Панасенко, А. В. та Panasenko, A.V. (2021) УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ ПРОПУСКУ ПАВОДКОВИХ ВОД ЧЕРЕЗ СЕРЕДНЬОНАПІРНІ ГІДРОВУЗЛИ З УРАХУВАННЯМ ХАРАКТЕРИСТИК ПАВОДКОВОЇ ХВИЛІ. [Автореферати, дисертації]

Text Дисертація_Панасенко А.В._30.05.zax.pdf Download(9MB)

Анотація

Економічні збитки від повеней та паводків набули катастрофічних значень через зростання кількості та масштабів їх розповсюдження. Існуючі методики пропуску паводків та завчасної підготовки водосховищ до прийняття паводкових вод є неефективними та потребують удосконалення. Тому актуальною була задача розробки методики, яка б усунула зазначені недоліки. У дисертаційній роботі автором запропоновано методику розрахунків пропуску паводкових вод через середньонапірні гідровузли на основі прогнозів приточності води з урахуванням характеристик паводкової хвилі та режиму наповнення водосховища, яка дає можливість зрізання максимальних витрат через гідровузол шляхом акумулювання паводкових вод у водосховищі. У програмному комплексі MIKE 11 (Датський інститут, Данія) створено гідродинамічну модель руху паводкових вод на досліджуваній ділянці річки від гідрологічного поста до гідровузла, яка дає змогу визначити рівні води та витрат, що надходять в водосховище у будь-який момент часу у вигляді кривих вільної поверхні при пропуску паводків різної забезпеченості. Методика розроблена з метою ефективного пропуску паводкових вод та зрізання максимальних витрат у нижній б’єф гідровузла. Методами і проблемою розрахунків неусталеного руху води у відкритих руслах, займалися Барре де Сен-Венан, Ж.В. Буссінеск, Е.М. Прейссман, О.Ф. Васільєв, Д.Ж. Гунаратман, Ф.Е. Перкінс, Р.Ю. Шеннон, М.С. Грушевський, Г. В. Железняков, В. П. Рогунович, Ж.А. Кюнж, Ф.М. Холлі, А. Вервет, Д.В. Штеренлихт, В.А. Прокоф’єв, В.В. Бєліков, А.Н. Мілітєв, А.М. Прудовський, В.Б. Радіонов, О.А. Рябенко, М.М. Хлапук, О.І. Клапоущак, Л.М. Заміховський, P. Хоса, Р. Холдар та багато інших, як вітчизняних і закордонних вчених, які працювали над створенням та удосконаленням методів та методик розрахунків, використовуючи результати модельних досліджень намагаючись з певним наближенням числено розв’язати рівняння Сен-Венана. В дисертаційній роботі проведено детальний аналіз існуючих методик прогнозування паводків. Методики прогнозування паводків на основі гідрологічних моделей різної складності мають як сильні сторони, так і обмеження, які не дають можливість отримати достовірні результати. Як свідчать результати досліджень [1, 2], є тенденція розгляду питань, присвячених удосконаленню існуючих методик прогнозування паводків, на основі гідрологічних моделей з використанням змінних і постійних вихідних даних. Розглядаючи потенціал процесу удосконалення існуючих методик прогнозування паводків на основі гідрологічних моделей, важливо відзначити, що обговорення зазвичай досягають кульмінації з концепцією невизначеностей. Більшість досліджень, що відносяться до моделювання паводків, повідомляє про наявність невизначеностей в існуючих моделях паводків [3]. Аналіз невизначеності включає оцінку повноти вихідних даних моделі і їх вплив на результати розрахунку [4]. Аналіз чутливості допомагає зрозуміти характеристики моделі паводків за різними параметрами, наприклад топографії та коефіцієнту тертя Меннінга [5]. За останнє десятиліття спроби удосконалення існуючих методик прогнозування паводків на основі гідрологічних моделей широко обговорювалися в літературі з моделювання паводків [6], але все ще стверджується, що існуючі моделі паводків не досягли прийнятної межі калібрування [7]. Це пов'язано з обмеженою доступністю відповідних вихідних даних, які мають вирішальне значення при моделюванні паводків. Для моделювання паводкових вод у світі існує багато програмних комплексів, одним з яких є MIKE 11 [8]. Зазначений програмний комплекс дозволяє моделювати паводки та повені, розробляти шляхи евакуації, здійснювати розрахунки прориву гребель. Існує велика кількість методик численого вирішення рівняння нерозривності потоку в розгалужених руслах, деякі з яких описані [9]. Але необхідно враховувати той факт, що кожна річка має свої гідрологічні характеристики і особливості, тому існуючі методики потребують пристосування до відповідних умов або застосування досліджень на річках-аналогах з подібною гідрологічною ситуацією [10]. Також важливим фактором є зміна клімату, і це необхідно також враховувати у розрахунках [11]. Отже, з огляду на гостру необхідність удосконалення існуючих методик прогнозування паводків на основі гідрологічних моделей, логічною альтернативою є розробка спеціальної моделі з неусталеним рухом паводкової хвилі по водосховищу за допомогою програми MIKE 11. В основі методики є неявно краєво-різницева схема потоку, що базується на двовимірному рівнянні Сен-Венана. У розрахунковій схемі використовуються прогнози приточності води у водосховищі на підставі фактичних даних гідрологічних постів, які розташовані вище водосховища. Такий підхід дозволить звести до мінімуму кількість невизначених вихідних даних і зрозуміти чутливість моделі до різних характеристик для адаптації моделі до конкретних гідрологічних особливостей річки. Необхідно зробити акцент на те, що сьогодні контроль за рівнем паводкових вод та удосконалення методик прогнозування не можливий без застосування математичного моделювання. Наукову новизну дисертації визначають положення, отримані як результат власних досліджень Панасенко А.В.: - вперше враховано вплив характеристик паводкової хвилі на розрахункове значення максимальних скидних витрат, завдяки чому зменшено обсяги максимальних скидних витрат через середньонапірний гідровузол (на прикладі Дністровського гідровузла), а також визначено час добігання паводкової хвилі до створу ГЕС; – удосконалено «Методику розрахунку пропуску паводків через середньонапірні гідровузли (на прикладі Дністровського гідровузла) на основі прогнозів приточності води з урахуванням характеристик паводкової хвилі та режиму наповнення водосховища»; – набуло подальшого розвитку застосування програмного комплексу MIKE 11 для створення математичної моделі руху паводкових вод на досліджуваній ділянці річки Дністер, що базується на рішенні повних нелінійних рівнянь СенВенана для потоків у відкритих розгалужених руслах для визначення руху паводкової хвилі по Дністровському водосховищу; – здійснено верифікацію створеної математичної моделі з використанням даних реального паводку, який відбувся у липні 2008 року. Створена гідродинамічна модель в подальшому слугуватиме інструментом для здійснення відповідних розрахунків та пропуску паводків через Дністровський гідровузол різної забезпеченості за рахунок зменшення максимальних витрат через Дністровський гідровузол. Основні положення використаних теоретичних та практичних досліджень пройшли належну апробацію та доповідались на таких конференціях: Міжнародна науково-технічна конференція “ПАТ Укргідропроект”, м. Харків, 2013 р., Конкурс молодих спеціалістів в ЗАП “Сибірський енергетичний науково-технічний центр”, РФ, м. Новосибірськ, 2013 р., Студентська науковотехнічна конференція секції “Гідроенергетики та гідравлічних машин НУВГП”, 2014 р., 14-та Міжнародна науково-технічна конференція «Ресурси природних вод Карпатського регіону», м. Львів, 2015 р., VII Міжнародна науково-технічна конференція гідроенергетиків «Стійкий розвиток гідроенергетики, як основа мобільності і маневреності ОЄС України», Київ, 2015 р., Водний форум. «Актуальні проблеми використання та охорони водних ресурсів і перспективи розвитку водного господарства», НУВГП, Рівне – 2015 р., Научно-техническая конференция «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии» ВНИИГ, г. Санкт-Петербург – 2015 г., Науково-технічна конференція на кафедрі ГЕ, ТЕ та ГМ, Рівне – 2016 р., 15-та Міжнародна науково-технічна конференція «Ресурси природних вод Карпатського регіону», м. Львів, 2016 р., Х-та Міжнародна науково-практична конференція «Нетрадиційні поновлювальні джерела енергії як альтернатива первинним джерелам енергії в регіоні», м. Львів, 2019 р., VII науково-практична конференція «Сучасний стан та перспективи розвитку, аналіз і керування електроенергетичними системами. Новітні досягнення у проведенні тренажерної підготовки оперативно-диспетчерського персоналу», с.м.т. Славсько Львівської області, 2020 р., Позачергове засідання науково-технічної ради (НТР) ПрАТ «Укргідропроект» від 24 лютого 2021 р., м. Харків.

Title in English

Improvement of methods for calculating the flow of flood waters through medium-pressure hydraulic units, taking into account the characteristics of the flood wave

English abstract

Economic losses from floods and floods have become catastrophic due to the growing number and scale of their spread. Existing methods of flood prevention and early preparation of reservoirs for flood acceptance are inefficient and need to be improved. Therefore, the task of developing a methodology that would eliminate these shortcomings was urgent. In the dissertation the author proposes a method of calculating the flow of flood water through medium pressure hydropower plants based on water inflow forecasts taking into account the characteristics of the flood wave and the reservoir filling regime, which allows cutting the maximum flow through the reservoir by accumulating flood water in the reservoir. The software complex MIKE 11 (Danish Institute, Denmark) created a hydrodynamic model of flood water movement in the studied section of the river from the hydrological station to the hydroelectric power station, which allows to determine water levels and costs entering the reservoir at any time in the form of free curves. surfaces when passing floods of different security. The technique is designed to effectively pass flood waters and cut the maximum costs in the lower reaches of the hydro. Methods and the problem of calculations of unsteady movement of water in open channels, were engaged: Barre de Saint-Venant, J.W. Bussinesk, E.M. Preissman, O.F. Vasiliev, D.Zh. Gunaratman, F.E. Perkins, R.Yu. Shannon, M.S. Hrushevsky, G.V.Zheleznyakov, V.P. Rogunovich, D.V. Sternlicht, W.A. Prokofiev, V.V. Belikov, A.N. Militev, A.M. Prudovsky, V.B. Radionov, О.А. Ryabenko, М.М. Khlapuk, О.І. Klapoushchak, L.M. Zamikhovsky, P. Khosa, R. Kholdar and many others, both domestic and foreign scientists who worked on the creation and improvement of methods and calculation methods, using the results of model studies trying to numerically solve the equation of Saint-Venant. In the dissertation work the detailed analysis of existing methods of flood forecasting is carried out. Flood forecasting techniques based on hydrological models of varying complexity have both strengths and limitations that do not allow to obtain reliable results. According to the results of research [1, 2], there is a tendency to consider issues related to the improvement of existing methods of flood forecasting, based on hydrological models using variable and constant initial data. Considering the potential of the process of improving existing flood forecasting techniques based on hydrological models, it is important to note that discussions usually culminate with the concept of uncertainties. Most studies related to flood modeling report uncertainties in existing flood models [3]. Uncertainty analysis includes an assessment of the completeness of the initial model data and their impact on the calculation results [4]. Sensitivity analysis helps to und rstand the characteristics of the flood model by various parameters, such as topography and Manning's coefficient of friction [5]. Over the last decade, attempts to improve existing flood forecasting techniques based on hydrological models have been widely discussed in the flood modeling literature [6], but it is still argued that existing flood models have not reached an acceptable calibration limit [7]. This is due to the limited availability of relevant source data, which are crucial in modeling floods. There are many software packages in the world for modeling flood waters, one of which is MIKE 11 [8]. The specified software complex allows to model floods and floods, to develop ways of evacuation, to carry out calculations of break of dams. There are a large number of methods for numerically solving the equation of flow continuity in branched channels, some of which are described [9]. But it is necessary to take into account the fact that each river has its own hydrological characteristics and features, so the existing methods require adaptation to appropriate conditions or the use of research on similar rivers with a similar hydrological situation [10]. Climate change is also an important factor, and this should also be taken into account in the calculations [11]. Therefore, given the urgent need to improve existing methods of flood forecasting based on hydrological models, a logical alternative is to develop a special model with unsteady movement of the flood wave through the reservoir using the programMIKE 11. The method is based on implicit marginal flow pattern based on twodimensional equation of Saint-Venant. The alculation scheme uses forecasts of water inflow in the reservoir on the basis of actual data of hydrological posts located above the reservoir. This approach will minimize the amount of uncertain source data and understand the sensitivity of the model to different characteristics to adapt the model to specific hydrological features of the river. It is necessary to emphasize that today control over the level of flood waters and improvement of forecasting methods is not possible without the use of mathematical modeling. The scientific novelty of the dissertation is determined by the provisions obtained as a result of own research Panasenko A.V.: – for the first time the influence of flood wave characteristics on the calculated value of maximum discharge costs was taken into account, due to which the volumes of maximum discharge costs through the medium pressure hydro unit were reduced (on the example of the Dniester hydro unit); – improved "Methodology for calculating the flow of floods through mediumpressure hydro units (on the example of the Dniester hydro unit) on the basis of water inflow forecasts taking into account the characteristics of the flood wave and the reservoir filling regime"; – further application of the MIKE 11 software package to create a mathematical model of flood water movement on the studied section of the Dniester River, based on solving complete nonlinear Saint-Venan equations for flows in open branched channels to determine the flow of flood waves on the Dniester reservoir; – the created mathematical model was verified using the data of the real flood, which took place in July 2008. The created hydrodynamic model will further serve as a tool for the implementation of appropriate calculations and the passage of floods through the Dniester hydroelectric power station of different security by reducing the maximum costs through the Dniester hydroelectric power plant. The main provisions of the used theoretical and practical research were properly tested and reported at the following conferences: International Scientific and Technical Conference "PJSC Ukrhydroproject", Kharkiv, 2013, Competition of young professionals in CJSC "Siberian Energy Scientific and Technical Center", Novosibirsk, 2013, Student Scientific and Technical Conference of the Section "Hydropower and Hydraulic Machines NUWEE", 2014, 14th International Scientific and Technical Conference "Natural Water Resources of the Carpathian Region", Lviv, 2015, VII International Scientific and Technical Conference of Hydropower "Sustainable Development of Hydropower as a Basis for Mobility and Maneuverability of the ECO of Ukraine", Kyiv, 2015, Water Forum. "Actual problems of use and protection of water resources and prospects for the development of water management", NUWEE, Rivne – 2015, Scientific and Technical Conference "Hydropower. New developments and technologies "VNIIG, St. Petersburg – 2015, Scientific and Technical Conference at the Department of GE, TE and GM, Rivne – 2016, 15th International Scientific and Technical Conference" Natural Water Resources of the Carpathian Region " , Lviv, 2016, X-th International Scientific and Practical Conference "Unconventional Renewable Energy Sources as an Alternative to Primary Energy Sources in the Region", Lviv, 2019, VII Scientific and Practical Conference "Current State and Prospects for Development , analysis and control of power systems. The latest achievements in the training of operational and dispatching staff ", s.m.t. Slavsko, Lviv region, 2020, Extraordinary meeting of the Scientific and Technical Council (SCC) of PJSC "Ukrhydroproekt" dated February 24, 2021, Kharkiv.

Перегляд елементу

Завантажень