Математическое моделирование прохождения паводка на реконструируемом гидроузле

Беларусь имеет сравнительно небольшое количество крупных гидроузлов из-за равнинного рельефа и умеренного климата. Все они построены в последнее десятилетие и удовлетворяют требованиям нормативных документов. Также на территории страны располагаются более 140 гидроузлов, относящихся к 4-му классу надежности. Необходимо отметить, что эксплуатация водохозяйственных сооружений играет важную роль в регулировании стока рек, обеспечении водоснабжения, ирригации, судоходства и защите от паводков. В работе рассмотрены подходы к математическому моделированию процессов прохождения паводков через реконструируемые гидроузлы. Основное внимание уделено разработке и применению комплексных моделей, позволяющих прогнозировать изменение уровней воды, нагрузок на сооружения и возможных аварийных ситуаций. Разработанная методика основана на совместном решении уравнений баланса воды и гидродинамических уравнений (Сен-Венана) для описания движения потока в водохранилище и нижнем бьефе. Для учета особенностей реконструируемого гидроузла применяются уточненные расчеты пропускной способности водосбросов, влияние изменения профиля сооружений. Предлагается алгоритм, включающий: оценку исходных гидрологических данных и сценариев паводка; расчет динамики наполнения водохранилища; моделирование взаимодействия потоков с элементами гидроузла. Проведенные расчеты позволяют определить критические уровни воды, оптимальные режимы управления затворами и оценить риски перелива или разрушения сооружений. Полученные результаты могут быть использованы при разработке проектов реконструкции, в оперативном управлении гидротехническими сооружениями и для подготовки планов мероприятий по предотвращению чрезвычайных ситуаций. На основании методики, разработанной автором, рассмотрен пример прогнозного расчета уровней в русловом водохранилище ГЭС «Яново» и определены параметры потока в нижнем бьефе с определением границ затопления.

1. Малик, Л. К. Факторы риска повреждения гидротехнических сооружений. Проблемы безопасности / Л. К. Малик. Минск: Наука, 2005. 354 с.

2. Обеспечение безопасности и надежности низконапорных гидротехнических сооружений / В. Н. Щедрин, Ю. М. Косиченко, Д. В. Бакланова [и др.]. Новочеркасск: РосНИИПМ, 2016. 283 с.

3. Говорушко, С. М. Влияние природных процессов на гидротехнические сооружения (сообщение 2) / С. М. Говорушко // Астраханский вестник экологического образования. 2019. № 2 (50). С. 75–87.

4. Калинин, М. Ю. Водохранилища Беларуси: справ. / М. Ю. Калинин, В. Н. Счисленок, П. П. Рутковский [и др.]. Минск: Полиграфкомбинат, 2005. 183 с.

5. Совершенствование управления каскадом волжских водохранилищ на основе гидродинамических моделей и ГИС-технологий / А. О. Щербаков, А. А. Талызов, И. С. Румянцев [и др.] // Мелиорация и водное хозяйство. 2002. № 2. С. 8–12.

6. Беднарук, С. Е. О планировании мероприятий по снижению риска ущербов от наводнений / С. Е. Беднарук // Безопасность энергетических сооружений: сб. М., 2003. Вып. 11. С. 407–414.

7. Беднарук, С. Е. Опыт управления Волжско-Камским каскадом водохранилищ с использованием имитационных математических моделей в период весеннего половодья / С. Е. Беднарук, С. Ю. Мотовилов // Управление водно-ресурсными системами в экстремальных условиях: сб. ст. Междунар. конф., М., 2008.

8. Гидрология и гидротехнические сооружения / Г. Н. Смирнов, Е. В. Курлович, И. А. Витрешко, И. А. Мальгина. М.: Высш. шк., 1988. 472 с.

9. Справочник по гидравлическим расчетам / П. Г. Киселев, А. Д. Альтшуль, Н. В. Данильченко [и др.]; под ред. П. Г. Киселева. М.: Энергия, 1972. 312 с.

10. Расчетные гидрологические характеристики. Порядок расчета: ТКП 45-3.04-168–2010 (02250). Введ. 30.12.2009. Минск: Минстройархитектуры, 2010. 55 с.

11. Ресурсы поверхностных вод СССР: в 20 т. / под ред. В. В. Куприянова. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. Т. 5: Белоруссия и Верхнее Поднепровье. Ч. 1, 2: Основные гидрологические характеристики. 720 с.

12. Прогноз уровней в Вилейском водохранилище при пропуске расходов половодья / В. В. Ивашечкин, В. В. Веременюк, Г. Г. Круглов [и др.] // Вестник БрГТУ. Сер. Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика и геоэкология. 2017. № 2. С. 57–61.

13. Грушевский, М. С. Волны попусков и паводков в реках / М. С. Грушевский. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 336 с.

14. Альтшуль, А. Д. Гидравлические сопротивления / А. Д. Альтшуль. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1982. 224 с

15. Приближенная методика расчета затопления поймы реки при экстремальных попусках из водохранилища в период половодья / В. В. Веременюк, В. В. Ивашечкин, Я. А. Семенова, О. В. Немеровец // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2018. Т. 2, № 1. С. 67–74.

16. Веременюк, В. В. Моделирование неустановившегося движения в нижнем бьефе гидроузла при разрушении грунтовой плотины / В. В. Веременюк, В. В. Ивашечкин, О. В. Немеровец // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 6. С. 554–567. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-6-554-567.