– осадки, задаваемые интенсивностью;

– испарение, задаваемое интенсивностью;

– потребление воды;

– расход с верхового участка.

Для моделирования использовались данные за 2005 г., по которому имеется подробная информация. Анализ многолетних данных по стоку показывает, что 2005 г. явился типовым с обеспеченностью примерно 75%. Следующие данные задавались внутригодовым ходом: интенсивность осадков, интенсивность испарения, мелиорация, водоснабжение, водопой.

Для задания внутригодового хода динамических переменных модели используется следующая форма:

Интенсивность осадков = IF(TIMES(DATE(2005;1;1);30<>;0<>;0<>+ IF(TIMES(DATE(2005;2;1);30<>;0<>;0<>+ IF(TIMES(DATE(2005;3;1);30<>;0,0081<>;0<>+…+ IF(TIMES(DATE(2005;11;1);30<>;0,004167<>;0<>+ IF(TIMES(DATE(2005;12;1);30<>;0<>;0<>

Расчет гидравлических характеристик на участке производится в модели на основе известных зависимостей Павловского-Маннинга. Возможность использования такого подхода проверялась с помощью программы FlowMaster, разработанный фирмой Haestad Methods. В частности, глубина воды на участке определялась по расходу как:

где: Q – расход воды; n – коэффициент шероховатости; B – ширина русла; i – продольный уклон русла.

Рис.2. Схема разбиения бассейна р. Нил на участки для моделирования

Типовая модель участка-водохранилища показана на рис.4. Модель учитывает те же статьи водного баланса, что и модель проточного участка. Учитывается изменение полного объема воды в водохранилище, динамика которого определяется как естественным приходом и потерями воды в водохранилище, так и водопотреблением и изменением интенсивности сброса воды в нижний бьеф.

Объем воды в водохранилище в момент времени t автоматически определяется интегрированием суммы входящих и выходящих потоков, как

Интегрирование ведется методом Рунге-Кутта первого порядка с фиксированным шагом по времени – 0,13 суток. Шаг интегрирования определялся по сходимости результатов моделирования. В начальный момент времени, t0 задается заданный известный начальный объем воды водохранилища, V0.

Модели всех 22 участков работают одновременно, каждая представляет собой уровень модели, обменивающийся информацией с другими уровнями. Основной связью уровней модели (моделей участков) является расход с верхового участка и расход, подаваемый на низовой участок. Для концевых начальных участков задавался динамический расход на входе.

Рис.3. Схема факторов и связей модели проточного участка

Рис.4. Схема факторов и связей модели участка-водохранилища

Отметка проектного уровня на участке пути устанавливается по кривой среднемноголетней обеспеченности по опорному гидрологическому посту. Значения обеспеченности проектного уровня принимают для магистралей 1 класса 95-99%, для магистралей 2 класса- 90-95%, для местных путей - 80-90%. В данной работе с обеспеченностью 76,25% получаем, что для магистралей 1 класса необходимая глубина составляет 3,0 м.

В частности, анализировалась возможность увеличения глубин на р. Голубой Нил для получения минимальных гарантированных судоходных глубин около 3,0 м на весь период навигации, т.е., круглогодично.

Анализ результатов моделирования (рис. 5) показывает, что: во первых, глубины 1,2,3,4 (на главном Ниле) гарантируют наименьшую судоходную (проектную) глубину в течение года; во вторых, в модели к р. Голубой Нил (годовой ход средних глубин на участках 5, 6 и 7) в период с февраля по май глубины недостаточны. Кроме того, глубины существенно меняются в течение года; в третьих, глубины 10,12,13 (на белом Ниле) гарантируют наименьшую судоходную (проектную) глубину в течение года; в четвертых, глубины 11 гарантируют наименьшую судоходную (проектную) глубину только в течение 3х месяцев с июня по август. Есть препятствия на отдельных участках; в пятых, на участках 14 и 16 средние глубины меняются в диапазоне 5-6,5 м, что достаточно для предполагаемого развития судоходства на этих участках, а на участке №15 в значительный период года (февраль-июнь) средняя глубина меньше 3 м; в шестых, глубины 17,18 (на реках Собат и Бахр-Аль-Гзаль) гарантируют наименьшую судоходную (проектную) глубину только в течение 8 месяцев с марта по октябрь.

Рис.5. График годовой ход средних глубин на р. Нил.

Для решения проблемы водных путей и обеспечения необходимых габаритов судовых ходов для круглогодичного судоходства с гарантированными габаритами пути рассматриваются следующие возможные сценарии:

На Голубом Ниле необходимо осуществить повышение гидроузла Росейрес, на 7-ом участке, и гидроузла Сеннар, что позволит решить задачу обеспечения судоходной глубины на участках 5 и 6.

Построить на 16-ом участке гидроузел, чтобы регулировать сток в течение года, и обеспечить необходимую судоходную глубину на Белом Ниле (участок

Задача решалась перебором, однако использование балансовой модели позволяет сравнить десятки и сотни вариантов без значительных усилий. Полученный итоговый вариант представлен на рисунках 6 и 7.

Увеличение объемов водохранилищ и соответствующее управление сбросом позволяет увеличить глубины в указанный период на участках 5 и 6. Для показанного на рис.7 увеличения глубин на участках 5 и 6 требуется существенное увеличение обоих водохранилищ, а определенный с помощью моделирования сценарий управления сбросом воды из них в нижний бьеф позволяет обеспечить одновременно все существующие на р. Голубой Нил виды водопотребления. Графики требуемого изменения объемов воды в водохранилищах показаны рис.7а.

Для увеличения судоходных глубин на участке 15 моделировался сценарий создания новых водохранилищ, расположенных в верховых частях участков 16 и 15. С помощью моделирования по методике аналогичной использованной для Голубого Нила был подобран минимальный объем водохранилищ и определен годовой график попусков в нижний бьеф. Результаты моделирования указанного сценария представлены на рисунках 9. На рис.8 показан годовой ход средней глубины на участке 15 с учетом дополнительных расходов из новых водохранилищ.

В пятой главе В результате реализованного решения средние величины глубин всех участков удовлетворяют требованиям. Кроме глубины на 11 участке, где потребуется путевые работы (рис.9).

Регулирование стока рек водохранилищами в верховых частях участков №7 и № 16 способствует уменьшению амплитуды колебания уровней воды на 8м..

В результате полной реализации решения освоения водных путей магистрали 1 класса с обеспеченностей по продолжительности судоходных месяцев 95% составит 100%, а общая их протяженность достигнет 4058 км., что увеличит судоходные пути в 4 раза.

В результате полной реализации решения возникает возможность дополнительного забора воды на хозяйственные нужды в размере 4млрд. м3.

Рис.6. а – Увеличенные объемы воды в водохранилищах Росейрес (сплошная кривая) и Сеннар (точечная кривая)

б – Годовой ход средних глубин на р. Голубой Нил

после увеличения объемов водохранилищ и определения оптимальных режимов сброса воды в нижний бьеф

Рис.7. Годовой ход глубины на участке 15 после строительства и введения в эксплуатацию новых водохранилищ

Рис.8. Годовой ход объемов воды в предлагаемых

водохранилищах

Рис.9. График изменения глубины на участке № 11

Принятые решения не лимитируют эксплуатацию и использование водной энергии. Технический гидроэнергетический потенциал рек, формирующих в ТЭВП Судана, представлен в табл.10.

Таблица 10

Технический гидроэнергетический потенциал рек Судана