СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМА РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В ВОДОХРАНИЛИЩЕ ГЭС Российский патент 2017 года по МПК E02B3/00 

Предлагаемое изобретение относится к области эксплуатации и строительства гидроэнергетических сооружений и может быть использовано для обеспечения безопасности объектов инфраструктуры верхнего и нижнего бьефов при пропуске паводков.

Известно, что застройка берегов рек объектами инфраструктуры (жилищными, промышленными, сельскохозяйственными и другими) ведется из соображений экономической целесообразности, конкретно - из расчета недопущения повреждения указанных объектов расходами реки определенной обеспеченности, в Российской Федерации - 1%. На практике известны случаи, когда в реальности в период паводка по реке проходят расходы меньшей обеспеченности, т.е. большие по величине. Так, на реке Ардон (Республика Северная Осетия - Алания) в августе 1937 года прошел паводок с расходом 485 м³/с при величине расхода в 1% обеспеченности, равном 286 м³/с. Последствия прохождения упомянутого пика оказались катастрофическими для объектов инфраструктуры долины реки - объекты были уничтожены. Недавние события с прохождением пиков паводков в городе Крымске (2012 год) и дальневосточном регионе РФ (2013 год) подтверждают опасную возможность прохождения пиков паводка, тем более на фоне общего потепления климата.

Известны способы оптимизации режима регулирования уровня воды в водохранилище ГЭС путем уменьшения величины паводковых сбросных расходов за счет заблаговременного сооружения вблизи затопляемых территорий водоограждающих устройств. Последние могут быть выполнены в виде ограждающих земляных валов-дамб (см., например, патент РФ на изобретение №2093638) или ледяной дамбы (см., например, патент РФ на изобретение №2225915). Однако указанные технические решения применимы только в конкретных природно-климатических условиях. Так, ледяная дамба применима только в условиях Крайнего Севера, а земляной вал-дамба - в тех случаях, когда протяженность нижнего бьефа невелика или он не насыщен объектами инфраструктуры.

Известны также предложения по оптимизации режима регулирования уровня воды в водохранилищах ГЭС, плотины которых создают водохранилища сезонного регулирования стока реки (Т. Strobl et al., Flood protection by large dams and flood polders. Chances and limits. In: Proceedings of the International Symposium ICOLD-SPANCOLD, 18 June 2006, Barcelona, Spain. Volume 1: Dams and Reservoirs, Societies and Environment in the 21^st Century, p.178, Figure 3.). Такие водохранилища аккумулируют часть расходов притока реки, тем самым снижая сбросные расходы в нижней бьеф. Описанный в указанной статье способ регулирования уровня воды в водохранилище ГЭС путем уменьшения величины паводковых сбросных расходов выбран прототипом заявляемого изобретения (копия прототипа прилагается).

Недостатком прототипа является необходимость временного значительного повышения уровня водохранилища сверх нормального подпорного уровня (НПУ) для аккумулирования притока с целью достижения сбросных расходов, соответствующих 1% обеспеченности, с соответствующим увеличением объема (за счет увеличения высоты) и стоимости плотины; кроме того, подъем уровня воды в водохранилище приводит к выводу земель из хозяйственного пользования или к затоплению объектов в верхнем бьефе.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи создания способа оптимизации режима регулирования уровня воды в водохранилище ГЭС путем уменьшения величины паводковых сбросных расходов, обеспечивающего высокую степень безопасности объектов инфраструктуры верхнего и нижнего бьефов без дополнительных материальных затрат.

Для получения указанного технического результата в способе оптимизации режима регулирования уровня воды в водохранилище ГЭС путем уменьшения величины паводковых сбросных расходов перед началом паводка осуществляют срабатывание водохранилища до уровня, обеспечивающего степень аккумуляции расходов притока, позволяющую ограничить сбросные расходы в нижний бьеф величиной расхода обеспеченностью 1%, поддерживают указанный сработанный уровень водохранилища в течение всего периода паводка, а на спаде паводка поднимают уровень воды в водохранилище до НПУ.

Заявителю не известны какие-либо технические решения, обладающие такой же совокупностью признаков, что и заявляемое. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение удовлетворяет условию «новизна».

Благодаря отличительным признакам заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляется новое свойство - при выполнении указанной последовательности операций достигается абсолютная безопасность объектов нижнего бьефа при прохождении паводков без ущерба для объектов верхнего бьефа, причем в любых природно-климатических условиях и без дополнительных материальных затрат на наращивание высоты плотины.

Это новое свойство и позволяет, по мнению заявителя, считать, что заявляемый объект удовлетворяет условию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения иллюстрируется фиг. 1, где схематически показана плотина гидроузла и обозначены уровни воды в водохранилище.

Здесь позицией 1 обозначена плотина; 2 - НПУ; 3 - уровень водохранилища, необходимый для уменьшения сбросных расходов до величины, соответствующей обеспеченности 1% в случае пропуска паводка по прототипу; 4 - контур наращивания высоты плотины, соответствующий подъему уровня 3 водохранилища в случае пропуска паводка по прототипу; 5 - рекомендуемый сезонный сниженный уровень водохранилища в период года, в котором возможно повышение расхода притока в водохранилище обеспеченностью ниже 1% [для энергетических объектов указанный уровень выше и равен уровню мертвого объема (УМО)].

Способ реализуется следующим образом.

Этап I. Перед началом паводка обеспечивают срабатывание водохранилища до уровня 5. Уровень 5 назначается таким, чтобы в случае прихода в водохранилище пиков паводка обеспеченностью ниже 1% в нижний бьеф сбрасывались расходы обеспеченностью именно 1%, и при этом за счет аккумуляции уровень воды в водохранилище не поднимался выше. Водохранилище поддерживают на уровне 5 весь паводковый период с возможными единичными подъемами до уровня 2. При этом сбросные расходы за счет призмы аккумуляции сохраняются между уровнями 2 и 5, т.е. остаются меньше или равными 1% обеспеченности.

Этап II.

На спаде паводка уровень воды в водохранилище поднимают до НПУ с тем, чтобы иметь на зиму полезный объем и максимальный действующий напор на гидроагрегатах, что обеспечивает максимальную выработку электроэнергии именно зимой, когда потребность в электроэнергии особенно высока. Возможно ступенчатое выполнение операций при переходе от этапа I к этапу II и обратно с сохранением в системе зависимости объема призмы аккумуляции от временной (месячной или декадной) обеспеченности расхода притока, позволяющей сохранить ограничение максимальных сбросных расходов в нижний бьеф на уровне 1% обеспеченности.

В случае выполнения указанной последовательности операций по этапам I и II достигается абсолютная безопасность объектов нижнего бьефа при прохождении паводков без ущерба для объектов верхнего бьефа.

Таким образом, технико-экономическое преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом состоит в том, что оно обеспечивает высокую степень безопасности объектов инфраструктуры верхнего и нижнего бьефов при пропуске паводков без дополнительных материальных затрат на наращивание высоты плотины.

Для осуществления заявляемого изобретения могут быть использованы известные технические средства и технологии, что, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано для обеспечения безопасности объектов инфраструктуры верхнего и нижнего бьефов при пропуске паводков. Способ оптимизации режима регулирования уровня воды в водохранилище ГЭС путем уменьшения величины паводковых сбросных расходов осуществляют в два этапа. На первом этапе, перед началом паводка, осуществляют срабатывание водохранилища до уровня 5, обеспечивающего степень аккумуляции расходов притока, позволяющую ограничить сбросные расходы в нижний бьеф величиной расхода обеспеченностью 1%, и поддерживают указанный сработанный уровень 5 водохранилища в течение всего периода паводка. На втором этапе, на спаде паводка, поднимают уровень водохранилища до НПУ (2). Поэтапное выполнение указанной последовательности операций обеспечивает высокую степень безопасности объектов инфраструктуры верхнего и нижнего бьефов при пропуске паводков без дополнительных материальных затрат. 1 ил.

Способ оптимизации режима регулирования уровня воды в водохранилище ГЭС путем уменьшения величины паводковых сбросных расходов, отличающийся тем, что перед началом паводка осуществляют срабатывание водохранилища до уровня, обеспечивающего степень аккумуляции расходов притока, позволяющую ограничить сбросные расходы в нижний бьеф величиной расхода обеспеченностью 1%, поддерживают указанный сработанный уровень водохранилища в течение всего периода паводка, а на спаде паводка поднимают уровень воды в водохранилище до НПУ.