обеспечивали воспроизводство водные ресурсов за счет рационализации режима рабо-. ты каскада водохранилищ, функционирующих на р. Дуре и. ее главных притоках. Для реализации этих задач данная диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ АзНИИ водных проблем- в рейсах темы "разработка водохозяйственных балансов и водохозяйственных мероприятий на перспективу до 2015 г. по Азербайджанской ССР".

Цель и задачи исследования. Основной целью диссертационной работы является: во-первых, соверпенствование методики долгосрочного планирования рационального использования водных ресурсов р. Куры на основе разработки специальной имитационной системы функционирования Кура-Араксинского каскада водохранилищ; во-втора, разработка ее информационного обеспечения. Для выполнения данной цели потребовалось реиениэ следующих задач: разработка имитационной системы функционирования Нура-Араксинсного каскада водохранилищ; изучение ино-

голетних и сезонных.колебаний стока основных рек бассейна р.Куры;-гидрологическое районирование территории бассейла р.Куры с целью получения фэрлализованной структурной схеыы источников водоснабжения; разработка алгиритмического и пр-)грамного_ обеспечения имитационной модели функционирования Кура-Араксинского■ каскада водохранилищ; осуществление машинных экспериментов для апробации разработанной имитационной системы и анализа различных вариантов использования водных, ресурсов бассейна р.Куры при изменяющихся гидролого-водохозяйстзенных" условиях. - .' - ■ • •

Методика и объект исследования, Для. разработки методики рационального использования и охраны водных ресурсов бассейна р.Куры была использована методология системного подхода и ее прикладной аппарат -имитационное моделирование, а частности, в работе попользован потоко---вый подход £ сетевой постановке, на основе которого разработана имитационная модель функционирования Кура-Араксинского каскада водохра- ■ нилшмщ. Для исследования гидролого-водохозяйственных особенностей '. бассейна р.Куры использована методика районирования, основанная на . • алгоритме объективной классификации многомерных объектов. '

Объектом исследования выбрана водноресурсная система СЬРС) .бассейна р.Куры, основным элементом которой является Кура-Араксикский каскад водохранилищ (Араксинское, Кирзанское, Щамхорокое, Еникекдское и Мингечаурское водохранилища) И объекты водоснабжения и аодоотведе-шя. ' . " • • • • _

Научная новизна данной 'диссертационной .'работы заключается в том, . что на основе системного анализа', с учётом гидрологических и водохозяйственных закономерностей, впервые разработана и апробирована ими- • тационяая модели Кура-Араксинской ВЕС, дозволяющая анализировать различные вартнты водоснабжения и зодоотаедения. . . . .

Конкретно, научная новизна данной работы заключается в. следующем;- -на основе рбширного гидролого-водохозяйстаекного материала дан ана- • , лиа с(0{мир6ванля и использования вод'(«'ресурсов.бассейна'р.йу-

ры; исследованы пространственно- эременные гидрологические закономср-. ности стока рек.бассейна р.Куры; проведено районирование территории бассейна по внутригодояому режиму стока и получена сетка гидрологических районов бассейна р.Куры; осуществлено конкретное системное исследование по ропенил проблемы управления видными ресурсами бассейна р.Курм. Разработана имитационная модель функционирования водорссурс-ной системы р.Куры, вклочаощая постановку, методы репения, алгоритм и пакет прикладных программ для ЭВМ Ц-поколения и позволяющая определить рациональные режимы водоснабжения и водоотведения Кура-Араксин-ского каскада водохранилищ впервые удалось проанализирован, и оце- ■ нить различные варианты использования водтгх ресурсов Курп-Араксин-ского каскада водохранилищ и определить гедролого-водохоэяКственнне характеристики, в том числе надежность ее функционирования в реальных условиях эксплуатации.

П) яхгическач ценность. Имитационная модель функционирования Ку-ра-Араксинской ВРС представляет собой нов::Р инструмент для ночных исследований и проектных разработок,позволяющий определить ее параметры и режт.шы-з характеристики при долгосрочном планировании объектов водоснабжения и водоотведения. Результаты исследований и полученные оценки основных реждалмх параметров могут быть использованы при разработке схемч водоснабжения и охраны йодных ресурсов бассейна р.Куры. Все расчеты алгоритмизировали, доведены до программ и реализованы на ЭВМ третьего поколения.

Внедрение результатов работы. Основные теоретические и методические положения, исследований вошли в состав "Рекомендаций по методике определения оптимальных реяшов работы каскада водохранилищ Азербайджанской части-бассейна р.Куры с применением ЭШ", рекомендованных • Минводхозом АзербаГджанской республики для их практического использования проектными и эксплуатационными организациями, которые внедрены в Минводхозв Азербайджанской республики. .

-. 6 -

Апробация работы й публикации. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались л А3НШГ1А1 на республиканской научно-технической конференции молодых учзных и специалистов "Актуальные вопросы мелиорации и водного хозяйства" (Баку 1985г.), в ГрузНЛИГи!» на научно-технической конференции молодых .ученых и специалистов по теме "Мелиорация и водохозяйственное строител: ст«о" (Тбипиеи, 1989г.).

По теме диссертации опубликовано ? статей. Результаты проведен ных исследований представлены в научно-исследовательских отчетах за 1986-1990 и 1988 года, по двум те^ам АаНИИ водных проблем.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глаз, заключения, егшека литераторы, включающего 173 наименования, приложений и акта внедрения. Работа содержит 191 страницу машинописного текста, а клацал 26 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕШ.НИЕ РАБОТА Во -введении излоиена сущность проблемы долгосрочного лланирова ния развития водноресурсной системы р.Курьг с применение« системы математических моделий и сформулированы основные задачи исследозани Л первой главе рассматривается особенности объектов управления и, прежде всего, физико-геогра^ческие условия бассейна р.Куры и за коноиершети формирования речного стока. На основе гидролого-водохс аяйственного анализа дается характеристика современного состояния «одоснабжения и водоотледешя. На основе использования обширного Л] изаодстгенного и отчетного материала осуществляется анализ и сбобц< ние простраистзенно-временной динамики основных показателей а о до л о. зояания за последние 15-20 лет. В результате установлено, что экси сивноё использование водных ресурсов р.Куры привело к резкому ухуд шенив качества речных вод и снижению плодородия орошаемых земель. Органы такого ухудшения разные. Если а ухудшении качества вод Диминжруоцда роль играет аагр/знежл, поступающие

с транзитным стоном с сопределынх территорий и местным промияленнм-мн, хозяйственно-бытовыми отходами, то снижение плодородия почв сопряжено с нерациональны! использованием всех видов производственных ресурсов в орошаемом земледелии. Кроме того, создание каскада водохранилищ на р.Куре нарушило естественные условия воспроизводства ркб-ного стада, поскольку ллоткнг: водохранилищ препятствуют миграции ркбы на нерест, а режимы работы 1ЭС изменят- объем и режим попусков в ниж- 1 нем течении реки. Обязательна рнбоховяготвенныГ' попуск в размере 6-12 кл3/год ниде Нингсча,урского гидроузла и 1-1,7 ки3/год по р.Аракс, как показывает проведений анализ, в большинстве случаев не соблюдается. В силу этого наблюдается деградация природнкх комплексов, тяготеющих к поРмснньм участк»: и дельте реки, Сопостаьимость масштабов водопользования со среднегдоголегнимп ведт-ии ресурсами бассейна и ухудшения качества речноГ води, обусловило возрастание дефицита воднкх ресурсов и обострение .;оииально-эколоп:чес;:кх условий в бассейне. Особенно ярко это проявилось в последние годы, отличающиеся краГ-неР маловодностью'и засуашизсстьэ в пределах Азербайджанской республики. Если при этом учесть, что качество воды р.Куры деформируется за пределами республик,: и »:есгни.!И псомисленнкмн отходами, то ■ становится очевидны.: вся остгота проблемы рационализации использования водных ресурсов всего бассейна с ¿"четом интересов всех водопользователей и природнга комплексов. Решение этой пгоблемн усложняется с дальнейший развитием водкоресурсно? системы бассейна и с вводом hqbi х ступеней каскада (ЕникевдскоГ: и КнрзанскоГ: ГЭС на р.Куре, АлазанскоР ГЭС на р. Апаэань и др.).

Учитывая, что система водохранилищ является основным средством управления водными ресурсами бассейна в пределах территории Азербайджанской республики, то наряду с другими мероприятиями по рационализации использования еоднкх ресурсов первостепенное зНяиение имеет разработка методики.

определении раиискдльш.'С режимов работы Кура-Ари-синской вод-

норесурсной системы. Отсутствие такой методики кра.ше затрудняет разработку стратегии и тактики управления каскадом водохранилищ и нахождение тех компромиссных вариантов, которые в равной мере учитывали бы как интересы народного хозяйства и населения, так и режим в объем специальных попусков, учитывающих условия воспроизводства рыбного стода в никнем течении реки.

Вторая глава посвящена рассмотрению гидрологических основ моделирования функционирования воднпресурсной системы речного бассейна. Разработаны обцеыетодические положения, включающие: приемы, оценку и учет водных ресурсов дл~ ВРС, находящиеся на завершающем этапе своего развития; способы агрегирования гидрологической информации; эквивалентноювание гидролого-водохозяйственных элементов ВРС; иоследованиэ пространственно-временных закономерностей формирования водных ресурсов и их типизация с целью получения геомодели речного бассейна.

Одной из важнейших- задач информационного обеспечения моделей ВРС является описание режима водных объектов и, в частности, режима стока водотоков. Такое описание включает в себя оценку и учет основных особенностей формирования поверхностных вод, а именно: изменчивость и связанность стока во времени и по герриторп»; наличие в изменении стока во времени и по территории детерминированной и стохастической составляющих; зависимость изменения стока от природных условий и антропогенных факторов. Большой научный вклад внесли в области изучения закономерностей формирования, пространственно-временных распределений и использования водных ресурсов бассейна р. Кури Густаыое С.Г., Агаов А.И., Велиев H.A., Даафаров B.C., Гадяибе-Кфв Н.Г., Мемедов U.A., КашкаЙ Р.Ы., Эйвазов ILM. и др.

При современном уровне развития гидрологической науки, однако, точный учет перечисленных вше особенностей изменения водаых ресурсов речного бассейна представляется весьма затруднительный. В свя-

зи с этим, оценивая пространственно-временные закономерюсти изменчивости речного стока, необходимо было выбрать рады стока, которые • иогли бы явиться прототипом его будуцей динамики, поскольку долгосрочный прогноз стока'в виде хронологического -ряда в настоящее время невозможен. Таким образом рзяалась задача выбора репрезентативных рячов стока. Этот выбор осуществлялся по следующим правилам: в календарных рядах исследуема характеристик не должно содержаться трендов, должна сохраняться относительнал устойчивость статисти-чесюх параметров; ряды наблюдений за режимом поверхностных вод должны быть репрезентативными, т.е. достаточно полно отракать условия формирования стока в г.гноговодные, средние по водности и маловодные годы; ряды наблюдений за ремвмом поверхностных вод долгой быть генетически однородная!, т.о. объединять характеристики одних и тех ке гидрологических фаз, не искаженных влиянием меняющихся антропогенных факторов; при нарупгнш естественных условий цормиро-ваш:я поверхностях вод в исходные ряды гидрологических наблюдений долзгны вноситься соответствующие корректирующие поправки или часть членов этих рядов долгз-ы исключаться из рассмотрения.

Выбор репрезентативного периода осуществлялся по трем критериям: по сопоставлении среднедаоголетних значений стока в исходном и выделенном ряду; по сравнительно равномерному распределении величин стока расчетного периода по всей амплитуде обеспеченностей исходко-го ряда; по совпадения среднего распределения стока по месяцам (в % от годового объема по исходному и выделенного ряду).

Кал следует из проведенного анализа, водный режш бассейна р.Куры, в основном, формируется в высокогорных, горных и предгорных зонах и характеризуется значительной неравномерностью характеристик стока во времега и по территории. Годовой сток и интенсивность его сезонных и многолетних колебаний существенно различны даже на относительно небольиих участках территории. По характеру питания разли-

чмот: снеговое, дождевое и подземное. В формировании стока участвует все виды питания, но. по каздой реке преобладает один из них.

Суммарные ресурсы поверхностных вод в бассейне р.Кури составляют '26,1кыэ/год, из них 9,12 кмэ/год приходится на бассейн р.Аракс. Эксплуатационные запасы подземных вод с учетом ущерба поверхностному стоку достигают 3,2 кыэ/год. Таким образом, естественные водные ресурсы бассейна в средний, по водности год оцениваются 29,3 кы3/год.

В бассейне резко разграничиваются область формирования и использования стока. Поэтому характер и степень воздействия на речной сток и водный режим в этих областях различны. Приведенный анализ показал, что в зоне формирования стока, каких-либо односторонне ' направленных изменений в колебаниях годового стока не обнаруживается и проявляется лишь свойственное речному стоку чередование серий маловодных и многоводных лет. Рассмотрение разностных интегральных кривых годового стока показывает, что многолетние колебания водности основных составляющих, р. Куры практически могут быть признаны синхронными. Групповой анализ позволяет сделать вывод о том, что речному стоку в области его формирования свойственно наличие 5-6-летней цикличности на фоне вековых циклов колебаний водности рек. Для внутригодового распределения стока в зоне его формирования характерно растянутое весеннее половодье (1У-У1) обусловленное снего-доядевым питанием рек.

Анализ связи мезду стоком отдельных месяцев и годовым стоком обнаруживает достаточно высокую степень связанности стока смежных месяцев ( 2 = 0,60-0,80), а также между Месячным стоком за период с апреля по ишь о годовым стоком ( 2 = 0,62-0,89). Наличие такой связи позволяет полагать, что использование прогноза стока вегетационного периода, может оказаться достаточно эффективным длл управления водными ресурсами бассейна.

Анализ параметров месячного стока-показал, что коэффициенты

вариации месячного стока в пределах бассейна колеблится от 0,16 до-0,53. Наибольшие значения Су имеют место в ище (0,26-0,52) и октябре (0,30-0,53), а наименьшие - в зимний период (0,16-0,36). " Проведенный анализ закономерностей пространственно-временной изменчивости стока рек бассейна р.Куры со всей очевидностью показывает, что для успешной формализации гидрологической информации по рассматриваемому объекту моделирования необходимо ввделить такие участки бассейна, в пределах которых статистические параметры речного стока, его внутригодовое распределение являются сравнительно однородными. £то позволяет рассматривать все реки этого участка как одну реку - эквивалент.

В связи с этим было проведено районирование по шутригодовому распределений стока, который используется в алгоритма многомерной классификации. При этой вся территория, подлежащая гидрологическому районирования, разделена на // исходит герр!Торналыгах единиц (ИТЕ). Для калдой ИГЕ определены числов-е значения показателей районирования, обцие для псе Г! территории Если 1-й показатель ИТЕ под номером j обозначить через Хд , то все П. показатели для ] -й ИТЕ можно записать в виде вектора-строки

..........Д^п}» ^

Использование вектора строки (I) для процедуры районирования оказывается наиболее естественным в ситуациях, когда все показатели Хд,....., Х]т ((П^и) исследуемой территории имеют общув физи-

ческув природу и, соответственно, измерены в одних и тех же единицах. Если же признаки измеряются в различных единицах, необходимо переходить к без размерил показателям с помочью нормирующего преобразования

где

- 12 -

¿.^ofr-xi)' ; (1вГЮ о)

После того, как сформирован исходный массив информации, определяется степень сходства рассматриваемых территориальных единиц. В качестве ыеры близости (сходства) используется евклвдово расстояние ыежду 1-й и i -й ЯТЕ

щи функция потенциала

Посредством вычисления мер близости (4), (5) исходная матрица показателей преобразуется в матрицу "близостей" между объектеда:

' D = |ciyll UJ=W <6).

кли

J>4]Ajll (и=ию <?>

На основе матрицы (6) и (7) осуществляется классификация исходная территориальных единиц с ислользовангзы агломеративных иерархически алгоритмов классификации маогоиерных наблюдений. В результате получаем для одной и той зге совокупности объектов несколвко вариантов разбиения на классы. Выбор окончательного варианта разбиения на классы осуществляется п^л помощи функционала качества разбиения, состоящего нз алгебраической комбинации двух критериев ^ и % . первый xapaK'iepiayeT внугрнслассовый разброс объектов, а ВТОрОЙ - №£ШШССОШЙ.

В качества и % били использованы следунцие соотношения:

гдз К. - 'гасло классов в классификации, - число объектов в азассо, , cl ( Xj, и Xj ) - евклидово расстоянии ыазду объект&чя Х,;. У' :

я X

^ = K(fi-i) ё jlr 1 (9)

где d (Si ,Sj) ~ расстояние медду классами & и $; .

Искомый критерий оптимальности классификации должен быть таким, чтобы наилучшая классификация соответствовала относительно большому и одновременно относительно малому. J>> . В качества такого критерия может быть принята величина:

-> max ÜO)

Та классификация, для которой критерий 3 принимает максимальное значение, очевидно, является в определенном смысле объективно оптимальной. После выделения классов осуществляется пространственное распределение исходшгх территориальных единиц каядого класса. Снежные территориальные единицы, принадлежащие одному и току же классу, организуют гидрологический район.

Б результате процедуры классификации в соответствии ч принятыми критериями исходное множество ЙТЕ uix было 44) бассета р.Куры в пределах Азербайджанской республики было разбито на 7 классов. Пространственное распределение этих классов позволило получить сетку из В гидрологических районов и 15 подрайонов (рис.1). В итоге по внугригодовону распределен!'.» вьделенк следующие районы: I- Иеки -ЭакатальскиР; Л - Гянджа-Казахский; 12- Джейранчель-Аджынаурский; 1У- Карабахский; У- Нирване кий; У1- Нахичеванский; УП-Пркараксинс-кий; УШ - Кура-Ауаксинский (рис.1).

Проведенный анализ пространственно-временных закономерностей колебаний речного стока позволил не только подучить его основные статистические параметры, но и создать основу в виде гвдролгичес-кого районирования территории для обоснованного агрегирования БРС бассейна р.Курь'. . •

3 а.^ечьей главе излагаются методические положения по форнализа-

ции и методу решения имитационной модели функционирования ВРС бг>с-серна р.Куры. Эта модель особо важное значение приобретает в связи с напряженностью водохозяйственного баланса р.Куры, особенно в ое среднем и нижнем иечении, т.е. в прадедах Азербайджанской республики. Кроме того, наблюдается ухудшение санитарных условий в нижнем бьефе Мингечаурского водохранилища, ставит на повестку дня вопросы исследования влияния режима попусков на экологические и,особенно, рыбохо-зяйственные условия в нижнем течении реки. 1'ежим функционера велик ВРС бассейна р.Куры усложняется еще и тем, что предусматривается развитие каскада, с вводом новых его ступеней. Следовательно, нахождение оптимальных режимов функционирования БРС возможно не только в условиях зкеплуатации, но и при планировании и проектировании ЬРС. Вместе с тем, необходимо отметить большую сложность решения задачи оптимизации режимов а рамках долгосрочного планирования, нежели и условиях эксплуатации. Это объясняется необходимостью рассмотрения более длительного периода времени, большой неопределенностью исходных данных.

Учитывая пространственную раосредоточенность элг-.шттов ЬРО бассейна р.Куры были использованы результат 'гидрологического районирования и основные положения теории графов, что позволило полнил., потоковую схему, адекватно описывалщуй топологическую структуру объекта управления. л!ри этом для формализации задачи управления вводя гея так называемые узлы упраьления. под которыми гмикошпеи условная точка на 'линеНноЕ ехекад объекта ущмвлшиА и гяг/аадпп а ней в-реальных условиях территория бассейна, на кохоруа р^спрс,■ » няютия конкретные функции управления водными ресурсами. Сиггьег«.;'. • венно, зедача Функционирований сформулит»ани к а/, потоков м аьдйч'л в сетевой постановки, имеа^ая вид:

при огранч'*зниях:

1<*т (И)

^ХГг^-Х^О, к^З (13)

л« а • (14)

^шх*. (к)

аб)

где - поток в сета (переменные задачи); , 8у ,

. заданные величины, причем СС^-либо мощность водоисточника, либо начальное наполнение водохранилища в расчетный отрезок времени ЯГ , 6у - плановые требования водопотребителей, включая требования пр!родных комплексов, -ограничение пропускной способности распределительной сети, включая русло реки; множество распределительных ч накопительных узлов (3 ), отдающих воду К.-му узлу ( Ок ) и получагацих воду из К -го узла ( Э* ); Е[- множество водолотребителей, получающих воду из I -го водоисточника, - множество водоисточников, подаицюс воду 4 ~ыу водопотребителю; Е -множество дуг в сети; Ук^1, Ук - соответственно, наличие воды в накопительном узле в начале и в кснце расчетного отрезка времени ЯГ , - приращение вода в накопительном узле.

Учитывая водохозяйственные особенности бассейна р. Куры, а также наличие каскада водохранилищ с ГЭС, работающих в условиях ОЭС Закавказья, доя изучения данной системы наиболее подходящим является машинная имитация с использованием блочной структуры. Блочная структура организует теоретическую схему динамической модели функционирования'каскада водохранилищ. Основное ее назначение - дезагрегировать изучаемый процесс функционирования каскада водохранилищ на рад составляющих процессов, определяемых соответствующими балан-

овыми (водными, солевыми, эне ргетическимл -и мв.териальньпш) уравне-яяш и связями. Теоретическая схема имитационной модели состоит из ,вух элементов: блоков и структурных связей. Каждый блок - ато под-[роцесс, который по отношению к изучаемому может быть признан элеыен-•арным. Каждая структурная связь на модельном уровне символизирует юредачу информации от одного блока к другому л на физическом уровне юответствует категориям "влияет на" и "зависит от". Имитационная мо-;ель функционирования каскада ГЭС бассейна р. Куры "Щ-KURA" включает з себя следующие взаимосвязанные блоки: блок оценки ресурсов речных зод; блок исходных информаций; блок определения стока возвратных вод л их минерализации; блок определения параметров накопителей; блок определения потерь воды из водохранилищ на испарение л фильтрацию; блок 5алгнса водных ресурсов; блоц баланса веществ; блок определения параметров гидростанций; блок принятия решения в условиях дефицита водных ресурсов.« нарушения нормативов качества воды. Модель "Ш~К1ЖАМ слу-кит инструментом для исследования различных вариантов использования ее водных ресурсов в интересах природно-хозяйственних объектов,включая энергетику. Наличие в структура модели блока определения минерализации речной воды позволяет регулировать сбрх>с возвратных вод и русло реки и определить необходимые объемы возвратных вод, подлежащих опреснению. Такой подход имеет также ярко выраженное социально-экологическое преимущество. Экономический оффект достигается,во-первых, определением оптимальных режимов работы каскада водохранилищ с ГЭС, во-вторых, sceTopcîîHKj анализом функционирования В ГС в различных природно-хозяйственних условиях. Соц.. ад Liras сф^кт достигается частичным или полным прекращением сброса зысокомииераляионата« вои-вратнах вод в русло реки.

В четвертой главе рассматривается, в „аноьчоа.' радлиа 1191Я и t.i-|дбация разработанной имитационной иодел.: "Ш-К1Ш" о ¡.(«л.» устапа»-,ения ¿озмогности лсшяьаоьлша за г> проектных лоддботчх и

лия ответа на кногочисленньге вопросы, которые возникают при долгосрочном планировании развития и функционирования ВРС бассейна р. Кур. При этом были исследованы: режимы работы Кура-Араксинского каскада водохранилищ при различных уровнях развития производительнъх сил региона; гарантированная отдача отдельных водохрстнилищ в каскаде и каскада в целом; регулирующая способность основных водохршшлш в каскаде. В качестве информационного обеспечения были использованы как результаты наших исследованиЯ (гл.1,2), таки материалы прооктт институтов. Очень важным аспектом информационного обеспечения является назначение специальных попусков в няжнк:: бьефах таких водохранилищ, как Кирзанское, Шамхорское, Еникендское, иингечаурское (р.Куры). Проведенный анализ показывает, что размерь; специальных (п'бохо-зяГютвенных) попусков носят вариантныГ характер и в нижнем течении р.Куры составляет: 6,0; 9,0 и 12,0 км3/год. Специальные рнергетичес: попуски для гедроузлов с ГЭС таковы: Кирзаяскад IX - 1,7 км3/год, Шамхорская ГЭС - 2,2 кыэ/год, Еникендская Г2С - 2,3 км3/год. Б нижнем течении р.Араке специальный попуск не должен бь'ть менее 1,1 гад3 /год. При выборе этих попусков учитывались интересы природшк комплексов, функционирующих в дельтах этих рек, и технологически?: знерг тический минимум. В качестве уровней планирования принимались: оовр меншй (1380 и 1985 гг.), ¡шановык (1990 г.) и перспективные Ц996 и 2000 г.г.). Суммарное водопотребление для этих уровнек состаеляет 9,8; 10,9; 11,3; 11,4 и 11,9 кмэ/год. Б качестве гидрологического -расчетного периода принят период продолжительностью 40 лет ( 1979/80 гг.).

При определении рациональных режимов работы Кура-Араксинскогэ каскада водохранилищ по каждому варианту и пс какому узлу упрлыц^ получены следующие показатели: объемы наполнения и срабогкг водохре нилиш; фактическое водопотребление для каждого агрегированного еодг потребления и степень их водообеспеченности пс лгсяцам, сезонгг.у и г год в целом; объему к периоды деф'чета воджс: .рчсу^сов^бъскк

го стока; водноэне ргетичес кие характеристики ГЭС и каскада а целом, и выявлении целесообразных пределов использования водных ресурсов .ссейна р.Куры и, соответственно, для определения регулирующей с-по- • )бности отдельных водохранилищ в каскаде и каскада в целом в качес-основной характеристики выбран дефицит подачи воды потребителя;,! | сравнению с плановым объемом. При' этом представляет интерес и ^нка вероятности лет нормальной работы ВЕС этого бассейна. В экспе- >■ шентальных расчетах при современном состоянии учитывались регулиру-дее влияния Мингечаурского водохранилища (уровень 1980 г.), а на ; зовень 19Б5 г. - Шамхорского к Шнгечаурского водохранилищ.

{

Экспериментальные расчеты показали, что в зависимости от коле-адий водности р. Куры при наличии двух вышеуказанных водохранилищ 1 современном уровне (1980. и 1985 гг.) водопотребление из главного гвола составляет, соответственно, 6,04 и 6,67 км3/год, которое удов-втворяется свыше 90 процентной надежностью. Имеет место остаточный . ток; в среднем за 40 лег, соответстенно, 1,08 и 0,33 км3/год, при аибольшем значении 4,98 и 4,11 км3/год, а наименьшем - 0,24 и 0,20 м3/год. Наличие остаточного стока в современных условиях спидетель-твует о недостаточной зарегулированное™ стока р. Курд, в то же вре-я на уровень 1985 г. в крайне маловодный год имеет место дефицит оды в объеме 1,48 км3/год.

Исследования перспективных вариантов (Г900—ЕСОО гг.) показали, [то при развитии водопотребления из главного ствола р. Курл деЛицмт юды постепенно увеличивается. На уровни 1990 и 1995 гг. к Куринско-!у каскаду подключается йшкендский гидроузел. Водопотребяинио и )тих уровнях из главного ствола, соответстенно составляет 7,0 и С,У ш3/год. Уменьшение сушарюго водопотребления на урэыпъ 1995 г. гвязано о реконструкцией оросительных систем ЕРЙ р.Куры. Яа этих уровнях надежность шдообэелечёния снижаемся до Среднешаголет--иий остаточный сток за 1990 и 1953 гг., соответственно, ооотайян-.*?

- го -

0,21 и 0,19 гал3/год , при наибольшем значении - 2,11 и 1,86 км3/го а наименьшем - 0,19 и 0,14 км°/гсд. Среднешоголетняя выработка на трех ГЭС каскада равна, соответственно, 2694,5 и 2674,3 млн.квт ча а гарантированная (р=9С$) - 2250,0 и 2230,0 млн.квт.час.

В 2000 г. к водноресурсной системе подключено Кирзанское водо хранилище с полезной емкостью 1081,0 млн.м0. Бодопотребление возра( тает до 7,1.9 км3/год при наличии трех регулирующих емкостей (йдаге> урское, Шамхорскоя и Кирзанское водохранилища), у которых суммарна) полезная емкость составляет 10766,0 млн.м3.-Несмотря на подключенш в перспективе к водноресурсной системе Кирзанского водохранилища,д£ , фицит водопотребления в крайне маловодный год увеличивается до 3,7' 1ш3/год. Это объясняется тем, что, во-первых, водные ресурсы, пост} ющие в-каскад, умсньпаюгся в связи с изъятием Грузинской и Лр.инскс республик, во-вгорьсс, увеличивается водопотребление из главного ств ла р.Кури и ее основных притоков. Надежность обеспечения водолотреб ления на уровень 2000 года снижается до 76$. При этом дефицит, в ос новном, обнаруживается в нижнем течонци р.Куры в Карабахском, Шир-ванском и Пршздшском водохо зпйствешьос районах. В связи с вводом з эксплуатацию Кирза<-.ского водохранилища и' отмеченными двумя пргш-нами, остаточный сток на уровень 2000 г. почти полностью зарегулирован. Среднешоголетняя выработка на четырех ГЭС каскада составляет 3570,9 млн.квг.час, а гарантированная Еыработка с 90 процентной надежностью - 2910,0 млн.квт.час.

Исследование эффективности регулирования стока р.Куры Мингеча-урским водохранилищем показывает, чго в современных условиях при Р = 90% гарантированная отдача составляет 6,5 км3/год. При увеличении водопотребления свыше 6,5 км3/год эффект регулирующей емкости Мингечаурского водохранилища снижается. С вводом в эксплуатацию Шам-хорского водохранилища (на уровень 1985 г.) гарантированная отдача каскада увеличивается всего лишь до 6,6 нм3/год, из них 6,1 км3/год

иходится на доли к'ингьчаурекого водохранилища. С вводом Кирзанско-водохранилища (на уровень ¿000 г.) общая гарантированная лолизная цача увеличивается весьма нвзнрлительно, составляя 6,65 м3/год, из х 5,9 кы3/год приходится на Мингечаурское водохранилище. Таким разом, роль Шамхорского и Кирзанского водохранилищ в повышении га-нтированной отдачи незначительна, но в то же время наличие этих цохранилищ в каскаде создает условия командования над Шамхорскии Кирзанским орошаемыми массивами, что исключает необходимость манного орошения, если зти функции выполняло Мингечаурское водохра-лище. Имитационные расчеты показали также, что благодаря созданию циональных режимов работа каскада, особенно Мингечаурского ьодохра-лища, поддерживается необходимый рыбохозяИственный попуск в размере 4 км3/год, тогда как в реальных условиях зтот попуск часто наруша-2я. В целом имитационный эксперимент по функционированию ЕРС бас-йна р.Куры показывает, что при реализации установленных нами радиальных режимов работы Кура-Араксинского водохранилища обссгючива-зя требования на воду и рыбохозяйетвенный попуск на современном эвне. Однако, а крайне маловодные годы создается напряженность во-хозяйственного баланса территории. В перспективе, в связи с ростом употребления в пределах Азербайджанской республики и уменьшением анзитного стока, поступающего с сопредельных территорий, водохозяй-веняая обстановка обостряется особенно в низовьях рек. Обдая га^ан-рованная отдача acero каскада пр Р - 90$ не превышает 11 км3/год, 3 заключении формируются результаты выполненных иссдодоьаиий, -ювньми из которых являются:

I., Анализ современного состояния, особенно в нгашем тьчепии ¡р. ?ы и Аракса, показывает противоречивый у. .рактер водоснабжения о:. -атве учьстникгв водолотребления. íio3w<y для комплексного и р-ацко-иьно^о распределзйия вод-« ресурсов бассийнг р.. Hypw Г{обоь«ла,л зработка методики определения долгосрочных Джимов ря- •

боты существующих и намечаемых в перспективе водохранилищ на pp.Курв и Араке.

2. Изучены колебания -годного режима и гидролого-водохоэяйствент закономерности бассейна pp.Куры и Араке. Анализ показал, что распределение стока во времени л пространстве не совпадает с потребностям 'воды, что отрицательно сказкэается на водоснабжении отраслей народне го хозяйства. Исследованы пространственно-временные закономерности (fopMnpocaHMH речного стока и определены его статистические параметр! по отдельным створам pp.Куры и Араке, а также по боковым притокам. Для реиенкя задачи функционирования ВГС Кура-Араксинского каскада в< дохранилид был определен расчетный гидрологический период. На ochobi анализа гидрометрических иагериадов изучен характер изменения годов* го стока во времени и по длине pp.Куры и Араке; хадже определено внугригодовое распределение для групп лет разной вддности до расчет ныл створам р.Нуры. Бее это позволило создать гидролого-лодохоздйсх. к,ую базу имат&шюшюЛ модели бассейна р.Луры.

3. Используя метод многомерной классификации, алгоритм и машнну программу, проведено гидрологическое районирование по внутригодовом распределению стока. В результате получена сетка гидрологического районирования по стоку бассейна р.Куры. Проведенное районирование по характеру внутрмгодоэого режима стока позволило выделить группы рек, которые используются при (£орыализаши гидролого-водохозяйствгн ной структуры бассейна р.Куры в рамках разработанной модели "Щ-КШ ' Проведенное районирование также может быть использовано для проекта зания конкретных объектов водоснабжения и водоотведения и для усовс шенстзованил гидрологических расчетов.

. 4. Разработана шшташганная модель функционирования Кура-Араксш-с кого каскада водохранилищ "IM-KUKA " с целью оптимального распределения водных ресурсов и построения долгосрочных режимов упразж

- 23 -

ния водноресурсной системой р.Куры. Для реализации имитационной модели разработаны алгоритмы и специальная программа на языке "Ф0ГГРАН-4".

5. С помощью модели "IM-KWLA " исследованы режимы работы líypa- . Араксинского каскада водохранилищ. При анализа результатов экспериментальных расчетов установлено, что в современных условиях надежность водоснабжения по отдельным водохранилищам и по водноресурсной системе в целок обеспечивается с 90 процентной надежностью. В перзспек-тиве надежность водоснабжения по водохранилищам и в целом по каскаду постепенно снижается, на. уровень 2000 года она снижается до 70í надежности, что свидегельствует о напряженности водохозяйственного баланса на этом уровне. При рациональном управлении ЬРС установлены размеры санитарных, рыбохозяйственных, транспортных попусков по рр.Ку ра и ApáKc, а также попуск для экологии устьевого участка бассейна р.Куры а размерах 6,39 км3/год.

6. Выявлена роль регулирующей емкости отдельных водохралищ и кас када в целом а эффективности водоснабжения. Установлена эффективность регулирующей емкости Мингечаурского водохранилища (6,50 кмэ/год).

tí перспективе (на уровень'2000 годэ.) регулирующая способность Минте-чаурского водохранилища вместо Иамхорского водохранилища возрастает до 6,50 км3Угод. В дальнейшем при включении л состав Кирзанского водохранилища, регулирующая способность Куринского каскада составит 6,70 кы3/год, а эффективность регулирующей способности Араксинского водохранилища составит 4,40 юа3/год. Огромная роль при водоснабжении отраслей народного хозяйства приходится на долю Ыингечаурского и Аракского водохранилищ. Общая эффективнс:ть регулирующей способности Кура-Араксинского каскада в целом составит II,05 кы3/год о W процентной надежлпстью. Йтм увеличений аодопотреблеиия выше ошеченнкх объектов, эффективность регулирующее способности отдельных иадохр.1нич ■.лщ и по гаскаду ¿ целом снижается. '

7« Разработанная имит ционшя модель функционирования ВРС б*о~

сейна р,Курк и результаты ее реализации были использованы в следа щих работах: институтом "Соизгилроводхоз" при проектировании "Схе комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна р.Ку при обосновании необходимости строительства Таузского.водохранил на р.Куре; в связи с маловодном на 1909 год, материалы исследован по определен!'» рациональных режимов работы каскада водохранилищ б с.ейна р.Куры в различной обеспеченности были представлены по прос Минводхоаа Азербайджанской республики для использования; при сост лении научно-исследовательских отчетов (за 1966-199(3 к 1968 годы) по двум темам АзШИ ВН. Кроме того, результаты предлагаемой имита оннои модели " 1ЛНШЯА" предлагается использовать в проектных лр работках "Азгипроьсдксва", Бакинского филиала! Гидропроекта и при решении эксплуатационных задач-"Азглавэнерго" и Минводхоза Азерба джанской республики. Таюте по предлагаемой1 имитационной модели "1М~КиЯА " подготовлены рекомендации, которые рассмотрены и одо реш НГХ Минводхоза Азербайджанской республики для' использования ■различными проектными и,эксплуатационными организациями. Данная р мендация была внедрена Млнвлдхозом Азербайджанской республики.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих раб о

1. Водораспредсление и водопользование для целей орошения в Азербайджанской ССР. - Тр.АзНИИ. водных проблем. Баку,1982,с.81-89

2. Зодооб^спеченность сельскохозяйственных культур Ширванског водохозяйственного района.- Тр.АзНИИ водных проблем.Баку, 1983,

с.68-74*).

3. Водный режим и вопросы рационального использования стока р.Куры. - Тр.АзШИ водных проблем. Баку, 1984, с.55-62*). • '

4. Современное сссгояш.е и вопросы рационального.использовани оросительной воды' в бассейне р.Куры. Материалы республиканской на,

е Работы, опубликованные в соавторстве.

- 25 -

-технической информации молодых .ученых и'специалистов на тему ктуальные вопросы, мелиорации и годного хозяйства", АэШИГик, ]3аку, 36, с. 77-78*'. '

5. Гидрологическое районирование по анугригодовому распределе-о стока бассейна р.Куры. - Тр. АзНШ водных проблем. Баку, 1988,

108-121. . ' '

6. Обеспечение рациональных режимов управления Кура-Араксинско-каскада водохранилищ. Информационный листок. АзНШНТИ, Баку,

39, 4 с.

7. Анализ машинных экспериментов режимов рационального функци-1рования Кура-Араксинского каскада водохранилищ. Информационный :ток. АзНИИШИ, Баку, 1989, 4 с.

8.,Вопросы разработки рациональных режимов работы каскада недолили, :; бассейна Р.Куры (л пределах Азерб.ССР). Тозисы доклггдов чно-технической коифялицш молодых ученых и специалистов на те-"Мелиоршия. и водохозяйственное строительство". ГрузНИИГиМ, Тби-и, 1989/ с. 97.

9. Вопросы разработки рациональных режимов работы каскада'во до-шлищ бассейна р.Куры• С» пределах Азербайджанской ССР). Тр. ИИ водных проблем,-Баку, 1991, с. 59-74*^.-

б) Работы, опубликованные в сишьторстзо