Отправленая - Ob_osobennostyakh_urovennogo_rezhima_vodokhranilis. Об особенностях уровенного режима водохранилищ камского каскада
 Скачать 389.97 Kb.
|
|
ОБ ОСОБЕННОСТЯХ УРОВЕННОГО РЕЖИМА ВОДОХРАНИЛИЩ КАМСКОГО КАСКАДА Вюшкова Е.А. Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь kat.vyuschkova@gmail.com Аннотация: Целью исследования стало рассмотрение динамики уровенного режима Камского и Воткинского водохранилищ в многолетнем аспекте (с 1964 по 2015 гг.). Водоемы расположены в каскаде ГЭС, где регулятором является Камское водохранилище, а звеном – Воткинское. Таким образом, гидрологический режим Воткинского водохранилища находится в зависимости работы КамГЭС. Гидрологический режим водохранилищ формируется под воздействием большого числа факторов, основным из которых являются регламент эксплуатации водохранилища. Он проявляется через ход уровня воды в водохранилище. Управляя колебанием уровня, можно опосредованно управлять водохранилищем и изменять его гидрологический режим. Особенности уровенного режима водохранилища наиболее точно можно проследить при анализе годового хода уровня воды на различных постах, расположенных по длине водохранилища, или анализе характерных фазово-однородных уровней воды, под которыми следует понимать фактически наблюденные, соответствующие определенным фазам водного режима уровни. В данной работе способом анализа является характеристика и выделение фазово – однородных уровней. Самыми показательными из них признаны уровни минимальной зимней сработки и максимального наполнения водохранилища, которые отражают амплитуду колебания за год. При этом построение графика фазово-однородных уровней также отражает их пространственное колебание. Проведено сравнение Камского и Воткинского водохранилищ и сделаны выводы о величине районов переменного подпора на них. Рассмотрено влияние морфометрии и характера регулирования на динамику хода уровня. Выявлены опасные явления и факторы, создающие условия их возникновения на верхнем и нижнем бьефах гидроузла. Ключевые слова: водохранилища, уровенный режим, характерные уровни воды, водность года. ОБ ОСОБЕННОСТЯХ УРОВЕННОГО РЕЖИМА ВОДОХРАНИЛИЩ КАМСКОГО КАСКАДА ABOUT THE FEATURES OF THE LEVEL REGIME OF THE KAMA RESERVOIRS CASCADE Вюшкова Е.А. Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь kat.vyuschkova@gmail.com Vyuschkova E.A. Perm State University, Perm kat.vyuschkova@gmail.com Annotation: The aim of the study was to consider the dynamics of the level regime of the Kama and Votkinsk reservoirs in the long-term aspect (from 1964 to 2015). Water reservoirs are located in the cascade HPS, where the regulator is the Kama reservoir, and the link – Votkinsk reservoir. In this way, the hydrological regime of the Votkinsk reservoir is dependent on the operation of the Kama HPS. The hydrological regime of reservoirs is formed under the influence of a large number of factors, the main of which are the rules of operation of the reservoir. It manifests itself through the course of the water level in the reservoir. By controlling the level fluctuation, you can indirectly control the reservoir and change its hydrological regime. Features of the level regime of the reservoir can be most accurately traced in the analysis of the annual cycle of water level at different stations located along the length of the reservoir, or the analysis of the specific phase-homogeneous levels of water, under which it is necessary to understand the actually observed that correspond to specific phases of the water regime levels. In this paper, the method of analysis is the characterization and isolation of phase – homogeneous levels. The most significant of them are the levels of minimum winter working hours and maximum filling of the reservoir, which reflect the amplitude of fluctuations for the year. The plotting of phase-homogeneous levels also reflects their spatial oscillation. A comparison of the Kama and Votkinsk reservoirs, and conclusions about the magnitude of the variable backwater areas on them. The influence of morphometry and the nature of regulation on the dynamics of the level is considered. The dangerous phenomens and the factors creating conditions of their occurrence on the top and bottom of the waterworks are revealed. Key words: reservoirs, level regime, characteristic water levels, the water content of the year. Введение. Создание водохранилищ является «стрессом» для реки. Повышается уровень, затапливаются устья притоков, изменяются гидродинамические условия (скоростной, ветроволновой режимы), увеличивается эрозия берегов, что приводит к седиментации твердого стока и трансформации рельефа дна водохранилища. Такие изменения требуют тщательного изучения, так как это вмешательство в естественное состояние реки, которое приводит к запуску необратимых процессов. После наполнения, котловина Камского водохранилища приобрела другие очертания, в отличие от Камы в естественном состоянии. Наибольшее переформирование произошло с устьевыми участками впадающих рек, которые трансформировались в крупные заливы. Процент боковой приточности по Камскому водохранилищу очень велик (40-45% в разные годы). Воткинское водохранилище из-за малой боковой приточности (около 4%) (Китаев А.Б., 2004) почти полностью сохранило очертания русла реки до затопления, испытывая в этом плане меньшие последствия от зарегулирования стока. Водохранилище – искусственный водоем с заранее определенным режимом работы на этапе проектирования. Т.е. все процессы управляются человеком посредством регулирования уровенного режима. Именно он представляет наибольший интерес для изучения, поскольку является ведущим фактором протекания всех процессов в водоеме. Материалы и методы. К способам анализа уровенного режима водохранилища относятся характеристика и выделение фазово – однородных уровней, самыми показательными из которых являются наполнение и сработка водохранилища (Шайдулина А.А. и др., 2017). На водохранилище выделяются 2 части, различные по характеру уровенного режима: верхняя – переменного подпора и нижняя – постоянного подпора, а граница между ними изменяется в зависимости от водности года и фазы уровенного режима. Поэтому важно отслеживать тенденции изменения уровня водохранилищ в целях предотвращения негативного воздействия от изменения длины района переменного подпора, т.е. занесения судового хода, возникновения новых аккумулятивных форм и размывов дна водоема. Результаты. В рамках данной работы проведена сравнительная характеристика уровенного режима Камского и Воткинского водохранилищ, произведенная по данным ежедневных уровней воды за период с 2005 по 2015 гг, предоставленными ФБУ «Камводпуть». Были установлены характерные по водности года: многоводный – 2007 г., маловодный – 2010 г. и средний по водности – 2012 г., по которым определены отличительные черты динамики уровней воды (Китаев А.Б. и др., 2017). Анализ ежедневных и фазово – однородных уровней воды за исследуемый период показал, что сходство уровенного режима Камского и Воткинского водохранилищ выражается в том, что по мере удаления от плотины своей ГЭС увеличиваются среднегодовые уровни (табл. 1). Это связано с увеличением естественного уклона дна водохранилищ по мере удаления от плотин, и характером регулирования. Табл. 1. Падение среднегодовых уровней от верхней части Камского и Воткинского водохранилищ к нижней в период с апреля по ноябрь
В многоводные годы на обоих водохранилищах отмечается высокая плотность расположения линий хода уровней в навигационный период (июнь – ноябрь), что подтверждается стоянием высоких уровней и многоводностью года (рис. 1а). В такие годы водохранилища в основном накапливают воду. а)  б)  Рис. 1. Ход уровня воды на Камском и Воткинском водохранилищах за многоводный 2007 (а) и маловодный 2010 (б) гг. В маловодные годы наоборот, амплитуда стояний уровней довольно большая, поскольку воду срабатывают для обеспечения нужд водопотребления (рис. 1б). Помимо сходства, были выделены и отличия уровенного режима Камского и Воткинского водохранилищ. У Воткинского водохранилища угол отклонения линии хода уровней в мае от общей тенденции линий хода уровней, по сравнению с углом отклонения этой же майской линии хода у Камского водохранилища – больше. Это связано с влиянием сработки КамГЭС на уровенный режим Воткинского водохранилища. Линии хода уровня, особенно апреля и мая, имеют неестественно ровный, почти линейный вид, что подтверждает влияние от работы (сброса) Камской ГЭС. Линии хода уровней Камского водохранилища имеют искривленную форму, что говорит о влиянии естественных факторов (речной режим) для верхней части Камского водохранилища). Также отмечается разница перепадов уровней. По мере приближения к плотине, перепад уровней в период весеннего наполнения становится на Камском водохранилище больше, а на Воткинском меньше. Данная тенденция хорошо прослеживается при анализе весеннего наполнения водохранилища, в период с апреля по май (табл. 2). Табл. 2. Анализ весеннего наполнения водохранилища в период с апреля по май на Камском водохранилище
Такое различие происходит из-за работы Камской ГЭС, являющейся регулятором для ВотГЭС. Поскольку у в/б КамГЭС амплитуды весеннего наполнения велики, то это сказывается на амплитуде изменения уровня с апреля по май на посту Пермь, и по мере удаления от п. Пермь амплитуды уменьшаются по длине Воткинского водохранилища. Для верхнего бьефа более опасными являются максимальные уровни, о чем свидетельствует происшествие в многоводном 1979 г., когда в приплотинной части водоема берег обрушился в среднем на 10 м (Двинских С.А. и др. 1989). Исследование этого района на современном этапе показало, что в 2007 г. отметка уровня наибольшей зимней сработки оказалась выше на 2,5 м по сравнению с 1979 г, и минимальный навигационный уровень в 2007 г. тоже оказался выше на 1 метр. При этом скорость ветра и его продолжительность оказывают наибольшее влияние на разрушение берегов в период весенних и осенних штормов на водохранилище (Двинских С.А. и др. 2008). В 2007 г. весной наблюдалось 14 дней штормовых ветров, а осенью – 6 (со скоростью более 10 м/с). При этом беспрерывное воздействие ветра продолжалось 2-3 дня. Все это дает основание предполагать, что в многоводный 2007 г. берега разрушались с аналогичной скоростью, однако уточнение этого вопроса возможно при применении крупномасштабных русловых съемок и космоснимков. В нижнем бьефе большую опасность представляют низкие уровни, которые, во первых, уменьшают устойчивость плотины, а во вторых, чреваты ухудшением качества питьевой и технической воды на водозаборах г. Перми и Краснокамска из-за уменьшения скоростей. Из-за сокращения расходов Камской ГЭС может возникнуть резкое понижение уровня, и усилиться явление «обратной» волны попуска. Возникновение таких «длинных» волн, и связанные с ними обратные уклоны водной поверхности и обратные течения вызывают значительные затруднения в работе водозаборов (Эдельштейн К.К., 1998). Выводы 1. Схожесть Камского и Воткинского водохранилищ выражается в том, что по мере удаления от плотины своей ГЭС увеличиваются среднегодовые уровни. Это связано с увеличением естественного уклона дна водохранилищ по мере удаления от плотин, и характером регулирования. 2. Определяющим фактором хода уровня в верхнем и нижнем бьефе является регламент работы Камской ГЭС, однако в верхнем бьефе Камского водохранилища на изменение уровня влияет и морфометрия, о чем говорят врезанные далеко в сушу заливы – затопленные устья рек, а в Воткинском водохранилище очертания берегов не подверглись значительному переформированию и влияние оказывает лишь попусковый расход КамГЭС. Поэтому режим КамГЭС как регулятора каскада запроектирован таким образом, что бы обеспечить работу ВотГЭС и извлекать максимальную выгоду при производстве электроэнергии. 3.Анализ хода уровня показал, что по характеру уровенного режима на каждом водохранилище выделяются два неравных по площади и объёму водной массы, района: участок с малыми, постоянными в течение всего года, уклонами водной поверхности (район постоянного подпора), и район переменного подпора – с плавно нарастающим и переменным в течение года уклоном водной поверхности. На Камском водохранилище район переменного подпора занимает 45% от его длины, или порядка 135 км. На Воткинском 23%, или порядка 80 км. Однако современный анализ уровенного режима Воткинского водохранилища, в особенности в районе переменного подпора нуждается в дальнейшем уточнении, что и будет предметом последующего исследования. Таким образом, была выполнена сравнительная характеристика уровенного режима Камского и Воткинского водохранилищ с привлечением данных о фазово-однородных уровнях в период их стояния и сработки. Однако проведенное исследование показало необходимость включения в анализ и других характерных фаз отметок стояния уровней за многолетний период, а также привлечение дополнительного отрезка времени для того чтобы сравнить сроки наступления этих фаз на современном этапе с серединой 20 века, когда последний раз проводились тщательные исследования уровенного режима звеньев водохранилищ Камского каскада в связи с запуском Воткинской ГЭС. Такое дополнительное рассмотрение этого вопроса, направленное на выявление наличия изменений (как временных, так и количественных) уровенного режима является целью дальнейших исследований. Список литературы
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||