Совершенствование обеспечения эксплуатации низконапорных гидроузлов в целях улучшения условий судоходства в их бьефах (на примере Нижегородского гидроузла на р. Волга)

Во введении обоснована актуальность темы исследований, цель,
задачи, научная новизна, теоретическая и практическая значимость,
изложено краткое содержание работы.
В первой главе приведен общий обзор исследований
гидрологического режима и руслопереформирования в нижних бьефах
ГЭС. Этим вопросам посвящены работы А.Ю. Александровского,
Н.В. Арефьева, З.С. Бабиньского, К.М. Берковича, А.Б. Векслера,
В.М. Доненберга, Б.А. Иванова, Н.И. Маккавеева, Г.Ф. Федорова и др.
Вопросами улучшения судоходного состояния в нижнем бьефе
конкретно Нижегородской ГЭС занимались и занимаются такие
ученые и практики, как В.А. Иваницкий, В.А. Кривошей,
Б.А. Самогин, С.В. Соболь, А.В. Февралев, Р.Д. Фролов.
Гидродинамике речного потока НБ ННГЭС, влиянию ее на условия
судоходстваиэксплуатационныепараметрысудоходных
гидротехнических сооружений уделяют свое внимание в последнее
время ученые Волжского государственного университета водного
транспорта А.Н. Ситнов, И.В. Липатов, Ю.Е. Воронина, М.В. Шестова
и др.
Освещены гидрологические условия исследуемого участка и
сложившиеся условия для судоходства. Местоположение створа
ННГУ выбрано в районе о. Ревякский на территории городского
округа Нижний Новгород (Сормовский район) недалеко от поселка
Большое Козино (на траверзе 890,5 км судового хода р. Волги), в
15 км выше устья р. Оки и в 40,5 км ниже створа плотины
Нижегородской ГЭС. Данное решение подразумевает, что нижний
бьеф ННГУ будет эксплуатироваться в бесподпертом состоянии, что
может потребовать от служб эксплуатации оперативных действий для
обеспечения нормальной эксплуатации ННГУ и пропуска в
долгосрочной перспективе крупнотоннажного флота.
Уровень воды на участке ННГЭС – ННГУ будет поднят на
отметку 68,0 м БС, что позволит обеспечить проектную
гарантированную глубину в 4 м.
При разработке проектных решений по строительству
Нижегородского низконапорного гидроузла проектной организацией
предложеныследующиепринципиальныерешения:
автоматизированные затворы водосливной плотины низконапорного
гидроузла, обеспечивающие практически постоянные уровни воды
верхнего бьефа ННГУ на абсолютной отметке 68,0 м БС, и
повторяющийся в основном режим расходов, поступающих с
Нижегородской ГЭС, хотя и с меньшей интенсивностью. В составе
низконапорного гидроузла строительство гидроэлектростанции не
планируется. Это говорит о том, что проектируемый гидроузел не
будет привязан к энергетике ни по величине, ни по времени сброса
расходов воды.
Во второй главе исследованы вопросы неравномерности
расходов воды на участке Городец – Нижний Новгород во временном
разрезе и, как следствие, ее влияние на уровенный режим реки и
условия судоходства. Приведен вариативный ряд навигационных
расходов через ННГЭС.
а)б)

Рисунок 1 – Суточный ход: а) расходов воды и б) уровней воды в НБ
ННГУ в проектных (при моделировании) и бытовых условиях
(гидрограф сбросов Нижегородской ГЭС 20 июля 2002 г.)
Анализ проектных решений показал: в верхнем бьефе (ВБ)
амплитуда расходов и уровней воды в проектных условиях (после
строительства ННГУ) против бытовых (до строительства ННГУ)
увеличивается, в НБ также увеличивается (рисунок 1а) и возрастает до
2,5 раз. График колебаний уровней воды (рисунок 1б) показал
сильную неравномерность при проектных условиях, в бытовых –
графики более сглажены.
С целью проверки обеспеченности судоходных глубин в
НБ ННГУ в период межени проведен анализ изменений
навигационныхрасходов,сбрасываемыхчерезННГЭС.
Проанализированы навигационные месяцы 2017 г. с мая по ноябрь. По
результатам обработки данных генерации ННГЭС и наблюдения за
уровнями воды в ВБ и НБ ННГЭС, построены графики расходов,
сбрасываемых ежечасно за каждые сутки навигационных месяцев.
Обобщая полученные графики, следует отметить:
– неравномерность и большýю амплитуду сбрасываемых расходов
(в меженный период расходы воды через ННГЭС изменяются от
392 м3/с до 3988 м3/с);
– расходы и уровни НБ ННГУ в проектных условиях в
определенное время (ночные, вечерние и утренние часы) не
обеспечивают транспортного попуска (ТП), принятого в размере
1140 м3/с, при котором формируется проектная глубина, причем такая
ситуация наблюдается уже в мае, и в дальнейшем она только
ухудшается.
Для установления вариации стока и определения возможности
пропуска более равномерного расхода через створ ННГУ выполнен
гидрологический прогноз для каждого часа суток навигационного
периода (май – ноябрь) 2017 г. По методу моментов определены
расходы воды различной обеспеченности, построены графики,
показывающие,чтовеличинатранспортногопопускане
выдерживается в ночные и утренние часы даже в мае при расходах
высокой (90÷99,9%) обеспеченности. В меженный период (август)
величина попуска не выдерживается не только в ночные и утренние
часы (для расходов 25÷99,9%), но и в вечерние, причем для расходов
уже выше 60% обеспеченности. Похожие результаты были получены
и в исследованиях других ученых.
Такимобразом,поставленнаяцельполиквидации
лимитирующего участка в створах НБ ННГЭС ÷ ВБ ННГУ
достигается, но вместе с тем неравномерность сбросов в нижний бьеф
ННГУ влечет за собой негативные последствия (высокие скорости
течения, деформации русла, возможные лимитирующие глубины в
нижнем бьефе ННГУ) вплоть до Нижнего Новгорода.
Третья глава обосновывает целесообразность оптимизации
суточного регулирования стока низконапорным гидроузлом.
Проводится верификация возможности регулирования стока реки
водохранилищем, создаваемым ННГУ. Описывается проведенный
лабораторный эксперимент по регулированию сброса воды на
неразмываемой модели в состоянии подпора, опыт проводится на базе
гидротехнической лаборатории кафедры водных путей и
гидротехнических сооружений ВГУВТ. Модель представляет собой
участок русла реки (рисунок 2). В ходе эксперимента оценивается
связь между подаваемыми расходами воды на входе площадки и
значениями слоя воды, который формируется над порогом водослива
в конце площадки (создающийся напор на водосливе); анализируются
наблюдаемые скорости добегания волны от начального створа к
конечному в зависимости от положений подвижной стенки водослива
в конце площадки; оценивается формирующийся при каждом опыте
уклон свободной поверхности воды. Лабораторный эксперимент
показал тесную связь между расходами воды на входе и уровнями
воды на выходе, которая оценивается коэффициентом корреляции,
равным0,98.Проведенныеисследованияподтверждают
необходимость и возможность в регулировании расходов воды через
водослив ННГУ с целью пропуска возможно более равномерного
расхода в НБ. Предполагается, что эти мероприятия решат задачи
обеспечения глубин для судопропуска и снизят негативное
воздействие на руслоформирование в НБ ННГУ.

Рисунок 2 – Схема русловой площадки
Для определения диапазона расходов, в котором можно
проводить суточное регулирование в створе ННГУ, выполняется
водобалансовый расчет создаваемого водохранилища. Расчет
суточного регулирования стока проводится графически при помощи
построения интегральной кривой стока (ИКС). ИКС строится для
расходов, поступающих с ННГЭС в течение суток (по часам) для
каждого месяца навигационного периода на примере 2017 г. при
разных обеспеченностях.
Для иллюстрации показаны графики августа (рисунок 3), из
которых следует, что расход, проходящий в августе с 75%-ой
вероятностью превышения с нуля до 11,5 часов (точка пересечения
ИКС с графиком ТП), не даѐт нужного объема воды, чтобы
обеспечить габариты по глубине для судопропуска, – наблюдается
дефицит воды (провал графика). В остальное время суток
наблюдаются «излишки» воды: ИКС проходит выше красного
лучевого графика. Причем, площадь над графиком ИКС до красной
линии (лучевого графика ТП) меньше площади под графиком ИКС
после точки пересечения (с 11,5 ч. до 24 ч.), что говорит о том, что
при такой обеспеченности расходов «излишки» покрывают
«недостатки» и вода еще остается. Это дает право при
перераспределении стока накапливать воду на следующие сутки для
достижения ТП, либо максимально приблизить или увеличить
интервалвремени, обеспечивающий судоходные габариты.
С выполнением подобных расчетов и построений появилась
возможность для каждого месяца показать обеспеченность расходов
воды различного процента вероятности превышения в течение суток.
Результаты приведены на примере августа на рисунке 4, где голубая
линия показывает, сколько часов обеспечен ТП при разной
обеспеченности расходов без введения регулирования; красная линия
– то же с введением регулирования; заштрихованная площадь –
полученный эффект.

Рисунок 3 – Графический расчетРисунок 4 – Обеспечение
суточного регулирования стока врасходов воды не ниже
августе 75,0% обеспеченоститранспортного попуска
расхода(1140 м3/с) в августе
Результаты расчетов показывают принципиальную возможность
улучшения судоходных условий в НБ ННГУ, для чего требуется
разработка математической модели регулирования сбросов и
алгоритма решения задачи с учетом ограничений, налагаемых
гидрологическим режимом верхнего и нижнего бьефов и другими
условиями.
В четвертой главе разработаны научно-методические подходы к
оптимизации суточного регулирования стока ННГУ и показана их
эффективность. Подходы включают математическую модель решения
задачи внутрисуточного регулирования сброса воды через ННГУ. Она
сводится к трансформации суточного гидрографа ННГЭС в суточный
гидрограф ННГУ с учетом наложенных ограничений и имеет целью
минимизацию отклонений интервальных расходов воды через ННГУ
от среднесуточного расхода ̅:
∑|̅|(1)
где: – период внутрисуточного регулирования расходов через ННГУ,
=;– отыскиваемая величина расхода воды через створ ННГУ,
назначаемая в-ом периоде, м3/с,.
– соответственно, минимальные и максимальные
расходы в плановых сутках через ННГЭС, м3/с; ̅–
среднесуточный расход через створ ННГУ в плановые сутки, м3/с.
Математическая модель имеет граничные условия (ГУ):
Граничное условие 1 (ГУ.1). Соблюдение условия транзитности:
∑(2)
где:– продолжительность i-го периода в плановые сутки, ч; –
переводной коэффициент, = 3,6 × 10-3;– суточный объем
сброса воды с ННГЭС, млн. м ;3
– суточный объем стока,
зависящий от приточности водохранилища, потребления воды на
осуществление шлюзования и т.д., млн. м3.
Величина, по результатам водохозяйственных расчетов,
составляет менее 1%, поэтому принято.
Граничное условие 2 (ГУ.2). Расход воды, сбрасываемый в
нижний бьеф ННГУ, не должен быть ниже транспортного попуска
, принятого равным 1140 м3/с (с целью обеспечения глубин в
нижнем бьефе ННГУ не ниже гарантируемых без дополнительного
комплекса путевых работ).
(3)

Для выполнения ГУ.2 могут требоваться дополнительные объемы
воды, которых в плановых сутках нет, поскольку накопление воды для
обеспечения транспортного попуска происходит в период, следующий
за «провальным» (ночные и утренние часы). В этой связи объем
должен накапливаться раньше и переходить с предыдущих суток на
плановые. Накопление данных объемов будет связано с
незначительным повышением уровня воды (УВ) на водохранилище,
образованном ННГУ.
Граничное условие 3 (ГУ.3). Уровни воды на водохранилище в
створе ННГУ должны находиться в диапазоне значений от
минимальных (68,0 м БС) до максимально возможных ( ) по
условиям ветро-волнового режима, конструктивных параметров
затворов ННГУ и др. характеристикам. По проектным решениям с
учетом возможного нагона ветровой волны в створе ННГУ
повышение уровня воды равно 0,6 м. В работе расчеты выполнялись
до отметки 68,5 м БС.
≤(4)
где:отметка воды в створе верхнего бьефа ННГУ,
соответствующая накопленному объему воды с учетом подаваемых
расходов с ННГЭС и сбрасываемых расходов в i-х периодахчерез
водослив ННГУ. Связь между расходами воды ,
отметками уровней воды, объемами накопления воды на
водохранилище во временном разрезе формализована и отражена в
выражениях (10, 11);– предельное значение уровня воды.
Выполнение ограничений модели (2)–(4) позволит при
регулировании стока ННГУ осуществить комплексное обоснование
соблюдения необходимых условий судоходства и эксплуатации
водохранилища в бьефах ННГУ: в верхнем бьефе – чтобы уровни в
створе ННГУ не выходили за границы отметок 68,0 ÷ 68,4 (68,5) м БС,
в нижнем бьефе – чтобы выполнялся транспортный попуск и
транзитность стока.
Для решения задачи по математической модели требуется знание
отметок кривых свободной поверхностей воды (СПВ) на участке при
разных расходах ННГЭС и отметках уровней воды в створе ННГУ и
определение на их основе объема возможного накопления воды в
водохранилище.
На основании расчетов кривых свободной поверхности воды
(методом Н.Н. Павловского) получены объемы воды в водохранилище
W, в том числе дополнительныепри -х отметках УВ в створе
ННГУ выше проектной (ZННГУ > 68,0 м БС) в зависимости от
подаваемых расходов с ННГЭС QННГЭС. Результаты представлены в
таблице 1. Они показывают, что при отметке ВБ ННГУ 68,5 м БС
возможно накопить до 21,40 млн. м3, чего вполне достаточно для
осуществления внутрисуточного регулирования.
Таблица 1 – Дополнительные
объемы воды в водохранилище
ННГУ в зависимости от
подаваемых расходов с
ННГЭС, млн. м3
Z ННГУ, м БС
QНГЭС,
м3/с
68,0
68,1
68,2
68,3
68,4
68,5
12,88
17,15
21,40
4,32
8,22
11,97
15,96
19,91
1000

3,96
7,95
11,70
15,58
2000

3,30
5,38
8,53
10,92
13,76
3000

2,70
5,45
8,09
Рисунок 5 – Кривые свободной
10,88
13,40
4000

2,86
5,48
8,11

поверхности воды на участке ННГУ
– ННГЭС
Поиск решения задачи по разработанной математической модели
(1)–(4) имеет многовариантный характер и обладает большой
трудоемкостью. По результатам анализа способов решения задачи
предложен механизм регулирования стока, который раскрыт через
совокупность последовательно выполняемых операций. Алгоритм
решения задачи представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 – Алгоритм решения задачи регулирования стока
Блок 1 представлен исходными данными, включающими в себя
совокупность кривых СПВ при разных отметках УВ в створе ННГУ и
дополнительных объемов воды на водохранилище, создающихся при
превышении отметки 68,0 м БС, а также величину транспортного
попуска для нижнего бьефа ННГУ, обеспечивающего в нем проектные
глубины.
Блок 2 отражает начальные условия, определяемые почасовым
графиком выработки мощности ННГЭС на плановые сутки.
Блок 3 определяет способ разработки суточного гидрографа
ННГЭС на плановые сутки.
Уровни воды Горьковского водохранилища изменяются за
навигацию в диапазоне 84,0 ÷ 83,6 м БС в границах расчетных
уровней НПУ и уровня навигационной сработки (УНС). Уровни
нижнего бьефа ГЭС в условиях отсутствия регулирования стока
ННГУ представлены кривыми СПВ (рисунок 5), отметки которых в
створе ГЭС при разных значениях расходов через машинный зал
уточнены и детализированы в данной работе, а в створе ННГУ
они неизменны и равны 68,0 м БС. Это позволяет определить напор в
створе ННГЭС для расчетных значений УВ Горьковского
водохранилища (84,0 ÷ 83,6 м БС) и при фиксированных расходах
(500 ÷ 4000 м3/с) рассчитать по известной зависимости
мощность.
При наличии совокупности пар значений–
решается обратная задача нахождения планового расхода ННГЭС при
заданной мощности путем получения уравнений регрессии:
(5)
где:– подаваемый расход с ННГЭС при заданной мощности;
– плановая мощность ННГЭС; a, b, c – эмпирические
коэффициенты, зависящие от расхода, подаваемого с ННГЭС, и
напора на ГЭС.
Уравнения регрессии построены из условия равенства расходов
воды через ННГЭС, принятых при расчете кривых СПВ на участке
ННГУ – ННГЭС, и при аналитическом определении расхода через
мощность ГЭС.
Расчетный расход(формула 5) дополнительно
корректируется на снижение мощности ГЭС из-за уменьшения напора
при создании водохранилища.
Блок 4 содержит материалы по обоснованию недостающих в
целях регулирования стока объемов воды на плановые сутки с
использованием применяемых в гидрологии методов математической
статистики и теории вероятностей.
Недостающие объемы воды, переходящие на плановые
сутки с предыдущих суток, определяются за период «провальных»
часов, причем в качестве временной расчетной границы принимается
момент (час) превышения расхода ННГЭС над транспортным
расходом, с последующим суммированием объемов воды через
ННГЭС за период «провальных» часов, определением среднего
расхода ННГЭС за этот периоди недостающего объема воды
для обеспечения транспортного попуска в периоде.
∑,
(∑)(6)
В расчетахпринимает значения: если (∑
), то; если (∑), то
(|∑|)
Одновременно возникает необходимость сопоставления их с
возможностями водохранилища по созданию дополнительных
объемов воды в немвыше отметки 68,0 м БС. Для этого
используются расчетные параметры по объемам воды на
водохранилище (таблица 1), определенные по материалам
исследований кривой СПВ.
Построение теоретической кривой обеспеченности переходящих
объемоввыполнено по методу трехпараметрического гамма-
распределения дополнительных объемовводы на
водохранилище при отметках– методом
биномиального распределения. Совмещѐнные графики приведены на
рисунке 7, где кривые обеспеченностейпредставлены в виде
кривых распределения вероятностей.
Их анализ показывает, что для принятой в инженерных расчетах
величины доверительной вероятности 95% (обеспеченность 5%) по
навигации 2017 г., нехватка объемов воды для суточного
регулированиясоставила(при5%обеспеченности)
= 10,035 млн. м3, что соответствует отметке в створе ННГУ
68,32 м БС, то есть имеется возможность накопления необходимого
для регулирования стока объема воды. Такая возможность имеется и
при меньшей обеспеченности, когда, например, при 1%
обеспеченности= 12,7 млн. м3, отметкане превысит
68,4 м БС.
Анализгидрографов
показывает, что недостаток
воды для внутрисуточного
регулирования имеет весьма
неравномерный характер и в
первую половину навигации
является эпизодическим, что
позволяетназначать
индивидуальные
переходящие объемы
накаждыесутки
лимитирующего периода. С
наступлениемвторой
половинынавигации
среднесуточныерасходы
ННГЭСуменьшаются
по величине отклонений от
транспортного попуска и
Рисунок 7 – Совмещѐнные графикисопоставимыс
кривой обеспеченности переходящих отклонениями «провальных»
объемови кривыхрасходовв ночные –
распределения вероятности создания утренниечасыот
дополнительных объемовтранспортного попуска.
В этом случае объем, накапливаемый в период, предшествующий
началу лимитирующего, должен переходить с предыдущих суток на
последующие все время.
Блок 5 определяет разработку планового гидрографа ННГУ на
предстоящие сутки, связанного с назначением величины расходов,
проходящих через водосливную плотину с учетом соблюдения
ограничений математической модели (2)–(4) в формате трех- и
двухступенчатых графиков. Методические подходы к разработке
базового (начального) гидрографа ННГУ имеют особенности:
1. При трехступенчатой форме гидрографа ННГУ в первом
периоде (с 0 до 9) назначаются постоянные расходы ННГУ из условия
обеспечения транспортного попуска с учетом переходящего на
плановые сутки объема:
()
,(7)
где:– регулировочный расход через ННГУ в первом периоде, м /с; 3

– объем воды, поступающий с ННГЭС за первый период, млн. м3;
– переходящий объем воды с предыдущих суток, млн. м3;
– признак текущих (плановых) суток;– продолжительность
первого периода, ч.
В третьем периоде (с 15 до 24) назначаются расходы ННГУ из
условия покрытия транспортного попуска:
,(8)
где:– регулировочный расход в третьем периоде, м3/с, и
соответствующий ему объем стока, м3/с;– транспортный
попуск, м3/с.
Во втором периоде (с 9 до 15) расходы назначаются из условия
выполнения транспортного попуска с учетом накопления
переходящего объема и соблюдения транзитности стока.
()
,(9)
где:– регулировочный расход во втором периоде, м3/с;
– объем воды, поступающий с ННГЭС за сутки, млн. м3;
– объем воды, поступающий с ННГЭС за первый период, млн. м3;
– переходящий объем воды на () сутки, млн. м3;–
объем воды за третий период, млн. м ;3
– продолжительность
второго периода, ч.
2. При двухступенчатом гидрографе возникают ситуации с
созданием переходящего объемаили его отсутствием.
Когда требуется переходящий объем, назначение расходов
через ННГУ производится по периодам в величинах:
– для первого периода (ночные – утренние часы) по формуле (7);
– для второго периода (в остальные часы суток) по формуле (9)
при= 0.
Если переходящий объемне требуется, расчет расходов по
первому и по второму периодам производится аналогично (формулы
7, 9) при,= 0.
Блок 6 осуществляет проверку соответствия параметров базовых
гидрографов ННГУ ограничениям математической модели (2)–(4).
Однако для подтверждения выполнения ограничения по отметкам
уровня воды на водохранилище, связанного с объемами накопленной
воды выше отметки 68,0 м БС в створе ННГУ решения принимаются
исходя из условий:
,(10)
где:,– суммарные объемы притока воды в
водохранилище с ННГЭС и сброса ее через ННГУ за время t. Их
значения отображаются на графиках интегральными кривыми стока
(ИКС) ННГЭС и ННГУ, млн. м3;– переходящий объем воды
с предыдущих суток, млн. м3;– максимальные допустимые
объемы накопления воды на водохранилище, млн. м3.
Рекомендуется, исходя из 95% вероятности создания
дополнительных объемов воды на водохранилище не выше отметки
68,4 м БС, принятьв размере 15 млн. м3.
Левая часть выражения (10) представляет собой накопленный
объем воды на водохранилищеотносительно отметки 68,0 м БС
в створе ННГУ за время и отображается на графиках кривой баланса
стока, по которой величинафиксируется как в целом за сутки
(период), так и за каждый час. Значенияв зависимости от
фактических расходов ННГЭС и регулировочных расходов ННГУ
могут принимать разнознаковые величины, которым соответствуют
определенные уровни воды в створе ННГУ:

{(11)

Невыполнение условий (10), (11) в части превышения объемов
накопления над допустимыми или отрицательности баланса стока
определит время и периоды, по которым нужно принять
корректирующие решения и их параметры.
Блок 7 назначает варианты улучшения регулировочных решений
в случае невыполнения ограничений математической модели.
Суть вариантов заключается в устранении отрицательных
значений объемов накопления воды относительно отметки 68,0 м БС и
превышений объемов накопленной воды выше максимальных
значений.
Блок 8 производит исключение из рассматриваемого списка
гидрографа соответствующей формы, если по нему невозможно
обеспечение ограничений модели по объемам накопления воды.
Блок 9 производит оптимизацию назначений расходов ННГУ по
периодам суток, при которой устраняется невыполнение ограничений
модели (2)–(4) и обеспечивается достижение функции цели (1), что
выражается в минимизации отклонений расходов ННГУ от
среднесуточных значений или в минимизации амплитуды колебаний
суточных расходов ННГУ. Для этого выясняются резервы возможного
накопления воды на водохранилищеи их минимальная величина
, которая используется при перераспределении расходов между
i-ми периодами.
(12)
{}(13)
где:– максимальная положительная величина баланса
суточного объема стока в -м периоде, млн. м3.
Блок 10 определяет рациональную форму гидрографа ННГУ
(трех- или двухступенчатого) по совокупности параметров,
характеризующих достижение функции цели и выполнение
ограничений модели.
Блок 11 определяет параметры открытия затворов водосливной
плотины.
Блок 12 связан с доведением плана работы ННГУ до
исполнителей.
Применение алгоритма апробировано на примерах конкретных
суток мая (полноводного) и октября (низкого по водности). На
рисунках 8, 9 представлены графики в базовых вариантах
регулирования и после их оптимизации, подтверждающие достижение
цели и ограничение математической модели.
Экономический и экологический эффект от проведенных
исследований ожидается в двух направлениях:
1. От сокращения количества путевых работ за счет поддержания
отметки уровня воды в НБ ННГУ не ниже проектной. Расчетный
эффект от сокращения объема дноуглубительных работ на момент
ввода ННГУ в эксплуатацию (без учета эксплуатационного
дноуглубления) составляет порядка 61 млн. руб.
2. Замедление процесса эрозии НБ ННГУ за счет снижения
амплитуды колебания расходов воды и, соответственно, снижения
пиковых максимальных скоростей течения.
а)б)

Рисунок 8 – Диспетчерский график регулирования расходов на
10.10.2017 г.: а) базовый вариант, б) после оптимизации
а)б)

Рисунок 9 – График регулирования стока на 10.10.2017 г.:
а) базовый вариант, б) после оптимизации
Проведен анализ изменения расходов, уровней и скоростей
течения на рассматриваемом участке до и после введения
регулирования (приняты условия гидрологического режима
НБ ННГЭС при проведении однодневной связки уровня 20.07.2002 г.).
Результаты расчета представлены в таблице 2.
Результаты расчетов показывают, что введение регулирования
стока создает условия для снижения амплитуды колебания уровня
воды НБ и средних скоростей течения и обеспечения транспортного
попуска.
Таблица 2 – Сравнительные характеристики вариантов до и после
регулирования на 20.07.2002 г.
ВариантыАмплитуда колебаний
эксплуатацииРасходов,Уровней,Средних
м3/смскоростей, м/с
До регулирования12241,020,36
После регулирования6370,630,173
Снижение587/520,39/620,187/48
амплитуды, абс./отн.,
%
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПО РАБОТЕ
1. Выполнен анализ гидрологического режима участка
реки Волги от Городца до Нижнего Новгорода, обусловленный
почасовыми расходами Нижегородской ГЭС, показывающий высокую
неравномерность расходов в течение суток и наличие «провальных»
периодов необеспечения транспортного попуска в НБ ННГЭС.
2. Строительство низконапорного гидроузла решает судоходную
проблему в его верхнем бьефе и вместе с тем сохраняет
существующий режим сбросов расходов в его нижний бьеф,
обеспечивая его «раскачку» в виде высоких колебаний уровней воды и
возможности их понижения ниже проектных значений.
3. Обработка статистического материала расходов ННГЭС в
навигацию 2017 г. с использованием вероятностных методов в
сочетании с результатами лабораторного эксперимента показала
принципиальнуювозможностьвведениявнутрисуточного
регулирования расходов в створе ННГУ, обеспечивающего улучшение
транспортных условий нижнего бьефа и смягчение эрозионных
процессов.
4. Разработана математическая модель задачи внутрисуточного
регулирования стока и алгоритм ее решения от начального этапа
разработки гидрографа ННГЭС в условиях функционирования
создаваемого водохранилища до конечных этапов, связанных с
оптимизациейгидрографаННГУирекомендациямипо
регулированию его затворами.
5. Реализация математической модели и алгоритма решения
обеспечены разработкой методического сопровождения в виде
создания параметров кривых свободной поверхности воды на
водохранилище, обоснования переходящих объемов воды для
осуществлениявнутрисуточногорегулирования,обоснования
возможности водохранилища по накоплению воды выше отметки
68,0 м БС, оптимизационных решений по улучшению гидрографа
ННГУ в транспортных и других целях.
6. Произведенаапробацияпредложенныхрешенийна
конкретных примерах навигации 2017 г., показывающая в
сопоставимых условиях эффективность введения внутрисуточного
регулирования стока.
7. Определенэкономическийэффектприреализации
предложений, который за счет сокращения дноуглубительных работ в
НБ ННГУ может составить порядка 61 млн. руб.
8. Обосновано улучшение гидрологических характеристик
нижнего бьефа ННГУ в плане уменьшения средних скоростей течения
в меженный период.
СПИСОК РАБОТ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ