Вопросы многолетнего регулирования водохранилищ верхнего течения бассейна реки Сырдарья

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Технологический университет Таджикистана

Вопросы многолетнего регулирования водохранилищ верхнего течения бассейна реки Сырдарья

С.Т. Наврузов - д-р техн. наук, профессор;

А.С. Мусинов - аспирант

В работе анализируются вопросы управления водохранилищами верхнего течения бассейна р. Сырдарьи. Изучены вопросы согласованного выбора критериев и нахождений компромиссных решений между государствами, участвующими в распределение воды.

The questions of management of upstream reservoirs in the Sirdarya river basins are analyzed. Questions of the coordinated choice of criteria and presence of compromise solutions between the states participating in distribution of water are investigated.

В работе рассматривается упрощенная математическая модель управления водохранилищ верхнего течения бассейна р. Сырдарьи. В последнее время, в бассейне р. Сырдарьи сильно усложнился вопрос использования водных ресурсов между среднеазиатских государств (Кыргызстан, Таджикистан, Узбекистан и Казахстан.). Недееспособность прежней единой распределительной схемы использования водных ресурсов в этом бассейне, вследствие распада СССР и приобретения независимости Центрально-Азиатских государств.

После провозглашения независимости, каждое из государств этого региона стремится к максимальному использованию имеющихся водных ресурсов бассейнов своих рек, исходя из собственных экономических интересов. река водохранилище бассейн сырдарья

В этой ситуации проблема комплексного использования водных ресурсов бассейнов рек Центральной Азии приобретает совершенно новое звучание. Ее решение должно быть основано в первую очередь на учете независимости отдельных государств и уже развивающихся рыночных отношениях между ними.

Вплоть до настоящего времени в заключаемых между государствами Центральной Азии договорах предусматривается, что ирригационный режим для государств Казахстан и Узбекистан обеспечивается Токтогульским водохранилищем.

При этом, с учетом установленного соглашениями между Кыргызстаном, одной стороны, и Казахстаном и Узбекистаном с другой - объем дефицита воды в вегетационный период в объеме 2,0 км покрывают за счет регулирования стока водохранилищами; объем компенсаций в течение последних трех лет (1996-1998 гг.) принимается постоянным, равным 2,2 млрдч в год.

Компенсации Таджикской стороне за регулирование стока по утверждаемым бассейновым водохозяйственным организациям (БВО) режимам предусматриваются в очень ограниченном объеме. Предполагается, что Кайракумское водохранилище осуществляет дела только транзит воды.

Безусловно, такая ситуация не является справедливой. Согласно мировой практике, для наиболее оптимального в нашем случае для каскада из двух водохранилищ компенсирующего регулирования стока, последнее должно начинаться с нижнего по течению водохранилища. Это понятно даже из самых общих соображений. Ведь именно нижнее водохранилище осуществляет попуски воды для всех нижележащих потребителей. Верхнее водохранилище может и должно подключаться только для регулирования стока, в случае если это не удается нижнему водохранилищу в связи с его недостаточным объемом.

В нашем случае за Токтогульским водохранилищем и только за ним должна сохраняться роль водохранилища многолетнего регулирования. Что же касается сезонной составляющей, то оно должно подключаться только как дополнение к Кайраккумскому.

В результате в сегодняшнем виде существующая схема взаимоотношений в водно-энергетической отрасли не удовлетворяет в полной мере ни одну из расположенных в бассейне р. Сырдарьи стран и в тоже время не является оптимальной для всего региона в целом.

Кыргызстан, получая компенсацию за регулирования стока Токтогульским водохранилищем, только в сезонном разрезе не только не заинтересован в осуществлении многолетнего регулирования стока, но зачастую просто вынужден сбрасывать многолетнюю составляющую емкости водохранилища, снижая эффективность использования стока и выработку электроэнергии на ГЭС.

Таджикистан, устанавливая для Кайраккумского водохранилища ирригационный режим, вынужден увеличивать выработку электроэнергии на Кайраккумской ГЭС в летный период. Когда в системе уже имеется ее излишек и осуществляются холостые сбросы воды при недогруженных агрегатах на Нурекской ГЭС, в ущерб зимнему, дефицитному, когда государство покупает электроэнергию в других странах по мировым ценам.

И, наконец, Узбекистан, и Казахстан, хотя и компенсируют Кыргызстану его услуги по регулированию стока, не имеют гарантий водообеспечения в многолетнем периоде, и по-видимому, просто не имеют дополнительных возможностей для их оплаты.

Все это показывает, что существующая сегодня схема использования водно-энергетических ресурсов бассейна р. Сырдарьи не является оптимальной и требует существенной корректировки.

Более того, часто утверждается, что достаточно иметь два последовательных маловодных лет, чтобы Токтогульское водохранилища срабатывало до мертвого объема. Эти и другие утверждения на счет многолетнего составляющего Токтогульского водохранилища, принудило нас рассмотреть чисто гипотетические задачи относительно характера изменения объема воды в Токтогуле, в зависимости от последовательного чередования как многоводных, так и маловодных лет. В связи с этим нами рассмотрена математическая модель управления водохранилища многолетнего регулирования, а именно -Токтогульское водохранилище.

Схема функционирования водохранилищ верхнего течения бассейна р. Сырдарьи и соответствующие «национальные модели» этих водохранилищ при сезонном регулировании стока, подробно рассмотрены нами в работе [1].

Здесь же рассмотрим функционирование водохранилища многолетнего регулирования при различных сценариях водообеспечености лет, последовательно чередующихся друг за другом. Предлагаемые модели примыкают к исследованиям по математической формализации методов построения правил управления водными ресурсами трансграничных рек [2-5].

В качестве критерии оптимизации в модели управления Токтогульского водохранилища рассматривается, с одной стороны, минимизация разности между фактическими и желаемыми попусками в нижний бьеф водохранилища, с другой - максимизация суммарной выработки электроэнергии в течение многолетнего периода. Это один из возможных вариантов работы Токтогульского водохранилища, хотя окончательный выбор критерии оптимизации, несомненно, остается за Кыргызстаном.

Итак, рассмотрим задачу однокритериальной оптимизации, где в качестве целевой функции рассматривается:

минимизация разности между фактическим попуском воды из водохранилища uk(t) и требуемого (желаемого) попуска воды из водохранилища wk(t);

максимизация суммарной выработки электроэнергии в течение многолетнего периода;

а именно:

в ирригационной задаче требуется минимизировать функционал

(1)

где - попуск воды за интервал года ; - требуемый попуск воды из водохранилища за интервал года , предназначенной для удовлетворения потребностей водопотребителей.

В энергетической задаче требуется максимизировать функционал

(2)

где - выработка электроэнергии за интервал года .

При этом заметим, что рассматривается некоторая совокупность из n лет, занумерованных индексом . Каждый год разбит наТ интервалов с текущим индексом .

Динамика изменения объема воды в водохранилище описывается следующими балансовыми соотношениями:

(3)

(4)

(5)

, (6)

где -наполнение водохранилища к концу интервал года; -приток воды за интервал года ;- испарение из водохранилища за интервал года ;-попуск воды за интервал года; -уровень мертвого объема; -нормальный подпорный уровень; - производительность (КПД) гидроэлектростанции;

Н- напор ГЭС - монотонно возрастает по и монотонно убывает по .

Для упрощения модели, нами рассмотрен случай когда, требуемый (желаемый) попуск воды из водохранилища, не зависит от года и : то есть в рамках модели (1, 3…6), рассматривается также ограничение типа равенства

. (7)

Таким образом, с математической точки зрения, задача заключается в минимизации целевой функции (1) при ограничениях (3)…(7) и максимизации целевой функции (2) при ограничениях (3)…(7). Для численного решения этих оптимизационных задач ((1,3…7) и (2,3…7)) нами использована общая алгебраическая система моделирования (GAMS), специально разработанная для решения линейных, нелинейных и смешанных интегральных задач математического программирования.

Численные эксперименты проводились для многолетнего гидрологического ряда приторности к Токтогульскому водохранилищу (n=10 лет). В качестве среднемноголетней приторности к Токтогульскому водохранилищу была принята величина 11263 млн м3. При этом рассматривался один из допустимых гипотетических сценариев чередования маловодных и многоводных лет, то есть пусть сначала наступит пять маловодных, а затем пять многоводных лет.

Анализ и обработка полученных результатов модели свидетельствуют о том, что Токтогульское водохранилище при многолетнем регулировании ведет себя стабильно, и оно полностью опорожняется лишь при гипотетическом варианте и то на последнем (десятом) маловодном годе. Между тем ясно, что наступление такого сценария очень маловероятно.

Библиографический список

Наврузов С.Т. Расчет правил управления каскадом водохранилищ ирригационно-энергетического назначения. - М.:ВЦ АН СССР, 1986. 20с.

Наврузов С.Т., Чабан А.Н. Построение и оценка диспетчерских правил управления каскадом водохранилищ ирригационно-энергетического назначения. //Водные ресурсы,АН СССР, 1988. №1. С.129-139.

Наврузов С.Т. Об управлении каскадом водохранилищ многоцелевого назначения. //Доклады АН Республики Таджикистан.2007. Т. 50. №9, 10. С. 733-739.

Наврузов С.Т. Имитационные модели управления водохранилищами в бассейне трансграничных рек. /Сборник научных трудов ИЭТ. - Душанбе, 2008.Вып 10. Ч. I. С. 135-145.

Наврузов С.Т., Мухсинов А.С. Моделирование теоретико-игровых задач управления водными ресурсами трансграничных рек. /Материалы IV Международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки и образования». - Душанбе. 2010. С. 55-58.

Размещено на Allbest.ru