Развитие методологии управления сложными водно-ресурсными системами
На правах рукописи
Клёпов Владимир Ильич
Развитие методологии управления сложными водно-ресурсными системами
05.23.16 – Гидравлика и инженерная гидрология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва, 2011
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Речной сток служит основным поставщиком пресной воды, он распределен крайне неравномерно как по территории суши, так и внутри годового цикла. Внутригодовая неравномерность стока устраняется, как известно, его регулированием с помощью водохранилищ, пространственная неравномерность может быть выровнена, в частности, объединением отдельных водохранилищ в водно-ресурсные системы (ВРС). Это позволяет увеличить отдачу естественных водотоков и, вместе с тем, повысить обеспеченность (надежность) гарантированной водоотдачи.
В России построены и функционируют такие ВРС, как каскад гидроузлов на р.р. Волга, Кама, Ангара, Енисей. Созданы и эксплуатируются ВРС для водообеспечения больших регионов, например, Уральского и Московского. Основная направленность исследований по обоснованию надежности гарантированной водоотдачи системы водохранилищ определилась в процессе создания и эксплуатации крупных ВРС многоцелевого назначения. Такие ВРС создаются для удовлетворения потребностей многих водопользователей различных отраслей народного хозяйства: питьевого водоснабжения, коммунального хозяйства и промышленности, сельского хозяйства, энергетики, речного транспорта, рыбного хозяйства и других. Они играют все большую роль в охране водных ресурсов от истощения и загрязнения, а также в решении задач отдыха населения - рекреации. Таким образом, ВРС представляют собой сложные природно-технические системы, важнейшей технологической характеристикой которых является гарантированная водоотдача и ее надежность - расчетная обеспеченность. На основании этих характеристик происходит построение правил управления водными ресурсами.
Установление наиболее целесообразного порядка управления водными ресурсами систем водохранилищ в условиях стохастического характера исходной гидрологической информации представляет одну из основных задач теории регулирования речного стока. Имеется несколько путей решения этой задачи: привлечение воды из-за пределов системы; увеличение коэффициента зарегулированности естественного стока путем создания новых регулирующих сток водохранилищ или увеличения объема старых; рациональное использование полученной из источников воды; повышение эффективности управления водными ресурсами, которые имеются в данный момент времени в системе водохранилищ.
При разработке правил управления режимом работы водохранилищ критерии качества управления должны учитывать стохастический характер будущего притока воды. В качестве такого критерия широко применяется показатель надежности (расчетной обеспеченности) удовлетворения заявленных требований к водоотдаче. Этим показателем определяются как параметры ВРС, так и правила наполнения и сработки водохранилищ.
Принцип экономического обоснования расчетной обеспеченности основан на сопоставлении ущербов, возникающих у водопользователя вследствие ограничения водоотдачи, и затрат, необходимых для сокращения этих ограничений. Общепризнанной методики оценки ущербов от недодачи воды компонентам ВРС в настоящее время нет. Используемый на практике показатель расчетной обеспеченности по числу бесперебойных лет не в полной мере отражает особенности регулирования стока системой водохранилищ и не дает исчерпывающей характеристики надежности водоснабжения. Поэтому всесторонний анализ гарантированной водоотдачи системы водохранилищ с привлечением различных критериев надежности имеет значение для оценки обеспеченности водоснабжения и, в конечном счете, для определения практических рекомендаций по функционированию и развитию ВРС. Этим определяется актуальность работы.
Цель работы. Развитие методологии построения правил управления и исследования функционирования водно-ресурсных систем для обоснования обеспеченности ее гарантированной водоотдачи.
В соответствии с целью были сформулированы следующие задачи:
1. Дать анализ современных методов управления режимом работы водно-ресурсных систем и выявить наиболее эффективные из них применительно к обоснованию соотношения величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи.
2. Разработать расчетную схему управления водными ресурсами, основанную на имитационной математической модели функционирования сложной водно-ресурсной системы. Обобщить и систематизировать существующие исходные материалы по действующей водно-ресурсной системе для проведения имитационных экспериментов и построения на этой основе правил управления режимом ее работы.
3. Проанализировать различные варианты функционирования водно-ресурсной системы и исследовать водохозяйственную обстановку за пределами расчетной обеспеченности в условиях недостатка водных ресурсов для различного сочетания водохранилищ в системе. Разработать принципы ранжирования водопользователей по степени урезки им водоподачи за пределами расчетной обеспеченности.
4. Разработать приемы гидролого-водохозяйственного обоснования величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи.
5. Дать анализ различных характеристик расчетной обеспеченности гарантированной водоотдачи водно-ресурсной системы.
6. Изучить степень надежности (расчетной обеспеченности) удовлетворения потребностей в воде различных водопользователей водохозяйственного комплекса в рамках единого критерия расчетной обеспеченности в условиях недостатка водных ресурсов.
7. Разработать гидролого-водохозяйственный подход к совместному управлению ресурсами поверхностных и подземных вод в условиях маловодного периода.
Методы исследования. Работа выполнена на основе законов гидрологии суши, теории регулирования речного стока, системного анализа и математической статистики. Аппарат исследования – метод имитационного моделирования.
Объектом исследования являются речные водохранилища, функционирующие в составе сложной водно-ресурсной системы. В качестве примера рассматривается одна из крупнейших в России систем водохранилищ, предназначенная для водообеспечения Московского региона.
Предмет исследования. Режимы функционирования водно-ресурсной системы в изменяющихся гидрологических условиях, переменного числа водохранилищ в системе, заявок на воду на основе критерия расчетной обеспеченности гарантированной водоотдачи с целью достижения наиболее полного использования возможностей регулирования речного стока.
На защиту выносятся:
- Результаты анализа современных методов управления режимом работы водно-ресурсных систем на примере водообеспечения крупного региона.
- Результаты систематизации исходных данных по действующей системе водохранилищ на примере водообеспечения Московского региона для совершенствования правил управления режимом ее функционирования.
- Результаты исследования водохозяйственной обстановки за пределами расчетной обеспеченности в условиях недостатка водных ресурсов для различных вариантов сочетания водохранилищ в системе и сочетаний значений: гарантированная водоотдача, ее обеспеченность и степень сокращения.
- Приемы гидролого-водохозяйственного обоснования величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи.
- Закономерности соотношения различных характеристик расчетной обеспеченности и значений гарантированной водоотдачи водно-ресурсных систем.
- Методические подходы к обоснованию расчетной обеспеченности природоохранного попуска в рамках единого критерия расчетной обеспеченности отрасли водоснабжения.
- Гидролого-водохозяйственный подход к разработке методов совместного управления ресурсами поверхностных и подземных вод в условиях маловодного периода.
Научная новизна. В работе впервые выполнено гидролого-водохозяйственное обоснование различных характеристик критерия расчетной обеспеченности гарантированной водоотдачи водно-ресурсной системы. Получены новые научные результаты:
- Установлена ведущая роль метода диспетчерского управления режимом работы водно-ресурсной системы по сравнению с другими методами.
- Выполнены обобщение и систематизация исходных данных для проведения имитационного эксперимента на модели действующее водно-ресурсной системы на примере системы водообеспечения Московского региона.
- Показаны методические приемы учета асинхронности стока рек в исследуемом регионе для совершенствования правил управления в условиях маловодного периода.
- Выявлены основные закономерности функционирования водно-ресурсной системы за пределами расчетной обеспеченности в условиях недостатка водных ресурсов.
- Установлена зависимость критерия расчетной обеспеченности гарантированной водоотдачи водно-ресурсной системы и глубины ее сокращения в условиях маловодного периода.
- Предложены методические приемы дифференциации расчетной обеспеченности и иерархии сокращения гарантированной водоотдачи компонентам водохозяйственного комплекса в системе водообеспечения крупного региона.
- Предложен и теоретически реализован новый метод замещения дефицитов гарантированной водоотдачи в маловодных условиях посредством совместного использования ресурсов поверхностных и подземных вод.
Практическая значимость. Результаты исследований направлены на решение важной народнохозяйственной проблемы – повышение качества управления водными ресурсами сложных систем водохранилищ в условиях неопределенности исходной гидрологической информации. Полученные в работе оценки гидролого-водохозяйственного обоснования соотношения величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи предназначены для совершенствования правил управления режимом работы сложных ВРС. Результаты работы могут быть использованы в проектных разработках и лицами, ответственными за принятие решения (ЛПР).
Личный вклад автора состоит в формулировании цели, задач и научных положений, проведении имитационных экспериментальных исследований, теоретической обработке результатов.
Реализация результатов диссертационной работы. Основные положения диссертационной работы вошли в заключительные научно-технические отчеты по различным тематикам государственных планов НИР, выполняемые Институтом водных проблем РАН, по ФЦП «Возрождение Волги», Программе Отделения наук о земле РАН, другие работы.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждались на следующих научных конференциях:
Международной научной конференции «Ресурсы подземных вод. Современные проблемы изучения и использования», Москва, Геологический факультет МГУ, 2010; 8-ой международной научной конференции «Государственное управление в XXI веке: традиции и инновации», Москва, Факультет Государственного управления МГУ, 2010; Второй международной конференции « Управление трансграничными водными ресурсами», Москва, 2010; II научно-практической конференции «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов», Пермь, 2009; Международной научно-практической конференции «Роль мелиорации в обеспечении продовольственной и экологической безопасности России», Москва, 2009; Международной научно-практической конференции «Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов», Украина, Днепропетровск, 2009; Школах-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования», Ростов-на-Дону, 1986, 1988, 1989, 2001, 2003, 2005, 2007, 2008, 2009; - Международной конференции «Управление водно-ресурсными системами в экстремальных условиях», Москва, 2008; Y11 научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций», Россия, Красная Поляна, 2007; Международной научной конференции «Экстремальные гидрологические события», Москва, 2003; 1 Всероссийском Конгрессе работников водного хозяйства, Россия, Москва, 2003; Международной конференции Акватек-2002, Россия, Москва, 2002; Научной конференции «Современные проблемы стохастической гидрологии», Россия, Москва,2001; Международном симпозиуме по водным ресурсам и оценки экологических последствий, Стамбул, Турция, 2001; Международной конференции FREAND-97, Словения, Постойна, 1997; Международной конференции по Байесовским процессам в гидрологии, Франция, Париж 1995; Международном российско-американском гидрогеологическом конгрессе, США, Вашингтон, 1993; Советско-французском симпозиуме «Чистота воды столиц мира – контроль за качеством воды в Москве и Париже», Москва, 1991; Научной конференции « Математические проблемы экологии», Душанбе, 1991; Всесоюзной конференции «Методология экологического нормирования», Харьков, 1990; Научной конференции «Математические проблемы экологии», Чита, 1990; Всесоюзной школе-семинар «Управление водными ресурсами суши: теория и практика», Москва, 1989; Технической сессии МАВР «Применение ЭВМ в водном хозяйстве», Москва, 1989; Международном гидрологическом конгрессе, Болгария, Варна, 1983; Научно-технической конференции «Гидрология и водное хозяйство в бассейне р. Москвы», Москва, 1983; 4 научно-техническом совещании Гидропроекта им. С.Я.Жука, Москва, 1982; специализированном семинаре лаборатории управления водными ресурсами Института водных проблем РАН 1985, 1987, 1995, 1996, 1998, 2000, 2003, 2005, 2009.
Публикации. Основные результаты, представленные в диссертации, отражены в 68 печатных работах, 15 из которых опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ; двух коллективных монографиях.
Структура и объем работы. Диссертация, общим объемом 243 страниц, состоит из введения, шести глав, заключения, включая 42 рисунка, 56 таблиц и приложений. Библиографический список литературы содержит 247 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении сформулированы актуальность работы, обоснованы цель и задачи исследования. Определены основные направления, показана научная новизна и практическая значимость работы.
Глава 1. Методы управления водно-ресурсными системами
В первом разделе диссертации дан анализ основных методов управления водными ресурсами суши. Проанализированы действующие системы и способы управления водными ресурсами некоторых крупных городов мира. Сформулировано соотношение величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи водохранилищ в зависимости от колебания водных ресурсов.
Одной из основных особенностей функционирования ВРС, существенно отличающая их от других народнохозяйственных систем, является непрерывное колебание их основного ресурса - речного стока. От характера изменчивости речного стока зависит гарантированная отдача ВРС, т.е. количество воды, предоставляемое пользователям в требуемом режиме. Этот процесс носит вероятностный характер. Поэтому прогнозирование стока также может быть осуществлено в вероятностной форме, когда каждой величине ожидаемого притока ставится в соответствие вероятность ее появления или определенная обеспеченность (вероятность превышения).
Это положение, лежащее в основе исследований по надежности функционирования водохранилищ, было сформулировано С.Н.Крицким и М.Ф.Менкелем в разработанной ими теории регулирования речного стока, наиболее полно изложенной в монографиях [1952, 1981,1982]. Исследования базируются на представлении о речном стоке и гарантированной отдаче водохранилищ как о вероятностном процессе. В основе такого описания речного стока лежат принципиальные соображения о сложной системе взаимодействующих причин и условий формирования стока, многие из которых поддаются только вероятностному описанию.
Большой вклад в развитие методики исследования обеспеченности гарантированной водо - и энергоотдачи внесли А.Е.Асарин, К.Н.Бестужева, И.В. Бусалаев, А.Л.Великанов, Г.В.Воропаев, Я.Д.Гильденблат, И.П.Дружинин, С.Б.Елаховский, Г.Х. Исмайылов В.Р. Казак, Д.В.Коренистов, А.Д.Саваренский, М.П.Фельдман, Ш.Ч.Чокин и другие.
Под надежностью системы подразумевается " свойство выполнять определенные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам". Поэтому применительно к ВРС понятие надежности связывается с их отдачей, то есть способностью системы предоставлять пользователям необходимое количество воды, или обеспечивать поддержание в заданном режиме других водохозяйственных характеристик системы: уровни воды в реке и водохранилищах, напоры на гидроэлектростанциях, рыбохозяйственные и природоохранные попуски из водохранилищ и т.д. при естественных колебаниях речного стока.
Изменчивость водных ресурсов приводит к тому, что количество воды, предоставляемое водопользователям, является переменным и колебания водоподачи так же, как водные ресурсы, подчиняются вероятностным законам. В соответствии с колебаниями водоподачи изменяется производительность промышленных предприятий, использующих воду в технологических процессах, производство электроэнергии на ГЭС, объем грузоперевозок на речном транспорте, урожай на орошаемых площадях, на функционировании рыбного хозяйства, на водоснабжении населения и коммунального хозяйства и т.д. Режим колебаний речного стока, как правило, не совпадает с режимом потребления воды.
Приспособить водные ресурсы к режиму потребления можно путем регулирования речного стока водохранилищами. При этом оказываются взаимосвязаны: отдача, надежность ее обеспечения и регулирующий объем водохранилища. Теория регулирования речного стока дает возможность установить эту взаимосвязь, которая является гидролого-водохозяйственной основой для определения параметров ВРС и водопользователей. В дальнейшем задача переходит в область оптимизационных построений, а именно, к определению оптимального сочетания указанных показателей: степени регулирования стока, отдачи системы и ее надежности Р (расчетной обеспеченности).
Ввиду большой сложности задачи, а также, учитывая ненадежность исходной информации, особенно касающейся ущербов от дефицита водных ресурсов, для ее решения приходится использовать как оптимизационные, так и имитационные методы анализа. Такой анализ позволяет установить влияние различных факторов на оптимальное решение, выявить допустимую зону оптимальных решений, приемлемых с практической точки зрения, получить количественные оценки искомых параметров при тех или иных начальных условиях.
Методы управления поверхностными водными ресурсами. Регулирование речного стока, позволяющее повысить степень рационального использования водных ресурсов суши, осуществляется водохранилищами и направлено на преобразование пространственной и временной неравномерности естественного стока для различных отраслей народного хозяйства.
В целом регулирование стока для увеличения минимальных и уменьшения максимальных расходов воды можно охарактеризовать как взаимоисключающие процессы. В первом случае нужно стремиться к максимальному наполнению водохранилища и более полному сохранению запасов воды на случай маловодного периода. Во втором – следует в ожидании многоводья держать водохранилище по возможности ближе к опорожненному состоянию. Однако не исключено и совмещение таких противоречивых функций. В этом случае очень важен надежный гидрологический прогноз и рациональные правила регулирования стока.
Разработаны различные методы управления режимом функционирования водохранилищ. Можно отметить, например, такие методы, как адаптации, последовательной корректировки, приоритетов, диспетчерский.
Метод диспетчерского управления работой водохранилищ, предложенный С.Н.Крицким и М.Ф.Менкелем, следует считать наиболее распространенным в научных исследованиях и практических разработках.
Под управлением с водохозяйственной точки зрения понимаются правила, обеспечивающие наиболее эффективный порядок расходования водных запасов в водохранилищах в годы различной водности. Задача управления водными ресурсами заключается в том, чтобы ликвидировать несоответствие естественного режима водотоков и режима потребления воды [Великанов, Пойзнер, 1978, Великанов и др., 1994]
При анализе процесса управления водными ресурсами речных систем могут быть выделены такие направления, как:
• управление отдельным изолированным водным объектом,
• управление ресурсами речного бассейна в целом,
• управление водными ресурсами смежных бассейнов.
Отмечается ряд этапов развития методов управления. На первом этапе методы регулирования предусматривали, прежде всего, проведение водно-балансовых и водохозяйственных расчетов по выбору параметров гидроузлов и водохранилищ, одновременно разрабатывались и правила будущей эксплуатации. Второй этап связан с уточнением математической модели описания речного стока и широким распространением методов оптимизации режимов с применением вычислительной техники. Третий этап в развитии методов теории регулирования стока связан с назначением режимов управления водохранилищ комплексных гидроузлов. Особенностью рассмотренных выше трех этапов следует считать их эксплуатационную направленность.
Получение в конечном виде общего решения задачи управления водными ресурсами водохранилищ теоретически возможно либо аналитическим решением уравнений, определяющих зависимость гарантированной водоотдачи водохранилища от уровня воды, времени и так далее (см., например, Картвелишвили, 1975), либо с помощью обобщения тем или иным образом оптимальных режимов функционирования системы, найденных при различной исходной гидрологической информации. Аналитическое решение задачи управления встречает в настоящее время ряд трудностей. Приемы обобщения оптимальных режимов в правила управления получили практическое применение (Цветков, 1967, Резниковский, Рубинштейн, 1974,1984).
Большинство из перечисленных выше методов управления режимом функционирования водохранилищ не нашли широкого практического применения либо в силу большой размерности управляющего алгоритма, либо в силу неопределенности исходной гидрологической информации. Другие же, как например, метод диспетчерского управления получили применение, как в научных исследованиях, так и в практическом использовании.
Метод диспетчерского управления водными ресурсами водохранилищ заключается в однозначности рекомендаций по практическому
ведению режимов, несмотря на вероятностный характер прогноза
речного стока.
При наличии точного предвидения стока в хронологической последовательности можно составить план работы водохранилища, удовлетворяющий требованиям всех прикрепленных к нему пользователей. В таких условиях оказалось бы возможным заблаговременно опорожнять водохранилище перед наступлением многоводных периодов и экономить воду в ожидании маловодья. Эффект работы водохранилища в этом случае был бы наибольшим. На рис.1. приводится диспетчерский график работы водохранилищ Вазузской гидротехнической системы (ВГС) соответствующий многолетнему регулированию речного стока.
Практическое прогнозирование стока (не считая типичного внутригодового распределения) ограничивается небольшой заблаговременностью и невысокой точностью, в силу чего теоретически возможный эффект работы водохранилища не поддается полной реализации. Отсутствие знания будущего притока приходится возмещать составлением специальных диспетчерских правил управления, специфических для каждого водохранилища и оформленных в виде диспетчерского графика. Это дает возможность повысить использование стока за счет необеспеченных избытков воды, появляющихся в любое время и в широких пределах.
В диссертации рассмотрены и проанализированы диспетчерские правила и графики целого ряда водохранилищ, предназначенных как для промышленного и коммунального водообеспечения крупных промышленных регионов России, так и водохранилищ комплексного назначения. Показано, что диспетчерские правила составляются с таким расчетом, чтобы в любое время года можно было:
- обеспечить гарантированную водоотдачу,
- выявить избытки воды для использования их на повышение отдачи (перераспределить их во времени),
- смягчать перебои отдачи за пределами расчетной обеспеченности, уменьшая глубину перебоев за счет увеличения их продолжительности,
- снижать холостые сбросы воды,
- устранять переполнение водохранилищ над НПУ,
- своевременно опорожнять объем водохранилища для аккумуляции половодного или паводочного стока.
Показано, что построение правил управления для нескольких совместно работающих водохранилищ усложняется из-за того, что в число управляющих параметров для каждого отдельного водохранилища могут входить отметки уровня воды в остальных водохранилищах всей или части системы, а также притоки к ним, попуски воды в нижние бьефа гидроузлов и другие параметры и переменные, влияющие на конечный результат.
Водообеспечение некоторых крупных городов мира. Регулирование стока системой водохранилищ является актуальным для целого ряда крупных мегаполисов мира. И, прежде всего, для тех, в которых источниками воды служат зарегулированные реки. В диссертации собраны и проанализированы основные особенности систем водообеспечения крупнейших мировых мегаполисов и условия функционирования систем водохранилищ, входящих в состав этих систем. Даны состав и исходные данные по водно-ресурсным системам городов и территорий, представленных в таблице 1.
Как видно из таблицы, системы водоснабжения крупнейших городов мира располагают значительным объемом. Для них характерно наличие значительных резервов установленной мощности головных сооружений и пропускной способности водоводов и распределительных сетей. Все это способствует повышению надежности водоснабжения городских агломераций.
Таблица 1. Характеристика водообеспечения некоторых городов мира
| Страна | Город | Численность населения города, млн. чел. | Количество водохрани-лищ в системе | Суммарный объем воды в водохранилищах, км3 | Доля водоснаб-жения из водохрани-лищ, % |
| Испания | Мадрид | 4,5 | 7 | 2,20 | 97 |
| Австралия | Сидней | 3,3 | 12 | 2,70 | 100 |
| США | Денвер | 1,0 | 11 | 0,66 | 100 |
| Австралия | Мельбурн | 2,5 | 11 | 1,60 | 100 |
| Япония | Токио | 12,0 | 9 | 0,75 | 100 |
| Бразилия | Сан-Паулу | 8,0 | 9 | 3,90 | 100 |
| Индия | Бомбей | 8,0 | 6 | 1,23 | 100 |
| Бразилия | Бразилиа | 1,7 | 5 | 0,80 | 100 |
| КНР | Пекин | 14,9 | 7 | 3,5 | 89 |
| Россия | Москва | 10,5 | 13 | 3,30 | 95 |
Лишь немногие крупные города, например, Западной Европы базируют свое водоснабжение целиком или почти целиком на подземных водах (Вена, Гамбург, Мюнхен, Рим).
Глава 2. Моделирование распределения воды в водно-ресурсных системах
В данном разделе диссертации рассмотрены основные принципы использования имитационных математических моделей для управления водно-ресурсными системами. Приводится состав и вид исходной информации, необходимой для исследования соотношения величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи. Приводится пример описание ВРС крупного региона в терминах имитационного моделирования.
Основные принципы использования имитационных математических моделей для управления водно-ресурсными системами. Стохастический характер колебаний речного стока предопределяет методическую основу для определения гидрологических характеристик, используемых для обоснования параметров и способов управления ВРС. Основой всех водохозяйственных расчетов являются наблюденные последовательности гидрологических данных. Моделирование в этом случае есть математическое выражение вероятностных закономерностей, присущих колебаниям рассматриваемых гидрологических характеристик.
Использование математических моделей обеспечивает возможность рассмотрения большого круга водохозяйственных задач, получения обширной и разнообразной информации, а также легкость и быстроту организации и проведения машинных экспериментов. Имитационная модель предназначена для анализа функционирования ВРС с несколькими водохранилищами в течение длительных периодов времени. Полученные результаты водохозяйственных расчетов могут служить информацией для лиц, принимающих решения в отношении параметров и режимов работы водно-ресурсных систем, а также быть использованы при составлении водохозяйственных балансов.
Исходная информация для проведения имитационных экспериментов. При моделировании соотношения величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи водохранилищ пользователем модели, наряду со структурой ВРС и параметрами ее элементов, задаются следующие входные параметры:
- гидрологическая информация, в виде гидрологических рядов (расходов воды) приточности к характерным створам ВРС, наблюденных либо искусственно смоделированных рядов;
- о потерях стока на испарение с водной поверхности, на фильтрацию, на лёдообразование;
- информация о водопользователях, представленная в виде характеристик водопотребления и водоотведения, а также необходимых попусков в нижний бьеф гидроузлов;
- морфометрические характеристики водохранилищ и гидравлические характеристики нижних бьефов гидроузлов.
В качестве исходных данных должны быть заданы также различные варианты правил управления ВРС: от простейших правил - удовлетворять всех водопользователей, если есть запас воды в водохранилищах, до сложных правил - обеспечивающих максимально возможную гарантированную отдачу системы при заданных водно-ресурсных параметрах системы.
В результате проведения численных экспериментов получены различные варианты правил управления и оценки этих правил, в том числе и статистические, удовлетворения требований различных водопользователей, а также многолетний режим работы системы. Полученные таким образом характеристики могут служить основой для выбора рациональной стратегии использования водных ресурсов в данном регионе либо на основе использования различных критериев оптимальности, либо на основе неформальных процедур принятия решений.
Водные ресурсы (на примере Московского региона). Поверхностные водные ресурсы бассейна Верхней Волги, используемые для водообеспечения Московского региона, включают сток р. Волги от истока до створа Иваньковского водохранилища, сток правого притока р. Волга – р. Вазуза, сток р. Москва и ее основных притоков р.р. Истра, Руза и Озерна в створе Рублевского водохранилища. Реки данного бассейна питаются преимущественно талыми водами и дождевыми осадками. Роль подземных вод в водообеспечении в целом незначительна. Суммарная площадь водосбора водно-ресурсной системы на верхнем участке Волги составляет 44500 км2, среднемноголетний расход воды в створе Иваньковского гидроузла равен 255 м3/с.
Естественный режим рек региона нарушен в результате хозяйственной деятельности человека. К антропогенным факторам, приведшим к изменению естественного стока в бассейне Верхней Волги и её притоков, относятся: регулирование стока водохранилищами водно-ресурсной системы; водозабор из поверхностных источников и отведение промышленных и хозяйственно-бытовых стоков в речную сеть; переброска вод Волжского бассейна по каналу им. Москвы в р.р. Москву, Яузу, Клязьму; нарушение водного баланса водосборов в результате сведения лесов и проведения агротехнических мероприятий.
В качестве исходной гидрологической информации приняты восстановленные (ретрансформированные) по методике Гидропроекта ряды расходов воды. Для расчетов использованы 90-летние ряды стока с 1914 по 2004 г. в створах гидроузлов системы с внутригодовым распределением по месячным интервалам за межень (июнь – февраль) и по декадным интервалам за половодье (март – июнь).
При разработке и построении правил управления водно-ресурсной системой, отдельные части которой расположены не только на разных реках, но и в различных речных системах, важно учесть и проанализировать максимальное количество факторов, от которых зависит суммарная гарантированная водоотдача системы. Одним из таких факторов является синхронность или асинхронность колебаний речного стока в разных частях водосбора или совместно рассматриваемых рек.
Теоретически суммарная гарантированная водоотдача может быть больше суммы частных на величину, эквивалентную эффекту компенсированного регулирования, связанного с возможной синхронностью или асинхронностью речного стока в рассматриваемой ВРС. Поэтому учет и анализ эффекта компенсированного регулирования, связанного с асинхронностью стока в системе, важен тем, что может позволить более рационально подойти к процессу формирования режима работы развивающейся водно-ресурсной системы [Клёпов, 1983, 2002, Клёпов, Сотникова, 2003,2004].
Описание водно-ресурсной системы в терминах имитационного моделирования. В данном разделе диссертации показаны приемы разработки расчетной схемы управления водными ресурсами, основанной на имитационной математической модели функционирования сложной системы водохранилищ. Обобщены и систематизированы существующие исходные материалы по действующей системе водохранилищ для проведения имитационного эксперимента и построения на этой основе правил управления режимом ее работы.
В ВРС Московского региона выделяются три подсистемы, каждая из которых функционирует в соответствии со своими правилами управления. К числу подсистем относятся Верхневолжская, Москворецкая и Вазузская водохозяйственные системы.
Верхневолжская водохозяйственная система (ВВС). Подсистема объединяет Верхневолжское водохранилище (бейшлот), Иваньковское водохранилище и систему канала имени Москвы - водораздельный бьеф. ВВС связана с Вазузской гидротехнической системой и Вышневолоцкой системой. Верхневолжское водохранилище, регулирующее сток верхнего течения Волги выше Иваньковского гидроузла, первоначально было предназначено для поддержания навигационных глубин на нижележащем участке р. Волги.
В состав водораздельного бьефа канала им. Москвы входят шесть небольших водохранилищ: Икшинское, Пестовское, Пяловское, Акуловское (Учинское), Клязьминское и Химкинское. Полный объем этих водохранилищ изменяется от 15 млн. м3 (Икшинское водохранилище) до 146 млн. м3 (Учинское водохранилище), полезный объем - от 6 млн. м3 (Химкинское водохранилище) до 50 млн. м3 (Учинское водохранилище). Суммарный полный объем шести водохранилищ водораздельного бьефа канала им. Москвы равен 0,35 км3, полезный - 0,12 км3. Основное назначение водохранилищ водораздельного бьефа - водоснабжение Москвы, санитарное обводнение рек Москвы, Яузы, Учи и Клязьмы, обеспечение работы шлюзов канала им. Москвы и поддержание необходимых судоходных глубин, а также рекреация и выработка электроэнергии.
Москворецкая водохозяйственная система (МВС). В подсистему входят Истринское, Можайское, Рузское и Озернинское водохранилища, расположенные в верхнем течении р. Москва и ее притоках. Водохранилищами подсистемы практически полностью зарегулирован сток верхней части водосбора р. Москва. Управление водными ресурсами подсистемы МВС построено так, что из водохранилищ производятся попуски воды в размерах, дополняющих до гарантированного расхода сток боковой приточности на участке от этих водохранилищ до створа Рублевского гидроузла (водозабор в г. Москву). Каждое из четырех водохранилищ подсистемы ведет компенсированное регулирование контролируемого им стока.
Вазузская гидротехническая система (ВГС) состоит из трех водохранилищ – Вазузского, Яузского и Верхнерузского, расположенных в бассейне правого притока Волги - р. Вазуза, а также других вспомогательных гидротехнических сооружений - каналов, насосных станций и т.д., предназначенных для подачи воды из ВГС в бассейн р. Москвы. Управление водными ресурсами водохранилищ ВГС построено так, что большая часть зарегулированного стока р. Вазузы используется для водоснабжения г. Москвы путем его подачи в бассейн р. Москвы, при этом в р. Волгу подается гарантированный санитарный попуск.
Основные параметры водохранилищ, регулирующих речной сток в бассейне Верхней Волги, приведены в таблице 2.
Таблица 2. Основные параметры водохранилищ в бассейне Верхней Волги
| Водохранилище | Отметка, м | Объем, млн. м3 | Площадь зеркала при НПУ, км2 | ||
| НПУ | УМО | полный | полезный | ||
| Верхневолжское | 206,5 | 203,0 | 562 | 487 | 181 |
| Иваньковское | 124,0 | 119,5 | 1120 | 813 | 327 |
| Можайское | 183,0 | 170,0 | 235 | 221 | 31,0 |
| Рузское | 182,5 | 169,0 | 220 | 216 | 32,7 |
| Озернинское | 182,5 | 169,0 | 144 | 140 | 23,1 |
| Истринское | 170,0 | 159,0 | 183 | 172 | 33,6 |
| Вазузское | 180,25 | 170,5 | 539 | 428 | 106 |
| Яузское | 215,0 | 212,0 | 290 | 130 | 51 |
| Верхнерузское | 208,75 | 202,25 | 22 | 21 | 9,4 |
Работа с моделью подразделяется на следующие этапы:
- выполняется содержательное описание схемы ВРС и исследуемых задач;
- задается формальное параметрическое описание отдельных элементов сети и протекающих в ней процессов;
- на основе анализа исходной гидрологической и водохозяйственной информации для каждого интервала времени t определяется так называемое «гидрологическое состояние» отдельных водохранилищ и системы в целом;
- в зависимости от «гидрологического состояния» устанавливается система приоритетов удовлетворения требований различных водопользователей, в том числе водохранилищ;
- с помощью оптимизационной процедуры определяются перетоки в сети, необходимые для удовлетворения требований пользователей и обеспечения заданных запасов воды в водохранилищах;
- состояние системы на конец данного интервала принимается за начальное для следующего интервала времени.
Схема водно-ресурсной системы Московского региона представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема водно-ресурсной системы Московского региона
Глава 3. Функционирование водно-ресурсной системы за пределами расчетной обеспеченности
В третьей главе диссертации рассмотрены различные варианты управления водоотдачей отдельных подсистем водохранилищ и всей системы в целом. Проанализированы условия функционирования водохранилищ за пределами обеспеченности гарантированной водоотдачи и, прежде всего, в маловодных условиях. Представлены основные результаты имитационного эксперимента по выявлению зависимости дефицита гарантированной водоотдачи от величины гарантированной водоотдачи для системы водохранилищ (на примере системы водообеспечения Московского региона).
Функционирование подсистем при раздельном управлении. В особо маловодные периоды поддержание нормальной водоотдачи оказывается нередко затруднительным и экономически нецелесообразным. Поэтому возникает необходимость определить размеры допустимых и целесообразных отступлений от режима нормальной водоподачи и соответственного сокращения количества потребляемой воды. Сокращение водопотребления за пределами расчетной обеспеченности допускается на практике лишь в отношении малоответственных пользователей. В остальных случаях ущерб оказывается столь высоким, что экономически оказывается более выгодным обеспечение практически бесперебойной работы обслуживающих предприятий.
Наибольший интерес представляют маловодные годы и их группировки, когда имеет место дефицит водных ресурсов. Для выявления таких лет проведено сопоставление изменяющегося из года в год и от месяца к месяцу притока воды к водохранилищам системы и значений гарантированной водоотдачи. Сопоставление выполнено по определенной схеме, характерной для каждой из трех подсистем ВРС водообеспечения Московского региона [Клёпов, 1990, 1996, 2010]. Нижние пределы диапазонов гарантированной водоотдачи приняты такими, при которых дефицита нет даже в крайне-маловодных условиях. В качестве верхних пределов могут быть предложены разные значения, например, превышающие исходную величину гарантированной водоотдачи на 30-40 %.
Дефицит гарантированной водоотдачи Верхневолжской водохозяйственной системы (ВВС). Под гарантированной водоотдачей водохранилищ Верхневолжской водохозяйственной системы (ВВС) понимается такое количество воды, которое может быть подано в канал им. Москвы в соответствии с внутригодовым распределением потребности в воде и располагаемой мощностью насосных станций канала. Определение гарантированной водоотдачи подсистемы проведено в интервале средних годовых значений от 80 м3/с до 115 м3/с с шагом 5 м3/с.
Распределение годовые значения объема дефицита гарантированной водоотдачи для лет расчетного ряда приведено в табл. 3.
Таблица 3. Распределение дефицита гарантированной водоотдачи подсистемы ВВС.
| Годы | Дефицит гарантированной водоотдачи (млн. м3) для разных значений гарантированной водоотдачи, м3/с | |||||||
| 80 | 85 | 90 | 95 | 100 | 105 | 110 | 115 | |
| 1921 | 0 | 0 | 0 | 50 | 300 | 560 | 820 | 1070 |
| 1922 | 0 | 150 | 440 | 680 | 720 | 750 | 790 | 830 |
| 1939 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 70 |
| 1940 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 | 300 | 560 | 770 |
| 1945 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 | 230 |
| 1952 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 90 |
| 1964 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 180 |
| 1965 | 0 | 0 | 0 | 0 | 150 | 400 | 660 | 730 |
| 1969 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |
| 1996 | 0 | 0 | 0 | 0 | 90 | 320 | 590 | 710 |
| Сумма дефицита | 0 | 150 | 440 | 730 | 1290 | 2330 | 3520 | 4690 |
В пределах каждого из выявленных перебойных лет гарантированная водоотдача оказывается сниженной только в течение некоторой части года. Как правило, она не прекращается полностью.
Дефицит гарантированной водоотдачи Москворецкой водной системы (МВС). Под гарантированной водоотдачей водохранилищ Москворецкой водной системы (МВС) понимается такое количество воды, которое может быть подано в замыкающий створ с учетом бокового притока, который формируется на водосборной территории от гидроузлов подсистемы до этого замыкающего створа. Поэтому собственная водоотдача водохранилищ несколько меньше на величину бокового притока соответствующей обеспеченности. Определение гарантированной водоотдачи подсистемы проведено в интервале средних годовых значений от 27 м3/с до 34 м3/с с шагом 1 м3/с.
Распределение годовые значения объема дефицита гарантированной водоотдачи для лет расчетного ряда приведено в таблице 4.
Таблица 4. Распределение дефицита гарантированной водоотдачи подсистемы МВС.
| Годы | Дефицит гарантированной водоотдачи (млн. м3) для разных значений водоотдачи, м3/с | |||||||
| 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | |
| 1921 | 0 | 0 | 0 | 0 | 80 | 180 | 230 | 251 |
| 1922 | 0 | 70 | 150 | 230 | 230 | 230 | 230 | 230 |
| 1940 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 23 |
| 1964 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 00 | 6 |
| 1965 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 40 | 64 |
| 1967 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 6 |
| 1996 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 32 |
| Сумма дефицита | 0 | 70 | 150 | 230 | 310 | 410 | 510 | 612 |
В пределах каждого из выявленных перебойных лет гарантированная водоотдача, так же, как и в предыдущем случае, оказывается сниженной только в течение некоторой части года. Как и в случае с Верхневолжской водохозяйственной системой, величина гарантированной водоотдачи не прекращается полностью.
Дефицит гарантированной водоотдачи Вазузской гидротехнической системы (ВГС). Под гарантированной водоотдачей водохранилищ Вазузской гидротехнической системы (ВГС) понимается такое количество воды, которое может быть подано в подсистему МВС для увеличения ее гарантированной водоотдачи с учетом бокового притока, который формируется на водосборной территории от гидроузлов подсистемы МВС до замыкающего створа. Поэтому собственная водоотдача подсистемы ВГС в зависимости от водности рек в подсистеме МВС может изменяться от максимального значения до нуля замыкающий створ с учетом бокового притока, который формируется на водосборной территории от гидроузлов подсистемы до этого замыкающего створа. Определение гарантированной водоотдачи подсистемы проведено в интервале средних годовых значений от 15 м3/с до 22 м3/с с шагом 1 м3/с.
Распределение годовые значения объема дефицита гарантированной водоотдачи для лет расчетного ряда приведено в таблице 5.
Таблица 5. Распределение дефицита гарантированной водоотдачи подсистемы ВГС
| Годы | Дефицит гарантированной водоотдачи (млн. м3) для разных значений водоотдачи, м3/с | |||||||
| 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | |
| 1921 | 0 | 0 | 20 | 80 | 130 | 150 | 200 | 260 |
| 1922 | 0 | 90 | 120 | 130 | 140 | 150 | 150 | 160 |
| 1923 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |
| 1940 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 15 | 65 |
| 1960 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 35 |
| 1965 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 | 45 | 95 |
| 1967 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 35 |
| 1969 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |
| 1996 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 35 | 80 |
| Сумма дефицита | 0 | 90 | 150 | 210 | 270 | 350 | 455 | 760 |
Для подсистемы ВГС, как и в двух других случаях, характерна аналогичная ситуация. В пределах каждого из выявленных перебойных лет гарантированная водоотдача оказывается сниженной только в течение некоторой части года.
В результате имитационного эксперимента на модели рассмотрено функционирование трех подсистем водохранилищ при раздельном управлении. Получены показатели функционирования в условиях переменной водоотдачи и различных гидрологических условий в виде значений дефицита гарантированной водоотдачи в количественном выражении. В таблицах 3 – 5 представлено распределение годовые значения объема дефицита гарантированной водоотдачи каждой из подсистем водохранилищ для лет расчетного ряда. Таблицы показывают динамику изменения и нарастания дефицита гарантированной водоотдачи с увеличением водоотдачи. Как следует из результатов исследования, дефицит гарантированной водоотдачи изменяется от минимального значения, близкого к нулю, до максимального, равного 100% гарантированной водоотдачи. Для каждого из рассматриваемых значений водоотдачи распределение дефицита как по глубине в отдельные месяцы, так и внутри отдельных перебойных лет различно. На рисунках 4 – 6 представлены хронологические графики дефицита водоотдачи, показывающие динамику изменения и нарастания дефицита для максимальных значений водоотдачи.
Функционирование трех подсистем при совместном управлении. Дефицит гарантированной водоотдачи для всей системы водообеспечения Московского региона определен как сумма дефицитов гарантированной водоотдачи рассмотренных выше трех подсистем.
Распределение дефицита водоотдачи по отдельным годам многолетнего периода при раздельном регулировании для всех трех подсистем водохранилищ не совпадает [Клёпов, 1994а, 1996]. В таблице 6 представлены показатели дефицита гарантированной водоотдачи в виде числа перебойных месяцев.
Таблица 6. Распределение дефицита водоотдачи для подсистем.
| Число перебойных месяцев в дефицитном году | Подсистема водохранилищ | |||
| ВВС | МВС | ВГС | Система в целом | |
| 1921 | 4 | 3 | 5 | 5 |
| 1922 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 1923 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1939 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1940 | 3 | 1 | 2 | 3 |
| 1945 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1952 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1960 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1964 | 2 | 0 | 0 | 2 |
| 1965 | 3 | 1 | 2 | 3 |
| 1967 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1969 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1996 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Как следует из таблицы, в системе водообеспечения Московского региона дефицит гарантированной водоотдачи имел место разной степени в тринадцати годах расчетного гидрологического ряда. Распределение дефицита по годам с недостатком воды для всех трех подсистем водохранилищ не совпадает. Из выявленных лет с недостатком воды дефицит гарантированной водоотдачи для подсистемы ВВС имел место в десяти годах, для подсистемы МВС – в семи годах, для подсистемы ВГС – в девяти годах. В пяти годах периода – 1921, 1922, 1940, 1965 и 1996 дефицит гарантированной водоотдачи проявляется во всех трех подсистемах водохранилищ одновременно. Дефицит воды только для подсистемы ВВС наступает в четырех годах – 1039, 1945, 1952 и 1964. Дефицит гарантированной водоотдачи только для подсистемы ВГС обнаружен в одном году – 1923. Дефицит гарантированной водоотдачи для подсистемы МВС проявляется только в сочетании с другими подсистемами водохранилищ.
Очевидно, что часть дефицита гарантированной водоотдачи каждой из подсистем может быть уменьшена при их совместном управлении. Произойдет это, прежде всего, в годы, когда дефицит относительно невелик и не затрагивает одновременно все водохранилища системы. Например, это может быть, безусловно выполнено (при максимальных значениях гарантированной водоотдачи в исследованных диапазонах) для подсистемы ВВС в годы: 1939 – с дефицитом гарантированной водоотдачи 70 млн. м3, 1952 – с дефицитом гарантированной водоотдачи 90 млн. м3, 1969 – с дефицитом гарантированной водоотдачи 10 млн. м3; для подсистемы МВС в годы: 1949 – с дефицитом гарантированной водоотдачи 23 млн. м3, 1964 – с дефицитом гарантированной водоотдачи 6 млн. м3, 1967 – с дефицитом гарантированной водоотдачи 6 млн. м3; для подсистемы ВГС в 1923 году – с дефицитом гарантированной водоотдачи 10 млн. м3. Следовательно, обеспеченность гарантированной водоотдачи водохранилищ водно-ресурсной системы может быть увеличена по сравнению с обеспеченностью суммы гарантированных водоотдачи отдельных подсистем рационализацией правил их совместного функционирования.
Глава 4. Величина и обеспеченность гарантированной отдачи водно-ресурсной системы
В данном разделе диссертации выполнено изучение разных сторон критерия расчетной обеспеченности (надежности) гарантированной водоотдачи – по числу бесперебойных лет, длительности бесперебойного периода, объему доставленной пользователю воды. Представлены результаты серии экспериментальных расчетов по изучению зависимости водоотдачи от располагаемых водных ресурсов, заявок на воду в системе, переменного состава водохранилищ на примере Московского региона.
Зависимость объем-водоотдача-обеспеченность. Речной сток, как известно, обладает рядом особенностей, заключающихся в его изменчивости в пространстве и во времени. Наряду с закономерными изменениями, вызванными чередованием времен года, существуют нерегулярные колебания стока, отличающие друг от друга различные годы и не укладывающиеся в рамки годового цикла. Эти колебания, в силу множественности причин их порождающих, носят случайный характер, и вызывают при фиксированном уровне водопотребления дефициты водных ресурсов. Под фиксированным уровнем водопотребления обычно понимается гарантированная водоотдача ВРС, соответствующая минимальному годовому объему водных ресурсов, полностью удовлетворяющих потребителя. При отсутствии регулирования стока, гарантированная водоотдача есть минимальный годовой сток, обеспеченность которого приближается к 100%.
Обеспеченностью гарантированной водоотдачи ВРС называется вероятность (по числу бесперебойных лет) того, что объем водоснабжения окажется не менее заданной величины. В этих условиях увеличение отдачи выше гарантированной, соответствующей меньшей обеспеченности, приведет к появлению дефицитов водных ресурсов, выражающихся объемами воды недоданной в маловодные годы потребителям.
Расчетная обеспеченность по числу бесперебойных лет. Расчетная обеспеченность гарантированной водоотдачи по числу бесперебойных лет определяется следующим соотношением:
Р1 = (M/ N+1) 100 %, где: N - число членов расчетного ряда, M - число бесперебойных лет в ряду.
Расчетная обеспеченность по числу бесперебойных лет для разных значений гарантированной водоотдачи трех подсистем в составе водно-ресурсной системы Московского региона (глубина сокращения 30 %) представлена в таблице 7.
Таблица 7. Обеспеченность по числу бесперебойных лет.
| Расчетная обеспеченность по числу бесперебойных лет для подсистемы водохранилищ | |||||
| ВВС | МВС | ВГС | |||
| А, м3/с | Р, % | А, м3/с | Р, % | А, м3/с | Р, % |
| 80 | 98,9 | 27 | 98,9 | 15 | 98,9 |
| 85 | 97,8 | 28 | 97,8 | 16 | 97,8 |
| 90 | 97,8 | 29 | 97,8 | 17 | 97,8 |
| 95 | 97,8 | 30 | 97,8 | 18 | 96,7 |
| 100 | 94,5 | 31 | 96,7 | 19 | 96,7 |
| 105 | 93,4 | 32 | 95,6 | 20 | 94,5 |
| 110 | 92,3 | 33 | 94,5 | 21 | 91,2 |
| 115 | 87,9 | 34 | 91,2 | 22 | 87,9 |
Расчетная обеспеченность гарантированной водоотдачи по длительности бесперебойных периодов определяется следующим соотношением:
P2 = (t/T) 100 %, где: T – число членов расчетного ряда (месяцы, декады, сутки), t - Длительность бесперебойного периода.
Расчетная обеспеченность по длительности бесперебойного периода для разных значений гарантированной водоотдачи трех подсистем в составе водно-ресурсной системы Московского региона (глубина сокращения 30 %) представлена в таблице 8.
Таблица 8. Обеспеченность по длительности бесперебойного периода
| Расчетная обеспеченность по длительности бесперебойного периода для подсистемы водохранилищ | |||||
| ВВС | МВС | ВГС | |||
| А, м3/с | Р, % | А, м3/с | Р, % | А, м3/с | Р, % |
| 80 | 100 | 27 | 100 | 15 | 100 |
| 85 | 99,7 | 28 | 99,6 | 16 | 99,3 |
| 90 | 99,4 | 29 | 99,4 | 17 | 98,9 |
| 95 | 99,1 | 30 | 99,1 | 18 | 98,6 |
| 100 | 98,8 | 31 | 98,8 | 19 | 98,8 |
| 105 | 97,3 | 32 | 98,4 | 20 | 97,8 |
| 110 | 96,0 | 33 | 98,1 | 21 | 97,1 |
| 115 | 94,9 | 34 | 97,5 | 22 | 95,7 |
Расчетная обеспеченность гарантированной водоотдачи по объему доставленной пользователю воды (по сравнению с объемом воды, отвечающем норме) определяется следующим соотношением:
P3 = (W1/W2) 100 %, где: W1 – суммарный фактический объем водоподачи за многолетие, W2 - требуемый суммарный объем водоподачи за многолетие.
Расчетная обеспеченность по объему доставленной пользователям воды для различных значений гарантированной водоотдачи трех подсистем в составе водно-ресурсной системы Московского региона представлена в таблице 9.
Таблица 9. Обеспеченность по объему доставленной воды
| Расчетная обеспеченность по объему доставленной воды для подсистемы водохранилищ | |||||
| ВВС | МВС | ВГС | |||
| А, м3/с | Р, % | А, м3/с | Р, % | А, м3/с | Р, % |
| 80 | 100 | 27 | 100 | 15 | 100 |
| 85 | 99,9 | 28 | 99,9 | 16 | 99,8 |
| 90 | 99,8 | 29 | 99,8 | 17 | 99,7 |
| 95 | 99,7 | 30 | 99,7 | 18 | 99,6 |
| 100 | 99,5 | 31 | 99,6 | 19 | 99,5 |
| 105 | 99,2 | 32 | 99,5 | 20 | 99,4 |
| 110 | 98,9 | 33 | 99,4 | 21 | 99,2 |
| 115 | 98,6 | 34 | 99,3 | 22 | 98,8 |
Анализ таблиц 7 – 9 показывает следующее. Обеспеченность гарантированной водоотдачи по числу бесперебойных лет изменяется от 98,9% до 87,9% (11,0%), что составляет в среднем 3,4 м3/с на 1%.
Изменение обеспеченности по длительности бесперебойного периода имеет более плавный ход, чем аналогичное изменение обеспеченности по числу бесперебойных лет. Обеспеченность гарантированной водоотдачи по длительности бесперебойного периода изменяется в исследуемом диапазоне водоотдач 0т 100% до 94,9% (5,1%), что составляет в среднем 7,3 м3/с на 1%.
Обеспеченность по объему воды изменяется от 100% до 98,6% (1,4%), что составляет в среднем 27 м3/с на 1% в данном диапазоне водоотдачи. Следует заметить, что характеристика обеспеченности по объему воды в отличие от двух других характеристик обеспеченности не зависит от глубины сокращения водоотдачи. Происходит только перераспределение объема дефицита во времени.
В пределах каждого из выявленных перебойных лет гарантированная водоотдача, так же, как и в предыдущем случае, оказывается сниженной только в течение некоторой части года. При этом она не прекращается полностью кроме лет с крайне-маловодными условиями.
При исследовании гарантированной водоотдачи водохранилищ следует использовать все рассмотренные выше показатели обеспеченности, каждый из которых освещает разные стороны величины гарантированной водоотдачи. Той или иной отрасли хозяйства одни показатели могут соответствовать в большей степени, чем другие. Например, отрасли водоснабжения в наибольшей мере соответствует расчетная обеспеченность по объему доставленной пользователю воды, для судоходства – расчетная обеспеченность по длительности бесперебойного периода. На практике для большинства компонентов водно-ресурсной системы характерно использование параметра расчетной обеспеченности по числу бесперебойных лет.
Глубина сокращения гарантированной водоотдачи. Глубина сокращения гарантированной водоотдачи водохранилища при наступлении маловодного периода регламентируется соответствующими зонами диспетчерского графика. При исчерпании рабочего объема водохранилища, т.е. при наступлении глубокого перебоя за пределами расчетной обеспеченности, водоснабжение вынуждено будет переходить от гарантированных расходов из водохранилища к естественно бытовым расходам реки. Перебой, т.е. ограничение подачи воды потребителям в течение некоторого периода времени, различается по глубине и длительности. При одноразовых перебоях (в отдельные годы) более или менее существенный недостаток воды распространяется на некоторую часть одного года. С повышением отдачи повторяется вероятность повторения перебоя в смежном году. Длительные периоды нормальной работы сменяются группами лет с ограниченной отдачей.
Глубина перебоя бывает различной по перебойным годам и изменяется от нуля до величины, близкой в пределе к годовой отдаче брутто. Из общего количества перебоев значительная часть их имеет небольшие дефициты и лишь очень ограниченное число случаев бывает с большими дефицитами, достигающими 50% и более. Это свидетельствует о высокой надежности работы установки.
Анализ гидролого-водохозяйственной информации, полученной по результатам эксперимента, позволил наметить подходы к обоснованию допустимой глубины сокращения гарантированной водоотдачи при дефиците воды. Для каждого значения гарантированной водоотдачи выявлена зависимость между глубиной сокращения (в процентах от максимальной) и временными характеристиками перебоя – числом месяцев и лет, имеющих превышение заявленной гарантированной водоотдачи над имеющимися в системе водными ресурсами рисунки 7-9.
Как показано на рисунках, тенденция изменения зависимостей в целом идентична. Некоторое отличие, выраженное в более плавном ходе зависимостей числа перебойных месяцев от глубины дефицита, по сравнению с аналогичной зависимостью числа перебойных лет, связано с различным временным масштабом этих двух характеристик обеспеченности. Следует заметить, что изменение глубины дефицита за счет перераспределения его объема во времени практически не увеличивает число перебойных лет в интервале значений глубины от 100% до 40%. Некоторое увеличение числа перебойных лет наблюдается для глубины сокращения, равной 20-40% (в глубину).
Глава 5. Правила управления действующей водно-ресурсной системой
В данном разделе диссертации выполнено изучение разных сторон соотношения величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи ВРС преимущественно одноцелевого назначения на примере водообеспечения Московского региона. Водообеспечение крупного региона подразумевает совокупность питьевого, коммунально-бытового, промышленного и обводнительного видов удовлетворения потребностей в воде. Представлены результаты серии экспериментальных расчетов по изучению дифференциации показателя надежности водообеспечения. Рассмотрены методические подходы к обоснованию обводнительного попуска в системе водообеспечения сложной ВРС.
Обеспеченность компонентов водохозяйственного комплекса. Показатель надежности или расчетной обеспеченности дифференцируется по трем категориям водопользователей: требующих практически бесперебойного удовлетворения водой (95-99% по числу бесперебойных лет); допускающих возможность более или менее частых отклонений от нормального водопользования (обеспеченность 85-90%); стремящихся к наиболее полному использованию располагаемых водных ресурсов, в том числе, к использованию избытков стока (обеспеченность 75-80%). Четкого распределения водопользователей по указанным категориям нет. Рекомендации по отнесению конкретного водопользователя к той или иной категории можно дать лишь весьма условно.
К первой категории обычно относятся коммунальное водоснабжение, крупные гидроэлектростанции с многолетним регулированием стока, теплоэнергетика, а также промышленные предприятия, с существенным ущербом от нарушения нормальной водоподачи.
Ко второй - речной транспорт, небольшие по удельному весу в энергосистеме гидроэлектростанции, некоторые водоемкие промышленные потребители, перерывы в водоподаче у которых не приводят к большим потерям в выпуске продукции и, наконец, сельское хозяйство в аридных зонах, где орошение является основным источником влаги.
Водопользователи третьей категории это сельское хозяйство в зонах неустойчивого увлажнения, рыбохозяйственные предприятия и обводнительные попуски.
В том случае, когда расчетная обеспеченность выражена относительно числом бесперебойных лет, дополнительно регламентируется допустимое снижение водоподачи за пределами обеспеченности, обычно в пределах 10-20% от нормального водопотребления.
Дифференциация показателя надёжности водообеспечения потребителей водных ресурсов. Представленные выше гидролого-водохозяйственные подходы к технико-экономическому обоснованию показателей надёжности водоподачи различным категориям потребителей воды (расчётной обеспеченности) позволяют сформулировать основные предложения к разработке дифференцированных показателей надёжности водообеспечения.
Наиболее отчётливо проблема надёжности проявляется сейчас в отношении обводнительных попусков. Отсутствие нормативов надёжности для этого вида водопользования приводит к тому, что эти попуски являются замыкающими водохозяйственный баланс водопользователями. Рекомендуется ввести для обводнительных попусков двухступенный норматив обеспеченности, один из которых относился бы к величине обязательного во всех условиях водности обводнительного попуска в требуемом по экологическим или санитарным условиям режиме, и второй - для условий нормальной водности. Второй норматив может составить около 90% по числу бесперебойных лет и относиться к обводнительному попуску в р. Москву в размере 30 м3/с.
В таблице 10 представлены один из фрагментов расчета водоподачи в Московский регион и попуска в нижний бьеф Иваньковского водохранилища. В таблице представлены значения гарантированной водоподачи в Москву (А), м3/с, число перебойных лет (N), длительности перебойных периодов (К), показатели обеспеченности по числу бесперебойных лет (Р1) и продолжительности бесперебойного периода (Р2).
Таблица 10. Расчёт величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи двух компонентов водохозяйственного комплекса
| A, м3/с | Для гарантированной водоподачи, м3/с | Для попусков, м3/с | ||||||
| N, лет | P1, % | K,месяцы | P2, % | N, лет | P1, % | K,месяцы | P2, % | |
| 63 78 15 | 0 15 | 100 78,4 | 0 134 | 100 94,9 | 1 | 97,3 | 9 | 99,7 |
| 66 82 16 | 0 18 | 100 74,3 | 0 155 | 100 94,1 | 2 | 95,9 | 15 | 99,4 |
| 69 86 17 | 0 23 | 100 67,7 | 0 219 | 100 91,7 | 4 | 93,2 | 23 | 99,1 |
| 72 90 18 | 0 23 | 100 67,7 | 0 237 | 100 91,0 | 6 | 90,5 | 36 | 98,6 |
| 75 94 19 | 1 25 | 97,3 64,9 | 2 278 | 99,9 89,4 | 7 | 89,2 | 58 | 97,8 |
| 78 98 20 | 2 28 | 95,9 60,8 | 7 331 | 99,7 87,4 | 10 | 85,1 | 65 | 97,5 |
Как показывают результаты расчетов, принятые правила управления позволили обеспечить определённый уровень снижения гарантированной водоотдачи в маловодные годы. В данном случае допустимое снижение водоотдачи не должно превышать 20 % от величины гарантированной водоподачи в Москву, а попуск в нижний бьеф Иваньковского гидроузла не может быть меньше 5 м3/с. Как показали результаты расчета, разработанные правила управления позволяют поддерживать указанные выше условия для водоподачи в Москву в пределах 90 м3/с. При дальнейшем увеличении водоотдачи это условие выполнить затруднительно.
Обеспеченность обводнительного попуска (на примере бассейна Верхней Волги). При обосновании надёжности функционирования водно-ресурсной системы, предназначенной для водообеспечения крупного региона, кроме наиболее изученных экономических показателей возможного ущерба у водопользователей при недостатке воды могут быть выделены и другие виды ущерба. Например, социальный, моральный и экологический (природоохранный) виды ущерба.
Высокий уровень надежности гарантированной водо отдачи водохранилищ водообеспечения Московского региона (95-97% по числу бесперебойных лет) обуславливает необходимость предвидеть возможные последствия срыва этой отдачи, поскольку такие последствия могут быть весьма значительными. Очевидно, что в крайне-маловодных условиях, когда теоретически должен наступить предполагаемый “срыв” отдачи, т.е. её сокращение и, как следствие, ущерб в одной из перечисленных выше форм или их сочетаний, уменьшение по сравнению с гарантированной величиной, негативная нагрузка на природу и человека существенно возрастет по сравнению с обычными, благоприятными условиями. Так как водообеспечение региона может быть подразделено на такие составляющие, как питьевое, коммунально-бытовое, промышленное и обводнительное, можно предположить, что в условиях недостатка воды все эти составляющие будут подвержены сокращению потребляемых водных ресурсов. Сокращение водных ресурсов для каждой составляющей будет иметь, по-видимому, разную степень
Как известно, существенно повысить величину и надежность водообеспечения в Московском регионе позволило регулирование речного стока водохранилищами. Однако, вместе с положительным эффектом регулирования, обнаружился и отрицательный эффект. В современных условиях в пределах г. Москвы и ниже его по течению, река представляет собой зарегулированный водоем, водный режим которого определяется главным образом попусками воды из вышерасположенных водохранилищ. Незначительная в целом скорость течения реки, относительно небольшие глубины, концентрация взвешенных в воде примесей органического и неорганического происхождения способствуют тому, что за годы эксплуатации на дне р. Москвы в черте города скопилось большое количество осадков.
Рекомендации по уточнению правил управления водно-ресурсными системами в условиях повышенных экологических требований. При научном обосновании, проектировании и создании водохранилищ в развивающихся водно-ресурсных системах, расположенных в крупных речных бассейнах, ведущая роль принадлежит формированию основных принципов управления в периоды различной водности. При разработке основных принципов управления решаются две главные задачи. Первая - удовлетворение пользователей воды и электроэнергии с необходимой обеспеченностью (надежностью). Вторая - обеспечение как безопасности гидротехнических сооружений в составе водно-ресурсных систем, так и экологических требований вблизи водохранилищ и на участках нижних бьефов гидроузлов.
Разработка и формирование принципов управления водно-ресурсными системами в условиях изменяющейся водности, обобщение этих принципов в «Основные правила использования водных ресурсов», на практике осуществляется для конкретных водохозяйственных объектов, и служат руководством по практической эксплуатации водных ресурсов.
Как известно, до недавнего времени при планировании, проектировании и обосновании надежности функционирования водно-ресурсных систем (ВРС) - систем, состоящих из водохранилищ, зарегулированных и не зарегулированных речных русел, искусственных каналов и т.д. - экономические показатели ущерба у водопользователей при недостатке водных ресурсов превалировали над другими показателями. Между тем, значимость, например, природоохранных требований к режиму функционирования водно-ресурсных систем, которая и в предыдущие периоды времени, по крайней мере, декларировалась, в современных условиях резко возросла.
Анализируя правила управления водохранилищ, предназначенных для повышения степени водообеспечения и надежности водоснабжения крупного промышленного региона, следует отметить, что требования водопользователей к режиму функционирования гидроузлов такого назначения также значительно повысились. Роль экологических участников, комплекса к режиму функционирования по сравнению с предыдущим периодом времени значительно возросла.
Следует особо отметить, что разработка и формирование правил управления, выполненных несколько десятилетий назад, проводились, как правило, достаточно упрощенно, в частности, без использования средств быстродействующей вычислительной техники, отсутствовавшей в тот период времени у разработчиков правил управления. Применение современных средств вычисления также следует считать важным фактором в анализе и разработке правил управления водными ресурсами водохранилищ в новых условиях. Использование метода имитационного моделирования в исследовании сложных водно-ресурсных систем позволяет существенно улучшить качество разработок.
Имитационные математические модели для выработки рекомендаций по уточнению правил управления сложными водохозяйственными системами базируются на теории управления сложными системами, теории регулирования речного стока, а также на анализе практики водохозяйственного проектирования и опыте эксплуатации существующих водно-ресурсных систем.
Как показали выполненные исследования, необходимость пересмотра существующих «Основных положений правил использования водных ресурсов» определяется следующим.
- Несоответствием проектных и фактических функций
водохранилища в водно-ресурсной системе в условиях
эксплуатации.
- Выявлением новых, не предусмотренных проектом режимов
использования водных ресурсов, например, таких, как
ограничение сработки водохранилища зимой и принудительной
сработкой летом для целей повышения рыбопродуктивности этих
водохранилищ.
- Необходимостью детального исследования вопросов, связанных с
величиной и обеспеченностью как гарантированных, так и
минимальных природоохранных попусков в нижние бьефы гидроузлов, величины допустимой глубины их сокращения в условиях недостатка воды.
- Отсутствием научнообоснованных и утвержденных нормативов
расчетной обеспеченности водопотребления участников
водохозяйственного комплекса и, прежде всего, его экологической
составляющей.
Глава 6. Повышение надежности при совместном использовании поверхностного и подземного стока
В данном разделе диссертации разработан гидролого-водохозяйственный подход к совместному управлению ресурсами поверхностных и подземных вод в условиях маловодного периода. Предлагаемый подход, направленный на сокращение или полное устранение дефицита гарантированной водоотдачи при управлении поверхностными водами состоит в том, что подземные источники рассматриваются не как альтернатива поверхностному стоку, а как резерв для компенсации дефицита речного стока в маловодных условиях.
Использование природных вод для водообеспечения крупного региона неизбежно связано с нарушением естественных природных процессов и часто приводит к существенным, а иногда и к необратимым отрицательным явлениям в окружающей среде. При этом наиболее заметное влияние на окружающую среду оказывают регулирующие речной сток водохранилища, которые коренным образом меняют естественный гидрологический режим источников водных ресурсов. Эксплуатация подземных вод приводит к понижению их уровня и даже к практически полной их сработке за расчетный период, что в основном влияет на окружающую среду. Эти явления достаточно отчетливо прослеживаются при водоснабжении Московского региона (Великанов, Клёпов, Минкин, 1993, 1994).
Повышение надежности при совместном использовании поверхностного и подземного стока. Рассмотрены методические и практические приемы обоснования совместного использования поверхностных и подземных вод на примере Московского региона.
Подземные воды, учитывая ограниченность их запасов и меньшую подверженность загрязнению, закреплены законом для исключительного использования на нужды хозяйственно-питьевого водоснабжения, в то время как каких-либо ограничений на использование речного стока нет. Поэтому основная тяжесть в решении проблемы водообеспечения народного хозяйства до сих пор ложилась на поверхностные водные ресурсы.
В результате этого любое увеличение отдачи речных ВРС приводит либо к необходимости создания новых водохранилищ, либо привлечения водных ресурсов из других бассейнов. Оба эти мероприятия являются в настоящее время весьма нежелательными, прежде всего по экологическим соображениям. Вместе с тем, при отказе от них, увеличение потребностей в водных ресурсах приведет к снижению надежности их удовлетворения существующими ВРС. Это явление, как было показано в [Великанов, Хранович, Клёпов и др., 1994] также нежелательно, поскольку при наметившейся тенденции к снижению водоёмкости производства происходит повышение требований к надежности гарантированной отдачи. При использовании подземных вод в качестве постоянного источника водоснабжения, происходит сработка их эксплуатационных запасов, после чего приходится отыскивать новые источники водоснабжения. В этом состоит основное отличие эксплуатационных запасов подземных вод от возобновляемых ресурсов поверхностных вод.
Предлагаемый подход состоит в том, что удовлетворение растущих потребностей в воде происходит за счет увеличения отдачи существующих ВРС без увеличения их регулирующей способности, то есть без создания новых водохранилищ. При этом происходит увеличение вероятности наступления перебойных периодов, обусловленных естественными колебаниями речного стока. Компенсация дефицита гарантированной водоотдачи, возникающего в маловодных условиях, осуществляется за счет интенсивной эксплуатации ресурсов подземных вод, которые включаются в единую систему водоснабжения. В многоводные периоды, когда водообеспечение может полностью осуществляться из поверхностных источников, забор воды из подземных источников прекращается или снижается до технически необходимого минимума. В эти периоды происходит естественное восполнение подземных горизонтов.
Экологические преимущества такой системы совместного управления ресурсами поверхностных и подземных вод состоит в том, что повышение гарантированной отдачи существующих ВРС происходит без создания новых водохранилищ и без интенсивной сработки запасов подземных вод. Такое управление может быть осуществлено путем создания технических систем водоснабжения, в которых подача воды пользователям может производиться равноправно как из источников поверхностных, так и подземных вод.
Попытки решить эту проблему начались достаточно давно. В водном хозяйстве проблема обоснования гарантированной отдачи и ее обеспеченности решалась на основе рассмотрения различных путей компенсации дефицита водных ресурсов, возникающего при функционировании ВРС [Проблемы надежности, 1994]. Возможности восполнения подземных запасов за счет поверхностного стока были предметом исследований гидрогеологов [Ковалевский и др., 1980]. Водозаборы инфильтрационного типа, заложенные на берегах водотоков и водоемов, нашли широкое применение в практике водоснабжения. Однако теоретические исследования по созданию ВРС, где ресурсы поверхностных вод и подземные источники водоснабжения работают в совместном режиме, начались сравнительно недавно [Кумсиашвили,1980, Клюквин и др., 1981, Великанов, Клёпов Минкин, 1993, 1994; Великанов, Глухих, Хранович, 1998, Великанов, Хранович, Клёпов и др., 1994, Ковалевский, 1996, Минкин и др., 1996].
Этот подход был развит и доведен до конкретных результатов при решении задачи совместного использования поверхностных и подземных вод в Московском регионе [Великанов, Хранович, Клёпов и др., 1994). В частности, было показано, что совместное использование поверхностных и подземных водных ресурсов в единой системе водоснабжения позволяет повысить гарантированную отдачу ВРС при сохранении требуемой надежности водоотдачи без увеличения регулирующего объема водохранилищ. Дальнейшие исследования были направлены на разработку правил управления ВРС, такая задача была сформулирована впервые.
Совместное управление поверхностными и подземными водами в целях наиболее эффективного их использования направлено на повышение надежности водоснабжения крупнейших городов, уменьшения экологической опасности, связанной как с развитием поверхностных источников водоснабжения, так и с интенсификацией использования подземных вод. Такое управление состоит в том, что определенная часть подземных вод используется не постоянно, а только в маловодные периоды, когда возникает дефицит поверхностного стока. Для поиска наиболее оптимального способа управления двумя источниками водных ресурсов поставленная задача была сведена к разработке правил управления водохозяйственной системой на Верхней Волге. Цель такого управления заключается в том, чтобы уменьшать глубину дефицита за счет увеличения его длительности. Особенность данной задачи состоит в том, что в ней исследуется работа системы как бы за пределами расчетной обеспеченности, поскольку по существу решается задачи обоснования гарантированной отдачи и, следовательно, необходимо знать возможные дефициты воды, их глубину и длительность.
Разработка правил управления при совместном использовании поверхностных и подземных вод (на примере Верхневолжской водохозяйственной системы). Разработанные в предыдущей главе диссертации правила управления позволили выполнить анализ функционирования Верхневолжской части ВРС Московского региона и получить характеристики гарантированной отдачи и ее обеспеченности, а также глубины и длительности дефицитных периодов, что может служить основой для дальнейшего исследования задачи совместного использования поверхностных и подземных водных ресурсов в Московском регионе.
Рассматривая возможность повышения гарантированной отдачи Верхневолжской системы путем привлечения подземных вод для компенсации дефицитов гарантированной водоотдачи, обусловленных этим повышением, экспертным путем и предварительными исследованиями было установлено, что в районе Иваньковского водохранилища можно рассчитывать на получение 8 - 10 м3/с из подземных источников для компенсации дефицитов поверхностного стока. Поэтому в работе была предпринята попытка увеличить гарантированную отдачу Верхневолжского источника водоснабжения Москвы с 78 м3/с до 86 м3/с не снижая ее надежности за счет привлечения подземных водных ресурсов. Из теории регулирования речного стока известно, что при наличии регулирующих объемов в водохранилищах системы повышение отдачи воды не приводит к такому же увеличению дефицита в перебойные годы. Ответить на вопрос как изменится обеспеченность и возможный дефицит водоподачи при изменении гарантированной отдачи можно только на основании подробного расчета регулирования стока. Водохозяйственные последствия предложения об увеличении гарантированной отдачи Верхневолжской системы до 86 м3/с были проверены на разработанной имитационной модели с помощью разработанных правил. Результаты проведенного анализа представлены в таблице 11.
Как показали выполненные расчеты при увеличении гарантированной отдачи Верхневолжской системы на 8 м3/с величина возможного дефицита, и его продолжительность будут зависеть не только от параметров речного стока и параметров водохранилищ, но и не в меньшей степени от правил управления водохранилищами.
Таблица 11. Результаты расчетов совместного использования поверхностного и подземного стока
| Д е ф и ц и т | |||||||
| при разработанных правилах | при простых правилах | ||||||
| QI=78 м3/с | QII=8 м3/с | Qн.б м3/с | QI=78 м3/с | QII=8 м3/с | Qн.б м3/с | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1920/21 | JAN FEB | 0 0 | 8,00 8,00 | 0 15,00 | 0 0 | 0 0,55 | 0 0 |
| 1921/22 | MAR1 MAR2 JUN1 JUN2 JUN3 SEP OCT NOV DEC JAN FEB | 0 12,49 0 0 0 0 0 0 0 0 8,83 | 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 | 15,00 15,00 25,00 25,00 25,00 25,00 25,00 15,00 15,00 15,00 15,00 | 46,18 53,95 0 0 0 0 0 0 21,58 52,69 58,49 | 8,00 8,00 0 0 0 0 0 0 8,00 8,00 8,00 | 15,00 15,00 0 0 0 0 0 0 15,00 15,00 15,00 |
| 1922/23 | MAR1 MAR2 MAR3 | 52,25 0 18,42 | 8,00 8,00 8,00 | 15,00 15,00 15,00 | 52,25 0 25,13 | 8,00 8,00 8,00 | 15,00 7,63 15,00 |
| 1930/31 | JUN3 | 0 | 8,00 | 25,00 | 0 | 0 | 0 |
| 1939/40 | NOV FEB | 0 0 | 8,00 8,00 | 15,00 15,00 | 0 0 | 0 0 | 0 0 |
| 1940/41 | MAR2 MAR3 | 0 0 | 8,00 8,00 | 15,00 0 | 26,76 28,47 | 8,00 8,00 | 15,00 15,00 |
| 1944/45 | FEB | 0 | 8,00 | 15,00 | 0 | 0 | 0 |
| 1945/46 | MAR2 MAR3 | 0 0 | 8,00 4,69 | 0 0 | 0 5,69 | 0 8,00 | 0 15,00 |
| 1964/65 | NOV JAN FEB | 0 0 0 | 8,00 8,00 8,00 | 15,00 15,00 15,00 | 0 0 0 | 0 0 0 | 0 0 0 |
| 1965/66 | MAR1 MAR2 MAR3 APR1 | 0 0 0 0 | 8,00 8,00 8,00 8,00 | 15,00 15,00 14,89 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 0 |
| 1996/97 | JAN FEB MAR1 MAR2 MAR3 | 0 0 0 0 0 | 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 | 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 | 0 0 0 0 0 | 0 0 0 0 0 | 0 0 0 0 0 |
В качестве эталонного режима работы водохозяйственной системы был принят режим работы двух указанных водохранилищ по так называемым «простым правилам». В этом случае в качестве управляющих функций используются только две линии наполнения водохранилищ - одна соответствует отметке НПУ, другая - уровню полной сработки. Очевидно, что режим отдачи водохранилищ, полученный с помощью этих правил, не может соответствовать ни поставленной цели, ни современной практике управления режимом водохранилищ. Однако работа по таким правилам обеспечивает наиболее полное использование водных ресурсов вне зависимости от принятой системы приоритетов удовлетворения требований различных водопользователей. Инвариантность получаемых результатов позволяет рассматривать этот режим в качестве эталона для сравнения эффективности использования водных ресурсов по другим правилам управления. Сопоставление результатов управления по разработанным правилам и по простым (эталонным) правилам представлено в таблице 11.
Так при простых правилах управления (табл. 11), число перебойных лет увеличивается до пяти; при этом в трех годах 1921/22, 1922/23 и в 1940/41 перебои достигают очень большой величины, что, естественно, недопустимо. Таким образом, проведенный анализ работы системы в условиях повышения ее отдачи на 8 м3/с в пределах расчетной обеспеченности потребует привлечения подземного источника в размере не больше чем 8 м3/с, что позволило увеличить отдачу Верхневолжской системы с 78 до 86 м3/с.
Результаты выполненного исследования свидетельствуют о перспективности совместного использования поверхностных и подземных вод и необходимости дальнейших исследований в этом направлении. Естественно, что эта концепция требует дальнейших и более глубоких экономических, гидрогеологических, водохозяйственных и экологических обоснований.
Заключение
В диссертации рассмотрены методические и практические приемы развития и совершенствования гидролого-водохозяйственного обоснования построения правил управления и функционирования водно-ресурсных систем на основе изучения критерия расчетной обеспеченности их гарантированной водоотдачи.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. В условиях развивающихся рыночных отношений, когда экономический и экологический ущербы от нарушения нормальной водоподачи возрастают, требования к надёжности бесперебойного водоснабжения неизбежно будут повышаться. Решение проблемы надёжности гарантированной водоотдачи действующих водно-ресурсных систем может быть достигнуто либо путём увеличения регулирующего объема водохранилищ, либо за счёт привлечения новых источников водных ресурсов. И тот и другой способы повышения надёжности затратны и экологически не безопасны. В качестве альтернативы предлагается получить дополнительный прирост водоотдачи посредством рационализации правил совместного функционирования водохранилищ в системе на основе гидролого-водохозяйственного обоснования критерия расчетной обеспеченности гарантированной водоотдачи.
2. В диссертации дана характеристика современного состояния методов управления режимом работы систем водохранилищ. Показано, что наиболее эффективным методом является диспетчерский метод управления. Рассмотрены и проанализированы диспетчерские правила и графики целого ряда водохранилищ, предназначенных как для промышленного и коммунального водообеспечения крупных промышленных регионов России, так и водохранилищ комплексного назначения. Рассмотрены основные особенности систем водообеспечения крупнейших мировых мегаполисов и условия функционирования систем водохранилищ, входящих в состав этих систем.
3. Разработана расчетная схема управления водными ресурсами, основанная на имитационной математической модели функционирования сложной системы водохранилищ на примере системы водообеспечения Московского региона. Обобщены и систематизированы существующие исходные материалы по действующей системе водохранилищ для проведения имитационного эксперимента с целью изучения критерия расчетной обеспеченности гарантированной водоотдачи и построения на этой основе правил управления режимом ее работы.
4. Проанализированы различные варианты функционирования водно-ресурсной системы и исследована водохозяйственная обстановка за пределами расчетной обеспеченности в условиях недостатка водных ресурсов для различного сочетания водохранилищ в системе. Показано, что при исчерпании полезного объема водохранилища в условиях наступления дефицита гарантированной водоотдачи за пределами расчетной обеспеченности приходиться вынужденно переходить от гарантированных расходов воды из водохранилища к сниженным расходам воды.
5. В работе показано, что при сокращении гарантированной водоотдачи в маловодных условиях глубина перебоя бывает различной по перебойным годам и может изменяться от нуля до величины, близкой к годовой водоотдаче. Анализ возможных ситуаций работы системы водохранилищ в условиях недостатка воды подтверждает, что увеличение гарантированной водоотдачи может достигаться за счет удлинения перебойного периода. Показано, что в системе водообеспечения Московского региона такое увеличение периода времени с дефицитом водных ресурсов, как правило, приходится на одни и те же маловодные периоды. Например, увеличение гарантированной водоотдачи системы для интервала обеспеченности 97-95% (по числу бесперебойных лет) достигается увеличением общего числа перебойных месяцев на 6-10, что составляет около 1% за многолетний период в 90 лет.
6. Ограничение водоподачи потребителям в течение некоторого периода времени различается по глубине и длительности. При единичных перебоях недостаток воды распространяется на часть периода в течение одного года. С повышением гарантированной водоотдачи увеличивается вероятность перебоя в смежном году. Длительные периоды нормальной работы сменяются группами лет с сокращенной водоотдачей. Подавляющее большинство перебоев составляют малые перебои, поэтому резервирование сравнительно небольшого объема воды (10-20% отдачи) или подвод из другого источника, существенно повышает обеспеченность работы водохранилищ. Для смягчения перебоя следует переходить на снижение водопотребления в соответствии с диспетчерскими правилами работы системы.
7. В диссертации дан анализ различных характеристик расчетной обеспеченности гарантированной водоотдачи водохранилищ – по объему предоставленной пользователю воды, по числу бесперебойных лет, по длительности бесперебойного периода. Установлено, что расчетная обеспеченность по длительности бесперебойного периода больше, чем расчетная обеспеченность по числу бесперебойных лет, которая в свою очередь меньше, чем расчетная обеспеченность по объему предоставленной воды. Показано, что высокая расчетная обеспеченность гарантированной водоотдачи (по числу бесперебойных лет) в пределах от 97% до 95% позволяет увеличить водоотдачу системы Московского региона на 10-14 м3/с (5-7 м3/с на один процент снижения обеспеченности), в пределах от 95% до 91% - на 13-18 м3/с (3-5 м3/с на один процент снижения обеспеченности), в пределах от 91% до 88% - на 6-7 м3/с (2-3 м3/с на один процент снижения обеспеченности). Таким образом, при снижении обеспеченности в диапазоне от 97% до 88% может быть достигнут прирост, составляющий 25-30% от современной водоотдачи действующих водохранилищ системы.
8. Изучена степень надежности (расчетной обеспеченности) удовлетворения потребностей в воде различных водопользователей водохозяйственного комплекса в рамках единого критерия расчетной обеспеченности в условиях недостатка водных ресурсов. Показано, что удовлетворять все виды водопользования с одинаковой степенью надёжности в реальных условиях функционирования не предоставляется возможным. В системе показателей надёжности гарантированной водоотдачи необходимо переходить на двухступенный показатель надёжности. Первый показатель надёжности должен относиться к нормальным условиям эксплуатации системы и может быть понижен для некоторых видов водопользования с 95 % до 90% по числу бесперебойных лет. В частности, это может относиться к обводнительным попускам в Московском регионе в р. Москву в размере 30 м3/с. Второй показатель должен относиться практически к бесперебойному водообеспечению и по продолжительности бесперебойного периода и по объёму предоставленной воды должен приближаться к 100%.
9. Разработан гидролого-водохозяйственный подход к совместному управлению ресурсами поверхностных и подземных вод в условиях маловодного периода. Предлагаемый подход, направленный на сокращение или полное устранение дефицита гарантированной водоотдачи при управлении поверхностными водами состоит в том, что подземные источники рассматриваются не как альтернатива поверхностному стоку, а как резерв для компенсации дефицита речного стока в маловодных условиях.
Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:
В научных изданиях, рекомендуемых ВАК
1. Клёпов, В.И. О выборе расчетной обеспеченности промышленного и коммунального водоснабжения /[текст] В.И.Клёпов // Водные ресурсы. - М., - 1982.- №2.- С. 144-146.
2. Клёпов, В.И. Определение гарантированной водоотдачи системы водохранилищ для водоснабжения /[текст] А.Л. Великанов, В.И.Клёпов // Гидротехническое строительство.- М., 1983. - № 9. - С. 15-18.
3. Клёпов, В.И. О гарантированной водоотдаче Иваньковского водохранилища /[текст] В.И.Клёпов // Водные ресурсы. – М., 1990.- №5.- С. 143-151.
4. Клёпов, В.И. Исследование гарантированной отдачи системы водохранилищ при совместном и раздельном управлении (на примере Московского региона) /[текст] В.И.Клёпов // Водные ресурсы. – М., 1992.- № 3.- С.135-145.
5. Клёпов, В.И. Совместное использование поверхностных и подземных вод в Московской агломерации /[текст] А.Л. Великанов, В.И.Клёпов, Е.Л.Минкин // Водные ресурсы. – М., 1994. - №. 6.- С. 711-714.
6. Клёпов, В.И. Проблемы управления водными ресурсами ВХС Московского региона /[текст] В.И.Клёпов // Водные ресурсы. – М., 1996. - №. 5 - С. 241-245.
7. Клёпов, В.И. Синхронность стока рек и учет ее влияния при управлении водно-ресурсной системой /[текст] В.И.Клёпов, Л.Ф. Сотникова// Использование и охрана природных ресурсов в России. – М.: НИА-Природа, 2004.- № 3. - С. 45-49
8. Клёпов, В.И. Управление природоохранными попусками в бассейне Верхней Волги как способ повышения надежности водообеспечения Московского региона /[текст] В.И.Клёпов // Водные ресурсы. – М., 2007.- №5. - С. 626-630.
9. Клёпов, В.И. Гидрологическое обоснование совместного использования поверхностного и подземного стока для водообеспечения Москвы /[текст] В.И.Клёпов // Использование и охрана природных ресурсов в России. – М.: НИА-Природа, 2007. - №5. - С. 9-13.
10. Клёпов, В.И. Разработка и построение правил управления водно-ресурсной системой в маловодных условиях /[текст] В.И.Клёпов // Использование и охрана природных ресурсов в России.– М.: НИА-Природа, 2008.- №4.- С. 15-18.
11. Клёпов, В.И. Исследование величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи водохранилищ при управлении речной системой в условиях маловодного периода /[текст] В.И.Клёпов // Природообустройство. - М., 2009. - №5. - С. 81-85.
12. Клёпов, В.И. Определение дефицита отдачи водно-ресурсной системы в маловодных условиях /[текст] В.И.Клёпов // Использование и охрана природных ресурсов в России. – М.: НИА - Природа, 2010.- №1.- С. 12-16.
13. Клёпов, В.И. Методика построения правила управления водно-ресурсной системой в условиях пониженной водности условиях /[текст] В.И.Клёпов // Использование и охрана природных ресурсов в России. – М.: НИА - Природа, 2011.- №1. - с. 26-29.
14. Клёпов, В.И. Надежность и риск при управлении сложной водно-ресурсной системой (на примере Московского региона) /[текст] В.И.Клёпов // Природообустройство. – М., 2011.- №2.- с. 63-68.
15. Клёпов, В.И. Развитие методики управления водными ресурсами сложной системы водохранилищ /[текст] В.И.Клёпов // Мелиорация и водное хозяйство. – М.: МГУП, 2011.- № 3.- с.17-22.
16. Клёпов, В.И. Управление водными ресурсами Московского региона для устойчивого водообеспечения в маловодных условиях /[текст] В.И.Клёпов // Гидротехническое строительство. – М., 2011 (в печати).
17. Клёпов, В.И. Методика гидролого-водохозяйственного обоснования гарантированной водоотдачи сложных водно-ресурсных систем /[текст] В.И.Клёпов // Водное хозяйство России. – Екатеринбург, 2011 (в печати).
В разделах коллективных монографий
18. Клёпов, В.И. Проблемы надежности при многоцелевом использовании водных ресурсов /[текст] А.Л. Великанов, И.Л. Хранович, В.И.Клёпов// М.: Наука. - 1994. - с. 65-93.
19. Клёпов, В.И. Водные ресурсы и качество вод: состояние и проблемы управления /[текст] // В.И. Данилов-Данильян, В.Г. Пряжинская и др. М.: РАСХН.- 2010. - с. 146-167.
В сборниках
20. Клёпов, В.И. Управление водными ресурсами Москворецкой и Вазузской водохозяйственных систем /[текст] В.И.Клёпов // Проблемы изучения и использования водных ресурсов. - М.: ИВП АН СССР. 1979. - С. 130-134.
21. Клёпов, В.И. Возможности повышения водоотдачи водохранилищ Вазузской гидротехнической системы /[текст] В.И.Клёпов // Четвертое научно-техническое совещание Гидропроекта «Совершенствование научных исследований с целью повышения эффективности строительства и эксплуатации ГЭС, ГАЭС и АЭС. – М.: 1982. - С. 55-57.
22. Клёпов, В.И. Управление водными ресурсами системы водохранилищ с учетом колебаний речного стока /[текст] В.И.Клёпов // Депонент ВИНИТИ, № 782-83, М.: 1983.
23. Клёпов, В.И. Обоснование гарантированной водоотдачи системы водохранилищ /[текст] К.Н. Бестужева, Д.Н. Коробова, В.И. Пойзнер, В.И. В.И.Клёпов // Международный конгресс «Оптимальное использование водных ресурсов». Варна., ИВП БАН. - 1983. - С. 397-404.
24. Клёпов, В.И. О правилах управления системой водохранилищ /[текст] О.В.Польский, В.И.Клёпов//Научная конференция « Гидрологические исследования и водное хозяйство в бассейне р. Москвы». М.: 1983. - С. 41-43.
25. Клёпов, В.И. Гарантированная водоотдача Москворецкой и Вазузской систем водоснабжения /[текст] В.И.Клёпов // Научные труды Гидропроекта. М.: Вып.99. - 1985. - С. 15-21.
26. Клёпов, В.И. Исследование величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи системы водохранилищ /[текст] А.Л. Великанов, В.И.Клёпов // Х школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 1986. - С. 191-192.
27. Клёпов, В.И. Методы гидрологических расчетов зарубежных проектов /[текст] В.И.Клёпов // Научные труды Гидропроекта. М.: Вып. 121. 1987. - С. 81-88.
28. Клёпов, В.И. Методы расчетов регулирования минимального стока в СССР /[текст] В.И.Клёпов // Х11 школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 1988. - С.227-228.
29. Клёпов, В.И. Об оценке ущерба при сокращении гарантированной отдачи водохранилищ для водообеспечения крупных городов /[текст] А.Л.Великанов, В.И.Клёпов //Всесоюзная научно-практическая конференция «Экономический механизм рационального использования ресурсов и охрана окружающей среды». Днепропетровск, 1989. - С. 75-77.
30. Клёпов, В.И. Исследование глубины сокращения водоотдачи водохранилищ за пределами расчетной обеспеченности при регулировании стока в бассейне Верхней Волги /[текст] В.И.Клёпов // 1V Всесоюзная школа-семинар «Управление водными ресурсами суши: теория и практика». М.: 1989. - С. 106-111.
31. Клёпов, В.И. К оценке экологического ущерба при сокращении гарантированной водоотдачи водохранилищ для водообеспечения крупных городов /[текст] В.И.Клёпов // Х111 школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 1989. - С. 46-47.
32. Клёпов, В.И. Анализ функционирования системы водохранилищ с применением ЭВМ /[текст] А.Л. Великанов, В.И.Клёпов // Техническая сессия МАВР «Применение ЭВМ в водном хозяйстве». М.: 1989. - С.211-220.
33. Клёпов, В.И. Некоторые особенности экологического ущерба при вынужденном сокращении гарантированной отдачи водно-ресурсной системы /[текст] А.Л. Великанов, В.И.Клёпов // Всесоюзная конференция «Методология экологического нормирования». Харьков. 1990. - С.36-39.
34. Клёпов, В.И. Моделирование величины и надежности гарантированной отдачи системы водохранилищ /[текст] В.И.Клёпов //Научная конференция «Математические проблемы экологии». Чита. 1990. - С. 28-29.
35. Клёпов, В.И. Исследование функционирования ВХС водообеспечения Москвы: учет и ограничение экологических последствий создания и эксплуатации /[текст] В.И.Клёпов // Советско-французский симпозиум «Чистота воды столиц мира – контроль за качеством воды в Москве и Париже». М.: 1991. - С.30-34.
36. Клёпов, В.И. О гарантированной отдаче водохранилища и факторах, ее определяющих /[текст] В.И.Клёпов //Научная конференция « Математические проблемы экологии». Душанбе 1991. - С.74-75.
38. Клёпов, В.И. Управление водными ресурсами в бассейне Верхней Волги /[текст] В.И.Клёпов // Вторая международная конференция по гидрологии и управлению водными ресурсами. Пекин, КНР. 1995. –С.28-31.
38. Клёпов, В.И. Управление речным стоком в бассейне Верхней Волги с учетом природоохранных попусков /[текст] В.И.Клёпов // ХХV11 школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 1999. - С. 88-90.
39. Клёпов, В.И. Анализ развития современного водообеспечения Московского региона /[текст] В.И.Клёпов // ХХV111 школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 2000. - С. 111-113.
40. Клёпов, В.И. Безопасность и риск в системе водообеспечения Московского региона /[текст] В.И.Клёпов // Научная конференция «Современные проблемы стохастической гидрологии». М.: 2001. - С.150-152.
41. Клёпов, В.И. Особенности водно-ресурсных систем крупнейших городов мира стоком /[текст] В.И.Клёпов // ХХ1Х школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 2001. - С. 186-187.
42. Клёпов, В.И. Формирование и управление природоохранными попусками в бассейне Верхней Волги для повышения качества водообеспечения Москвы /[текст] В.И.Клёпов //Международная конференция Акватек». М.: 2002.- С.175-176.
43. Клёпов, В.И. О качестве воды водно-ресурсной системы Московского региона /[текст] В.И.Клёпов // ХХХ школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 2002. - С. 107-108.
44. Клёпов, В.И. Синхронность стока рек в бассейне Верхней Волги и ее влияние на качество управления водно-ресурсной системой /[текст] В.И.Клёпов // ХХХ школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 2002.- С. 145-147.
45. Клёпов, В.И. Методические и практические приемы учета синхронности речного стока при управлении водно-ресурсными системами /[текст] /[текст] В.И.Клёпов, Л.Ф. Сотникова // ХХХ1 школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 2003. – С. 25-28.
46. Клёпов, В.И. Исследование и анализ природоохранных попусков как способ повышения надежности водообеспечения крупного региона /[текст] В.И.Клёпов // 1 Всероссийский Конгресс работников водного хозяйства. М.: 2003. С.62-66.
47. Клёпов, В.И. О диспетчерском методе управления речным стоком /[текст] В.И.Клёпов //ХХХ111 школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 2005. - С. 87-89.
48. Клёпов, В.И. Безопасность и риск при управлении речной системой в условиях маловодного периода /[текст] В.И.Клёпов //V11 научно практическая конференция «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций». Красная Поляна. 2007. - С.61-62.
49. Клёпов, В.И. Управление водными ресурсами в Московском регионе в маловодных условиях /[текст] В.И.Клёпов // Труды международной конференции «Управление водно-ресурсными системами в экстремальных условиях». Акватек. М.: 2008. - С. 175-176.
50. Клёпов, В.И. Математические модели для разработки стратегии управления водно-ресурсными системами /[текст] В.И.Клёпов // ХХХV1 школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 2008. - С. 161-162.
51. Клёпов, В.И. Разработка и построение правил управления водно-ресурсной системой в маловодных условиях /[текст] В.И.Клёпов // ХХХV1 школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 2008. - С. 162-163.
52. Клёпов, В.И. Особенности управления водными ресурсами в бассейне Верхней Волги в современных условиях /[текст] В.И.Клёпов // II научно-практическая конференция «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов». Пермь. 2009. - С.81-85.
53. Клёпов, В.И. Об имитационном подходе к моделированию водообеспечения Московского региона /[текст] В.И.Клёпов, И.И. Макаров // ХХХV11 школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону. 2009. - С. 161-162.
54. Клёпов, В.И. Изучение правил функционирования водно-ресурсной системы для устойчивого водообеспечения Московского региона /[текст] В.И.Клёпов // Международная научно-практическая конференция «Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов», Днепропетровск, 2009. - С. 62-65.
55. Клёпов, В.И. Водные ресурсы рек России и их использование /[текст] В.И.Клёпов, Л.Ф. Сотникова // Международная научно-практическая конференция «Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов», Днепропетровск, 2009, - С. 55-57.
56. Клёпов, В.И. Критерий надежности управления водно-ресурсной системой для водоснабжения и факторы, его определяющие /[текст] В.И.Клёпов // Международная научно-практическая конференция «Чистая вода 2009», Кемерово, 2009. - C 74-78.
57. Клёпов, В.И. О гидрологических основах моделирования и обоснования совместного использования поверхностных и подземных вод в Московском регионе /[текст] В.И.Клёпов // Международная научная конференция «Ресурсы подземных вод. Современные проблемы изучения и использования». М.: изд-во МГУ, 2010. - С.235-242.
58. Клёпов, В.И. Надежность отдачи водохозяйственных систем в изменяющихся природных и социально-экономических условиях /[текст] В.И.Клёпов // 8 международная конференция «Государственное управление в 21 веке: традиции и инновации». М.: Изд-во МГУ, 2010. - С. 313-320.
59. Клёпов, В.И. Методы управления поверхностными водными ресурсами /[текст] В.И.Клёпов // Международная научно-практическая конференция «Социально-экономические и экологические проблемы сельского и водного хозяйства». Часть 3. «Водные объекты: состояние, проблемы и пути решения». М.: Изд-во МГУП, 2010. - С. 83-89.
60. Клёпов, В.И. Управление водными ресурсами крупного региона /[текст] В.И.Клёпов // II научно-практическая конференция «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов». Пермь. Изд-во Пермского университета, 2011. – С.
61. Клёпов Гидролого-водохозяйственное обоснование устойчивого водообеспечения крупного региона/[текст] В.И.Клёпов // Всероссийская научная конференция «Устойчивость водных объектов, водосборных и прибрежных территорий; риски их использования», Изд-во АН РАН, Калининград, 2011. – С.
62. Klepov, V.I. Combined use of surface and groundwater in the Moscow agglomeration as a means of reducing negative environmental impact/A.L. Velikanov, V.I. Klepov, E.L. Minkin// Second USA/USSR Joint Conference on Environmental Нhydrology and Hydrogeology. Washington, USA, 1993. - P. 49-52.
63. Klepov, V.I. Management of the water resources in the large region under risk conditions / V.I. Klepov // International Symposium «Statistical and Bayesian methods in hydrological sciences». Paris. UNESCO. 1995. - Р. 121-125.
64. Klepov, V.I. Use and management of the water resources in the Moscow region under risk conditions / V.I. Klepov // International Conference in Water Resources and Environment Research: Towards the 21st Century. Kyoto. Japan. 1996. - P. 29-31.
65. Klepov, V.I. Water resources in the Moscow region: use and management / V.I. Klepov // International Conference FRIEND-97. Postojna. Slovenia. 1997. - Р. 139-147.
66. Klepov, V.I. Risk conditions of the water supply in the Moscow region / V.I. Klepov // International congress «Hydrogeology and land use management». Bratislava. Slovak Republic. 1999. - P. 21-24.
67. Klepov, V.I. Safety and risk of the water supply in the Moscow region / V.I. Klepov // The 8th International Symposium on Stochastic Hydraulics. Balkema. Beijing. China. 2000. - Р. 399-402.
68. Klepov, V.I. An approach to the analysis and modeling of water resource system of a large region / V.I. Klepov // International Symposium on water resources and environmental impact assessments, Balkema. Istanbul. Turkey. 2001. - Р. 49-53.
Рисунок 4. Характеристика дефицита гарантированной водоотдачи Верхневолжской подсистемы
Рисунок 5. Характеристика дефицита гарантированной водоотдачи Москворецкой подсистемы
Рисунок 6. Характеристика дефицита гарантированной водоотдачи Вазузской подсистемы
Рисунок 7. Зависимость числа перебойных лет от глубины сокращения водоотдачи
Рисунок 1. Диспетчерский график работы водохранилищ Вазузской гидротехнической системы
Рисунок 8. Зависимость обеспеченности по числу бесперебойных лет от глубины сокращения водоотдачи
Рисунок 9. Зависимость обеспеченности по длительности бесперебойных периодов от глубины сокращения водоотдачи
