WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

На правах рукописи

ЯССЕР Махемоуд Раафат Ел Саиед Ахмед Али

Моделирование режимов попусков из Ассуанского водохранилища с учетом требований природно-хозяйственного комплекса нижнего течения р. Нил

Специальность 05.23.16 – Гидравлика и инженерная гидрология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Московском государственном университете природообустройства на кафедре «Гидрология, метеорология и регулирование стока»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ

Исмайылов Габил Худушевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Хранович Иосиф Лазаревич

кандидат технических наук, доцент

Раткович Лев Даниилович

Ведущая организация: ЗАО ПО «СОВИНТЕРВОД»

Защита состоится 08 Октября 2007 г. в 1500 ч. на заседании диссертационного совета

Д 220.045.02 в Московском государственном университете природообустройства по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д. 19, аудитория 201/1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского государственного университета природообустройства.

Автореферат разослан «….» ……………. 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, доцент,

кандидат технических наук И.М. Евдокимова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. При использовании водных ресурсов характерным является столкновение интересов общества и окружающей природной среды. Интересы общества выражаются в виде требований, предъявляемых к источникам природных вод, с целью удовлетворения потребностей в свежей воде. На этом фоне интересы окружающей природной среды проявляются в виде сохранения объема, режима и естественного состава природных вод близкими к естественным условиям.

Наиболее реально столкновение интересов общества и природы проявляется при создании и функционировании водохранилищ комплексного назначения, осуществляющих коренное преобразование водных ресурсов во времени и пространстве.

К числу таких водохранилищ относится и водохранилище Асуанского гидроузла на р. Нил – одно из крупнейших водохранилищ мира. С созданием этого водохранилища резко изменился водный режим и сток наносов в нижнем течении и дельте р. Нил. До сооружения высотной Асуанской плотины на участке Асуан – вершина дельты безвозвратные потери стока составляли 10-20 куб. км/год и в дельту поступало 60-70 куб. км/год и до 60 млн. куб. м. наносов. В настоящее время в силу интенсивного использования водных ресурсов не только в низовьях р. Нил, но и в ее верхнем и среднем течении, приток в дельту и сток в Средиземное море резко сократился (до 3-5 куб. км в год в маловодные годы). Это способствовало интрузии морских вод в водотоки дельты, увеличивая минерализацию воды в них до 1 г/л. Все это существенно ухудшило экологическую ситуацию в нижнем течении и дельте р. Нил. Кроме того, ликвидация затопления пойменных земель лишила их естественного источника удобрений в виде отложений плодородного ила, что потребовало дополнительных затрат для повышения плодородия возделываемых земель.

Одновременно создание столь значительного водохранилища (полный объем 168 куб. км, а площадь водного зеркала около 6500 кв. км.) в условиях аридной зоны сопряжено со значительными потерями воды на испарении с его водной поверхности, достигающими 20 куб. км в год. Немаловажное значение приобретают в этих условиях и вопросы заиления чаши водохранилища за период его эксплуатации. Следует отметить, что опыт эксплуатации водохранилищ Центральной Азии показывает, что наряду с гидрометеорологическими условиями на величину потерь на испарение и динамику заиления оказывает режим работы водохранилища.

В связи с этим исследование режимов функционирования водохранилища Асуанского гидроузла и на этой основе создание комплексной методики определения рационального попускового режима для удовлетворения требований населения и хозяйства Египта с учетом улучшения экологической обстановки в нижнем течении и дельте р. Нил является весьма своевременным и актуальным.

Цель и задачи исследований. Основная цель диссертационной работы заключается, во-первых, в исследовании закономерностей функционирования водохозяйственного комплекса водохранилища Асуанского гидроузла и, во-вторых, в совершенствовании методики выбора рационального режима попуска из водохранилища, обеспечивающего устойчивое функционирование природно-хозяйственного комплекса нижнего течения и дельты р. Нил. Для реализации поставленных целей потребовалось решение комплекса взаимосвязанных задач:

  • анализ современных методов управления водными ресурсами водохранилищ многоцелевого назначения;
  • анализ и оценка межгодовой изменчивости стока р. Нил с целью обоснования расчетного притока воды в водохранилище;
  • анализ и оценка потерь воды на испарение с водной поверхности и разработка методики его определения для условий водохранилища Асуанского гидроузла;
  • оценка стока наносов и растворенных веществ в нижнем течении и дельте р. Нил;
  • разработка имитационной модели функционирования Асуанского водохозяйственного комплекса;
  • моделирование попускового режима водохранилища Асуанского гидроузла в изменяющихся природно-хозяйственных условиях.

Методика и объект исследования. Общим методическим положением является теория системного анализа и современные подходы к моделированию режимов функционирования сложных водохозяйственных систем речных бассейнов аридной зоны. Задача моделирования попускового режима водохранилища Асуанского гидроузла формулируется как задача управления большими системами с учетом всех внешних и внутренних связей. В качестве математического аппарата используется принцип имитационного моделирования, реализующий алгоритм максимального потока в сетях. В качестве критерия при этом используется так называемый критерий справедливых уступок.

Объектом исследований является водохозяйственный комплекс (ВХК) водохранилища Асуанского гидроузла на р. Нил.

Научная новизна. В методической части работы исследованы особенности ВХК речного бассейна аридной зоны с позиции системного подхода. Выявлены особенности условий функционирования сложных водохозяйственных систем (ВХС) и установлены существующие взаимосвязи между ВХС и обществом, с одной стороны, и с природной средой, с другой.

Конкретно научная новизна работы заключается в следующем:

  • установлены отличительные черты современного подхода к задачам определения рациональных режимов работы водохранилищ многоцелевого назначения;
  • выявлены социально-экономические и эколого-водохозяйственные функции, обеспечивающие устойчивое функционирование ВХС речного бассейна;
  • разработана методика оценки приточности речных вод в водохранилище, учета потерь воды на испарение и динамики заиления;
  • впервые для ВХК водохранилища Асуанского гидроузла разработана имитационная модель его функционирования для обоснования принятия решений по назначению комплексного попуска в его нижний бьеф, учитывающего интересы общества и природы;
  • проанализирована и дана оценка эффективности комплексного попуска в условиях различной водности при разных начальных наполнениях водохранилища и уровнях развития водопотребления.

Практическая ценность работы. На основе полученных результатов разработана методика расчета режимных параметров, включая режим попусков, ВХК водохранилища Асуанского гидроузла. Данная методика представляет собой инструмент для моделирования режимов функционирования в изменяющихся природно-хозяйственных условиях. Предложенная методика может быть использована для построения диспетчерских правил управления водными ресурсами водохранилища Асуанского гидроузла.

Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением данных моделирования и материалов наблюдений, а также использованием современных подходов имитационного моделирования.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 печатных работы, одна из которых опубликована в журнале «Мелиорация и водное хозяйство», входящим в список ВАК.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях:

"1st International conference of civil engineering science" 7-8 October, Assiut - Egypt 2003; "Second international conference on great rivers attractors for local civilization " 12-14 October, Assiut - Egypt 2003; "Природообустройство и рациональное природопользование - необходимые условия социально-экономического развития России" 21-23 Апреля, Москва 2005 г.; "Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем" 17-20 Апреля, Москва 2006 г.; "Роль обустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК" 23-25 апреля, Москва 2007 г. и научных семинарах кафедры гидрологии, метеорологии и регулирования стока МГУП.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложения. Работа изложена на 264 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунок, 18 таблицу и список литературы из 139 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая ценность, достоверность полученных результатов и структура работы.

Первая глава посвящена анализу существующих, и используемых в настоящее время, методов моделирования сложных водохозяйственных комплексов (ВХК). Изложено современное состояние вопроса определения основных параметров функционирования водохранилищ в изменяющихся природно-хозяйственных условиях.

Установлено, что функции, которые выполняет ВХК, сложны и разнообразны: распределение водных ресурсов между участниками комплекса, обеспечение санитарных, рыбохозяйственных, транспортных и других попусков воды из водохранилищ, управление работой водопропускных и водозаборных сооружений, контроль качества воды. В последние годы на первый план выдвигаются еще и такие функции, как охрана окружающей среды, предотвращение загрязнения и нарушения экологического равновесия, рекреация.

В сложных условиях взаимодействия природы и общества при создании ВХК и переходе к интенсивному комплексному использованию водных ресурсов нельзя рассматривать управление водохранилищем только как управление изолированным гидротехническим сооружением, необходимо рассмотрение и анализ функционирования ВХК как системы, отражающей сложные взаимосвязи хозяйственной деятельности, использования для этого водных ресурсов и последствия этой деятельности (включая и строительство водохранилищ) на окружающую природную среду. Но все же главной задачей управления ВХК является построение правил управления водохранилищем, как наиболее сложным объектом системы.

В связи с развитием орошения и зарегулированием стока рек аридной зоны (Нил, Тигр, Евфрат, Сырдарья, Амударья и др.) резко уменьшаются паводковые разливы, особенно на их нижних участках. Этот процесс, с одной стороны, способствует уменьшению непроизводительных затрат речного стока, а с другой — приводит к повышению аридности климата низовьев, усилению иссушения, исчезновению озер, опустыниванию почв и потере их продуктивности. С уменьшением поступления речных вод, в низовьях твердый сток уменьшился, соответственно снизилось и поступление питательных веществ (фосфора, азота и гумуса). За счет повышения минерализации речной воды низовья рек перестают быть областью аккумуляции твердого и биогенного стока и превращаются в приемник солей, выносимых из верхней и средней частей бассейнов. В связи с изменением гидрологических и гидрогеологических условий в низовьях рек качественно трансформируется и эволюционирует почвенный покров.

В решении вопроса об управлении ВХК достигнуты значительные успехи, это, прежде всего исследования по теории регулирования речного стока, исследования физико-географических аспектов комплексного использования водных ресурсов, различные аспекты применения математических методов для решения задач рационального использования водных ресурсов. Однако реальный процесс управления водными ресурсами характеризуется следующими недостатками: недостаточная системность подхода к управлению и недостаточное исследование ресурсов как элемента окружающей среды; неполный учет стохастичности гидрометеоусловий при выборе эффективного управления; отсутствие критерия, позволяющего сравнивать различные режимы эксплуатации; отсутствие объективных (экономических) критериев для рационального вододеления в период дефицита водных ресурсов; отсутствие единого методического подхода, свободного от отраслевых интересов к оценке ущербов от дефицита воды; трудность формализации ВХК из-за различного состава потребителей, особенностей их территориального расположения, сложности их взаимодействия, взаимодействия самого ВХК с территориально-производственным комплексом рассматриваемого региона; недостаточная оценка влияния водохозяйственных мероприятий на водные и наземные экосистемы; и, недостаточное научное обоснование управления водными ресурсами, которое способствовало бы решению общих задач природопользования в целом.

Анализируя опыт применения экономико-математических моделей оптимизации, можно отметить, что эти методы успешно применяются при решении задач оценочного характера, а также в области разработки частных специализированных моделей отдельных отраслевых ВХК, т.е. при решении задач, для которых могут быть четко сформулированы экономические критерии. Работы Воропаева Г.В., Исмайлова Г.Х., Кардаша В.А., Мечитова И.И., Кисарова О.П., Пряженской В.Г., Храновича И.Л. и др. посвящены оптимизации оросительных систем. Задача определения оптимальных режимов ГЭС как для изолированных водохранилищ, так и каскада в целом была рассмотрена в работах Великанова А.Л., Елаховского С.Б., Воропаева Г.В., Исмайылова Г.Х., Обрезкова В.И., Пряженской В.Г., Храновича И.Л. и др.

Задача определения рационального распределения водных ресурсов ВХК водохранилища Асуанского гидроузла сводится к определению оптимальных режимов работы Асуанского водохранилища. Соответственно такой постановке, задача сводится к нахождению оптимального режима попусков в нижний бьеф водохранилища Асуанского гидроузла.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»