Водохозяйственный комплекс бассейна реки Иртыш в условиях перераспределения речного стока выше трансграничных створов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.16, кандидат технических наук Романова, Юлия Анатольевна

  • Романова, Юлия Анатольевна
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2013, Москва
  • Специальность ВАК РФ05.23.16
  • Количество страниц 238
Романова, Юлия Анатольевна. Водохозяйственный комплекс бассейна реки Иртыш в условиях перераспределения речного стока выше трансграничных створов: дис. кандидат технических наук: 05.23.16 - Гидравлика и инженерная гидрология. Москва. 2013. 238 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Романова, Юлия Анатольевна

Введение.

Глава 1. Современные проблемы трансграничных бассейнов и методология их решения в Российской Федерации и за рубежом.

1.1. Мировая практика в урегулировании отношений в сфере совместного использования трансграничных водных объектов.

1.2. Изучение трансграничных водных объектов, затрагивающих интересы Российской Федерации, анализ материалов и обзор методик.

Глава 2. Река Иртыш как водный объект трехсторонних интересов.

2.1. Черный Иртыш - водохозяйственный комплекс на территории Китайской Народной Республики.

2.2. Водохозяйственный комплекс р.Иртыш на территории Республики Казахстан.

2.3. Река Иртыш ниже государственной границы с Российской Федерацией (створ г. Омск).

2.4. Действующие соглашения о международном сотрудничестве трех стран: Китая, Казахстана и России.

Глава 3. Водохозяйственная модель бассейна р. Иртыш в пределах КНР.

3.1. Структура водохозяйственного комплекса и режим водопользования.

3.2. Проекты территориального перераспределения стока.

3.3. Имитационная модель для оценки притока р. Иртыш к трансграничному створу.

3.4. Оценка репрезентативности и однородности многолетнего стокового ряда в створе Бухтарминской гидроэлектростанции.

Глава 4. Имитационная водохозяйственная модель бассейна р. Иртыш территории Республики Казахстан.

4.1. Режим водопользования от створа Бухтарминской ГЭС до Омска.

4.2. Имитационная модель для расчета регулирования стока р.Иртыш каскадом водохранилищ Бухтарминской и Шульбинской гидроэлектростанций.

Глава 5. Исследование регулирующей способности каскада водохранилищ

Бухтарминской и Шульбинской гидроэлектростанций.

5.1. Варианты сценариев функционирования водохозяйственной системы р.Иртыш в целом по бассейну.

5.2. Оптимизационная модель для оценки гарантированной отдачи Иртышского каскада водохранилищ.

5.3. Обобщение и анализ результатов исследований.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Гидравлика и инженерная гидрология», 05.23.16 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Водохозяйственный комплекс бассейна реки Иртыш в условиях перераспределения речного стока выше трансграничных створов»

Актуальность темы. Решение задач в области использования и охраны водных объектов, совершенствования и развития водохозяйственного комплекса Российской Федерации связано с оценкой водохозяйственной ситуации, разработкой и принятием мер по рациональному использованию и сохранению водно-ресурсного потенциала. Несоответствие распределения водных ресурсов с размещением населения и развитием экономики весьма актуально для нашей страны.

Водохозяйственная напряженность усиливается на трансграничных водных объектах. Протяженность границ по водным объектам составляет более 7 тыс. км. Приток из сопредельных стран оценивается в 227 км3 при транзитном стоке в другие страны примерно 15 км3 в год.

Современные исследования водных ресурсов, особенно в части прогнозирования водообеспеченности на перспективу, связаны с проблемами постоянно увеличивающегося влияния хозяйственной деятельности на речной сток. При неуклонном росте водопотребления отмечается существенное ухудшение качества воды и экологического состояния водных объектов. Обе тенденции становятся сдерживающим фактором для экономического роста развивающихся стран. Проблема трансграничных водных объектов усугубляется еще и тем, что потребление воды в одном месте ограничивает доступ к ней в другом. Существуют и другие вопросы, связанные уже с пограничными створами. Многогранность ситуации требует аналитического обобщения с последующей выработкой рекомендаций и документов для объективного решения проблем вододеления и совместного управления водными ресурсами.

Наиболее значимыми для России «партнерами» по совместному использованию вод являются КНР и Республика Казахстан.

Международные водные бассейны с их водосборами и водоразделами, включая озера и грунтовые воды, используемые более чем одной страной, покрывают более половины суши на Земле. Использование речного стока выше по течению определяет то, каким образом река может быть использована ниже, что само по себе может стать поводом и для спора, и для сотрудничества. Подобная ситуация сложилась на территории бассейна реки Иртыш. Верхняя часть бассейна р. Иртыш расположена в Китайской Народной Республике, средняя часть находится на территории Республики Казахстан и нижняя часть бассейна располагается на территории Российской Федерации. [8, 26, 102]

Для Китая водные ресурсы Иртыша - основа развития и заселения территории Сянь-Чжань Уйгурского автономного района республики. В ближайшие годы при росте экономического потенциала страны, вызванного освоением новых территорий СУАР, топливно-энергетических и земельных ресурсов, возникнет серьезная проблема с водообеспечением стран, расположенных ниже по течению.

На основании проведенных исследований ведущих российских ученых: С.Н.Крицкого, М.Ф.Менкеля, А.Д. Саваренского, их учеников и последователей, внесших огромный вклад в развитие стохастической и инженерной гидрологии, водного хозяйства и гидроэнергетики: А.Е. Асарина, К.Н. Бестужевой, Е.Г. Блохинова, A.JI. Великанова, Я.Д. Гильденблатта, Г.Х. Исмайылова, H.A. Картвелишвили, И.В. Гуглия, Д.В. Коренистова, Я.Ф. Плешкова, Д.Я. Ратковича, А.Ш. Резниковского, Г.Г. Сванидзе и других специалистов, а также многочисленных публикаций по теме исследований можно утверждать, что в ближайшей перспективе водные ресурсы станут максимально приоритетными природными ресурсами, способными провоцировать внешнеполитические конфликты. Необходима надежная и корректная технология совместного водопользования и управления водными ресурсами трансграничных бассейнов. В договорных соглашениях следует регламентировать не только общие моменты, но и детализировать механизм распределения имеющихся водных ресурсов между объектами и субъектами вододеления.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационных исследований заключается в проведении комплексной оценки влияния прогнозируемого использования вод в китайской части бассейна Иртыша на водообеспеченность Республики Казахстан и РФ на участке реки между двумя государственными границами. Водопользование в КНР рассматривается с учетом планируемых ее правительством мероприятий по регулированию и территориальному перераспределению стока. Предполагается, что результаты настоящих исследований заложат основу рекомендаций технического и правового характера для совместного использования водных ресурсов Иртыша тремя заинтересованными сторонами.

Соответственно были сформулированы задачи диссертации:

- провести комплексный анализ объема и режима водопотребления на территории КНР в пределах иртышского бассейна и построить схему водохозяйственного районирования бассейна р. Черный Иртыш;

- разработать компьютерную версию имитационной водохозяйственной модели для территории Китая и путем постворного водохозяйственного баланса рассчитать многолетний приток к трансграничному створу в месячных интервалах времени применительно к разным сценариям реализации проектов территориального перераспределения стока в КНР;

- оценить однородность и репрезентативность гидрологического ряда в граничном створе (с. Буран) и выполнить переход к створу Бухтарминской гидроэлектростанции;

- используя материалы открытых публикаций, СКИОВР Оби и Иртыша и других проектных разработок прошлых лет, определить режим использования водных ресурсов Иртыша выше границы России с Казахстаном в обозримой перспективе; разработать укрупненную компьютерную версию имитационной водохозяйственной модели каскада Бухтарминского и Шульбинского водохранилищ, провести вариантные расчеты для оценки изменения гарантированной водоотдачи под влиянием проектов КНР и прогнозируемого развития водопотребления в РК;

- для обоснования режима регулирования стока каскадом названных водохранилищ в будущем разработать алгоритм оптимизационной водохозяйственной модели; сформулировать рекомендации для совершенствования процесса совместного управления водными ресурсами бассейна р. Иртыш.

Предмет и объект исследования. Предмет исследований -водохозяйственная обстановка в бассейне р. Иртыш, которая является важнейшим социально-экономическим показателем, отражающим с одной стороны состояние сложного и разветвленного водохозяйственного комплекса, а с другой стороны способность сопредельных стран, в данном случае Китая, Казахстана и России, к конструктивному сотрудничеству в области водно-экономических отношений. Объект исследований - водохозяйственный комплекс реки Иртыш. Водные пути почти на всём протяжении Иртыша имеют исключительное значение для экономики.

Научная новизна работы.

1. Впервые проведены конструктивные исследования объема и режима водопользования на территории КНР в пределах иртышского бассейна; построена схема водохозяйственного районирования в бассейне Черного Иртыша; на основе разработанной имитационной воднобалансовой модели рассчитана антропогенная поправка к многолетним гидрологическим рядам стока на границе с Казахстаном и в створе Бухтарминской ГЭС, позволяющая получить многолетние последовательности притока Иртыша к границе с Казахстаном для диапазона изменения объемов водопотребления и режимов изъятия воды выше трансграничного створа КНР-РК.

2. Разработана имитационная модель для оценки регулирующей способности каскада Бухтарминского и Шульбинского водохранилищ в условиях перераспределения речного стока выше створа БГЭС.

3. Для обоснования режима регулирования каскада в конкретной ситуации разработана постановочная версия оптимизационной модели.

4. Впервые выполнена вариантная оценка состояния водохозяйственного комплекса Иртыша на участке реки от створа БГЭС до границы Республики Казахстан с Российской Федерацией, в зависимости от прогнозируемых изменений водного режима реки вследствие реализации проектов территориального перераспределения в КНР и роста водопотребления в РК.

Достоверность полученных результатов. Достоверность результатов по всем позициям диссертационных исследований обеспечена использованием утвержденных методов гидрологических и водохозяйственных расчетов и сопоставлением результатов исследований с реальной обстановкой в бассейне Иртыша. Прогноз снижения стока р. Черный Иртыш в ближайшей перспективе согласуется с материалами СКИОВО Иртыша (Казахстан 2005 г.) и более ранними результатами проектных и научно-исследовательских разработок, выполненных ЗАО ИКК «СОВИНТЕРВОД».

Практическая значимость работы. Практическая значимость работы обусловлена высокой актуальностью рассматриваемых проблем и конкретными результатами для оценки водохозяйственной ситуации в трансграничном бассейне. Водохозяйственная обстановка в китайской части бассейна в значительной степени влияет на ситуацию в створе Бухтарминской гидроэлектростанции, расположенной в Казахстане. Бухтарминское водохранилище на протяжении десятилетий было гарантом водообеспечения огромного водохозяйственного комплекса на участке от БГЭС до г. Омска: водный транспорт и энергетика, промышленное и коммунально-бытовое водоснабжение (в том числе водозаборные сооружения г.Омска), орошение, водоподача в засушливые области Казахстана по каналу Иртыш-Караганда, обводнение плодородной Павлодарско-Омской поймы. Последствия прогнозируемого сокращения стока без адекватных компенсационных мер могут вызвать падение уровня озера Зайсан, разделение Бухтарминского водохранилища и озера Зайсан со снижением регулирующей емкости, прекращение судоходства, необратимое ухудшение экологических условий на всем протяжении Иртыша до г. Омска. Таким образом, режим использования водных ресурсов в бассейне Иртыша, не может быть прерогативой вышележащей державы, а должен устанавливаться тремя странами в ходе постоянного переговорного процесса посредством обоснованных совместных решений. Приведенные соображения определили выбор водохозяйственного комплекса Иртыша в качестве объекта исследований.

Методы исследований. Теоретический анализ, имитационное и оптимизационное моделирование, анализ и обобщение результатов модельных экспериментов, сопоставление экспериментальных и натурных данных.

На защиту выносится методология анализа водохозяйственной обстановки в бассейне р. Иртыш с учетом реализованных и прогнозируемых проектных решений в КНР и республике Казахстан.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации неоднократно докладывались на научно-практических и научно-технических конференциях в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» и ОАО «ВНИИГ имени Б.Е.Веденеева». Диссертация обсуждалась на совместных заседаниях кафедры «Комплексного использования водных ресурсов» и кафедры «Гидрологии, гидрогеологии и регулирования стока» МГУП, докладывалась в ОАО «Институт Гидропроект», изложена в ряде статей и в одной из глав монографии «Вопросы рационального использования водных ресурсов и проектного обоснования водохозяйственных систем».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 146 страницах. Состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 5 приложений. Содержит 52 таблицы, 63 рисунка. Список литературы включает в себя 117 наименований, в том числе 16 иностранных изданий.

Похожие диссертационные работы по специальности «Гидравлика и инженерная гидрология», 05.23.16 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Гидравлика и инженерная гидрология», Романова, Юлия Анатольевна

Выводы н рекомендации

1. Анализ сценариев развития роста водопотребления указывает на необходимость системного подхода в оценке ситуации, сложившейся водохозяйственной обстановке в бассейне реки Иртыш. В связи с этим было принято решение о проведении комплексной оценки влияния водопотребления

КНР и Республики Казахстан на режим работы Верхне-Иртышских гидроэлектростанций, с последующим определением гарантированной отдачи каскада и возможного ущерба, который могут нанести последствия нерационального водопотребления на вышележащей территории.

2. Создание имитационной модели режима работы каскада Бухтарминского и Шульбинского водохранилищ при разных вариантах притока на территорию Республики Казахстан, стало для нас первоочередной задачей диссертационных исследований. Решение этого вопроса позволит рассмотреть различные сценарии распределения гарантированных попусков водных ресурсов с учетом требований водного транспорта и орошения на территории Казахстана и сформировать объективную оценку влияния перераспределения стока в КНР на изменение притока воды на территорию Республики Казахстан и Российской Федерации.

Глава 4. Имитационная водохозяйственная модель р.Иртыш для территории Республики Казахстан

Современные водохозяйственные проблемы - это много факторные задачи, при решении которых необходимо учитывать природные особенности региона, динамику экономического развития, социальные аспекты и многое другое. Решение задач по развитию и функционированию водохозяйственных систем (далее ВХС) возможно на основе методов математического моделирования.

В настоящее время к актуальным проблемам в области водного хозяйства относятся:

- оптимизация совместного использования водных ресурсов;

- определение параметров и рациональных режимов функционирования ВХС;

- оценка и прогноз динамики водно-солевого баланса и качества природных вод;

- оптимизация структуры и параметров водоохранных комплексов;

- оценка влияния ВХС на социально-экономическую сферу и природную среду;

- обоснование вариантов устойчивого экономически эффективного и экологически безопасного развития территории;

- защита от наводнений и иных видов вредного воздействия вод;

- функционирование водных и прибрежных экосистем, а также связанных с ними экосистем суши и другие, более частные задачи.

Обоснование эксплуатационных режимов функционирования ВХС осуществляется на базе выбранных вариантов перспективного развития объектов и систем мониторинга. Соответствующие модели принимают форму, как задач имитации, как наиболее общих, так и задач оптимизации, нацеленных на решение конкретных вопросов. Имитационные модели позволяют осуществлять многоаспектные исследования функционирования ВХС. В результате получается обобщенная информация о характеристиках объекта моделирования. В первую очередь, это - показатели надежности функционирования всей системы, а также ее отдельных элементов при рассмотрении разнообразных сценариев функционирования. Критерием выполнения той или иной конкретной функции служит факт попадания соответствующего динамически изменяющегося показателя в некоторый заранее определенный диапазон нормальных условий функционирования.

Результат имитационного эксперимента представляет собой динамическую картину функционирования ВХС в модельном интервале времени (периоде имитации) при фиксированных стратегических параметрах и правилах управления. Он позволяет провести оценку и принять решение либо о продолжении экспериментов с измененными задаваемыми параметрами, либо о дополнительных расчетах по другим моделям, либо о приемлемости анализируемых характеристик ВХС.

Можно выделить три основные функции имитационной модели:

1. Обеспечение потребителя удобным аппаратом ввода, контроля и коррекции параметров ВХС, а также обеспечение связей со смежными проблемными задачами. Эта функция дает пользователю возможность выбрать вариант работы имитационной модели, исходя из специфики объекта.

2. Имитационный эксперимент - получение динамических характеристик функционирования любых элементов ВХС в произвольно заданные интервалы времени.

3. Статистическая обработка результатов имитационного эксперимента и получение интегральных характеристик функционирования ВХС. Цель этой функции заключается в преобразовании чрезвычайно обширной результирующей информации имитационного эксперимента в форму, пригодную для анализа пользователями.

Таким образом, формируется следующее определение имитационного моделирования. Имитационное моделирование - это процесс конструирования модели реальной системы и постановки экспериментов на этой модели с целью - либо понять поведение системы, либо оценить (в рамках ограничений, накладываемых некоторым критерием или совокупностью критериев) различные стратегии, обеспечивающие функционирование данной системы.

Модели становятся в настоящее время необходимым элементом всех крупных водохозяйственных проектов и используются в качестве аналитического инструмента решения вопросов трансграничного вододеления. Важнейшее значение при построении модели, имеет правильный выбор критерия оптимальности водопользования. Поэтому для решения комплекса вопросов по решению проблем вододеления, требуется системно разработать множество вариантов водохозяйственной стратегии и оценить вероятные последствия осуществления этих вариантов.[15, 28, 29, 34, 41, 61, 80, 114]

4.1. Режим водопользования от створа Бухтарминской ГЭС до Омска

Объем и режим водопользования от створа БГЭС до г.Омска регламентируется режимом работы каскада Верхне-Иртышских гидроэлектростанций. Регулирование стока каскадом ГЭС ведется в интересах участников водохозяйственного комплекса, включающего в себя: орошение, промышленность, коммунально-бытовое хозяйство, животноводство, судоходные и санитарные природоохранные попуски, гидроэнергетику и рекреационные нужды.

В таблице 40 представлены сводные расчетные данные по сформировавшемуся водопотреблению основных отраслей народного хозяйства бассейна р.Иртыш на территории Республики Казахстан с учетом уровня развития экономики страны на ближайшую перспективу 2014-2015 гг.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.