Водное хозяйство

Водное хозяйство - это совокупность отраслей науки и техники, ориентированная на рациональное использование природных водных ресурсов. Главная задача водного хозяйства - трансформировать естественный гидрограф реки - преобразовать неравномерный речной сток и приспособить его к графикам потребностей водопотребителей и водопользователей - зарегулировать сток.

Основной регулятор стока - это водохранилище, искусственный водоем, образующийся перед плотиной. Основным и обязательным признаком водохранилища, отличающим его от озера (пруда), является возможность регулирования (перераспределения) речного стока и его уровневого режима во времени в соответствии с требованиями заинтересованных отраслей хозяйства.

Верхний предел уровня воды, при котором ГЭС и сооружения гидроузла работают длительное время с соблюдением нормальных запасов надёжности, предусматриваемых техническими условиями, называется нормальным подпорным уровнем (НПУ). Объём водохранилища при этом уровне называется полным объёмом и обозначается Vnom. Нижний предел или уровень мертвого объёма (УМО) определяется условиями получения на ГЭС расчётных параметров.

При пропуске катастрофических половодий и паводков (очень редкой повторяемости, которые могут привести даже к повреждениям сооружений, не угрожающим прорыву напорного фронта) техническими условиями разрешается кратковременно повышать уровень, превышающий НПУ. Уровень, до которого разрешается такой подъём, называется форсированным подпорным уровнем (ФПУ).

Водохранилище создается плотиной - основным гидротехническим сооружением общего назначения. Выбор оптимального размера водохранилища (высоты плотины) представляет собой сложную комплексную задачу. С одной стороны, водохранилище должно иметь вместимость (объем), достаточный для того, чтобы запасти в нем возможно большую часть стока половодья и паводков, и расходовать этот запас в межень, когда естественные расходы малы и воды не хватает для нужд потребителей. В большинстве случаев водохранилище имеет многоцелевой характер (комплексное назначение). При его создании необходимо учитывать интересы всех отраслей водопользователей и водопотребителей (энергетики, водного транспорта, водоснабжения, ирригации и т.д.). С другой стороны, зеркало (водная поверхность) водохранилища должно быть по возможности минимальным, чтобы избежать больших затоплений и уменьшить негативное влияние водохранилища на окружающую среду.

Период аккумуляции (накопления) воды в водохранилище сопровождается ростом уровня верхнего бьефа (УВБ) и называется наполнением водохранилища, период отдачи накопленной воды - сработкой водохранилища.

Существует несколько видов регулирования стока:
- годичное (сезонное) регулирование стока, преобразует сток в течение одного года; этот вид регулирования наиболее распространенный;
- многолетнее регулирование, когда в водохранилище хранится (аккумулируется) избыток стока многоводных лет, чтобы использовать этот избыток в маловодные годы; такой способ регулирования требует водохранилищ очень большого объема; пример такого водохранилища - Братское, самое большое водохранилище страны (объем 169 км3);
- суточное и недельное регулирование - преобразует сток на относительно короткие промежутки времени, необходимые для покрытия неравномерности потребности в воде в будние и выходные дни, а также в периоды суточных утренних и вечерних максимумов нагрузки - потребления электроэнергии и мощности.

В большинстве случаев водохранилища совмещают в себе функции суточного и сезонного регулирования.

Различают регулирование водноэнергетическое и водохозяйственное. При водноэнергетическом регулировании выполняется перераспределение стока для энергетических целей.
При комплексном использовании реки, когда водоток предназначен для удовлетворения как энергетических, так и не энергетических целей, осуществляется комплексное регулирование, т.е. регулирование напора и расхода как для ГЭС, так и расхода для других водопользователей и водопотребителей - водохозяйственное регулирование.

При энергетическом освоении какого-либо водотока стремятся к каскадному использованию его водных ресурсов. В этом случае на реке возводится последовательно несколько гидроузлов, решающих общую задачу рационального регулирования стока реки. Это повышает степень зарегулированности стока, а, следовательно, позволяет увеличить мощность и выработку энергии ГЭС каскада.

Следует обратить внимание на Саяно-Шушенское водохранилище, при существенной ёмкости которого его зеркало значительно меньше, чем у других. Это важнейший фактор при оценке экономической эффективности ГЭС.

Водохозяйственные расчеты, связанные с регулированием стока, будут рассмотрены в курсе использования водной энергии. Гидротехнические сооружения, необходимые для создания водохранилища (в первую очередь плотины), изучаются в курсе гидротехнических сооружений.

В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон, "Гидроэлектростанции", Красноярск, 2002г.