Les réservoirs sont des objets artificiels, ils sont créés lors de la construction d'ouvrages sous pression (barrages) installés dans les vallées des grands fleuves afin d'accumuler et de stocker de gros volumes d'eau, ils résolvent un certain nombre de problèmes tels que :

• Développement de l'hydroélectricité ;
• Approvisionnement en eau;
• Développement du transport maritime ;
• Irrigation économique ;
• Contrôle des inondations ;
• Aménagement paysager.

Il existe des types de lacs et de rivières. De nombreux réservoirs ont été construits sur le territoire de la Russie (dont 41 sont les plus grands, 64 sont grands, 210 sont moyens et 19о7 sont petits), la plupart dans la seconde moitié du XXe siècle, certains d'entre eux comptent parmi les plus grands réservoirs du monde.

Grands réservoirs de Russie

Les plus grands réservoirs de Russie par superficie sont Kuibyshevskoye (Samarskoye), Bratskoye, Rybinskoye, Volgogradskoye, Krasnoyarskoye (inclus dans le top dix mondial), Tsimlyanskoye, Zeyaskoye, Vilyuiskoye, Cheboksary, Kama.

Le Kuibyshevskoye (réservoir de Samara), d'une superficie de 6,5 mille km 2, est le plus grand réservoir construit sur la Volga en 1955-1957 et le troisième plus grand réservoir au monde. La partie inférieure est également appelée la mer Zhigulevskaya, du nom de la centrale hydroélectrique Zhigulevskaya construite près des montagnes Zhigulevskaya, près de la ville de Togliatti. Le nom du réservoir a été donné par la ville de Samara (Kuibyshev de 19135 à 1991), située en aval. Le but principal du réservoir est de produire de l'électricité, d'améliorer la qualité de la navigation, l'approvisionnement en eau, l'irrigation, la pêche...

Le réservoir de Bratsk (superficie 5,47 mille km2), situé dans la région d'Irkoutsk sur la rivière Angara, est le deuxième plus grand réservoir au monde en volume d'eau stockée (169 m3). Il a été construit entre 1961 et 1967. (un barrage a été construit en 1961, le réservoir a été rempli d'eau jusqu'en 1967) à la suite de la construction de la centrale hydroélectrique de Bratsk. Nommé d'après la ville de Bratsk, centre administratif de la région d'Irkoutsk, construite sur ses rives. Le réservoir est utilisé pour produire de l'électricité, pour la navigation et la pêche commerciale, pour le rafting en bois, l'approvisionnement en eau et l'irrigation...

Le réservoir de Rybinsk, d'une superficie de 4,6 mille km 2, fait partie du complexe hydroélectrique de Rybinsk sur la Volga et ses affluents Sheksna et Mologa au nord-ouest de la région de Yaroslavl, en partie dans les régions de Vologda et de Tver. La construction a commencé en 1935 sur le site d'un ancien lac glaciaire ; il était prévu qu'il s'agisse du plus grand lac artificiel du monde. Le remplissage du bol a duré jusqu'en 1947, au cours duquel près de 4 000 km 2 de forêts environnantes ont été inondés et la population de 663 villes et villages (133 000 personnes) autour de la ville de Mologa a été réinstallée. Le réservoir est utilisé pour le fonctionnement de la cascade de centrales hydroélectriques de la Volga, la pêche et la navigation...

La construction du réservoir de Volgograd a duré de 1958 à 1961 ; elle a eu lieu lors de la construction du barrage de la centrale hydroélectrique de Volgograd sur la Volga (le territoire des régions de Saratov et de Volgograd). Sa superficie est de 3,1 mille km 2 ; des villes telles que Saratov, Engels, Marks, Kamyshin et Dubovka ont été construites sur ses rives. Utilisé pour la production d'électricité, le transport de l'eau, l'irrigation et l'approvisionnement en eau...

Le réservoir de Tsimlyansk est apparu après la construction d'un barrage sur la rivière Don, la ville de Tsimlyansk dans les régions de Rostov et Volgograd (67 % de la superficie) en 1952. Son remplissage dura jusqu'en 1953, la construction débuta en 1948. Sa superficie est de 2,7 mille km 2, elle ressemble à un bassin avec trois extensions pour les embouchures de rivières telles que Chir, Aksai Kurmoyarsky et Tsimla, et en plus d'elles, 10 autres rivières coulent ici. Il est utilisé pour assurer la navigation de transit le long du canal Volga-Don, l'irrigation des terres arides adjacentes et l'exploitation de la centrale hydroélectrique de Tsimlyanskaya. Sur les rives du réservoir se trouvent également la centrale nucléaire de Rostov, ainsi que des villes portuaires - Volgodonsk, Kalach-sur-le-Don...

La construction du réservoir Zeya d'une superficie de 2,4 mille km 2 a duré de 1974 à 1980. Il a été construit sur la rivière Zeya (région de l'Amour de la Fédération de Russie) à la suite de la construction d'un barrage. En termes de volume d'eau stockée là-bas (68,4 km 3), il s'agit de la troisième place après les réservoirs de Bratsk (169 km 3) et de Krasnoïarsk (73,3 km 3). On y pratique la pêche commerciale, la centrale hydroélectrique de Zeya fonctionne et le réservoir régule également le débit du fleuve Amour, soumis à l'influence des moussons du Pacifique...

Le réservoir Vilyui est situé sur la rivière Vilyui (un affluent de la Léna), il est apparu à la suite de la construction du barrage de la centrale hydroélectrique de Vilyui en 1961-1967. Il est situé en Yakoutie, à la frontière avec la région d'Irkoutsk, sa superficie est de 2,36 mille km 2, il est utilisé pour réguler le débit annuel de la rivière Vilyuy, comme source d'approvisionnement en eau, d'irrigation, pour la navigation et la pêche...

Le réservoir de Cheboksary sur la Volga (territoire de la République de Mari El, de la République de Tchouvachie et de la région de Novgorod) fait partie de la cascade de centrales hydroélectriques Volga-Kama. La superficie est de 2,1 mille km 2, elle est apparue à la suite de la construction du barrage de la centrale hydroélectrique de Cheboksary, dont la construction a été réalisée de 1980 à 1982. Utilisé pour la production d'électricité, la pêche, le transport automobile...

Le réservoir Kama a été formé sur la rivière Kama dans le territoire de Perm de la Fédération de Russie lors de la construction de la centrale hydroélectrique de Kama, qui est entrée en service en 1954 après la construction du barrage. Sa superficie est de 1,9 mille km 2 et la centrale électrique du district de Perm est située sur ses rives. En outre, sur ce qu'on appelle la mer de Kama, a lieu chaque année la régate de voile Kama Cup - la plus grande compétition sportive de la région de Perm...

Cours 9. Volume utile du réservoir. Justification de la profondeur de rabattement optimale du réservoir.

9.1 Volume utile du réservoir de régulation annuel

La tâche principale du réservoir de régulation annuel est d'augmenter la quantité d'énergie et de puissance de la centrale hydroélectrique pendant la période d'étiage de l'année en raison de l'excès d'eau retenu dans le réservoir lors des crues. La première question que nous devons résoudre est celle de la division du volume total du réservoir de régulation annuel en deux parties - les volumes utiles et morts. Ayant le volume total du réservoir, il faut le diviser en ces deux volumes, c'est-à-dire décider de la question de la détermination de la profondeur de rabattement du réservoir ou fixer la marque ULV. Pour résoudre ce problème, nous supposerons que la marque FSL du réservoir est connue et que le réservoir peut toujours être rempli lors d'une crue, à l'exception de cas très rares où surviennent des conditions hydrologiques particulièrement défavorables. Nous ne prendrons pas en compte ces cas pour l’instant.

La tâche consiste à déterminer la profondeur maximale de rabattement du réservoir à laquelle le plus grand effet énergétique de la centrale hydroélectrique peut être obtenu. Si nous acceptons que le réservoir puisse être rempli chaque année, nous pouvons alors considérer ici la période de vidange du réservoir séparément. La solution générale au problème peut être obtenue comme suit.

À mesure que la vidange du réservoir augmente, la quantité d’énergie obtenue grâce à l’utilisation du réservoir augmente également. Cette énergie dépend uniquement de la profondeur à laquelle le réservoir sera vidé et ne dépend pratiquement pas de la durée pendant laquelle le réservoir est vidé, de l'ampleur du débit de transit ou d'autres facteurs.

La production d'une centrale hydroélectrique en présence d'un réservoir peut être représentée comme composée de deux parties : la production d'électricité due au débit de transit de la rivière qui coule lors du rabattement du réservoir, et la production due au rabattement du réservoir.

E centrale hydroélectrique =E DANS +E TR (11-2)

La quantité d’énergie de transit provenant d’une centrale hydroélectrique dépend bien entendu du volume du flux de transit, c’est-à-dire de l’ampleur des débits d’eau de transit et de la durée de la période de vidange du réservoir. Mais cela dépend aussi de la pression, c’est-à-dire de la profondeur de rabattement du réservoir. Enfin, cela dépend du mode de fonctionnement du réservoir. En cas de rabattement rapide du réservoir au début de la période d'étiage, comme le montre par exemple la Fig. 1.1, la majeure partie du flux de transit passe à une pression relativement faible et produit donc un faible effet énergétique. Le drainage se produit principalement à la fin de la saison des basses eaux, comme le montre la Fig. 1.2, permet de faire passer la quasi-totalité du flux de transit à haute pression et, par conséquent, de recevoir plus d'énergie de la centrale hydroélectrique.

Riz. 1.1 Fig. 1.2

Connaître les caractéristiques hydrologiques de la saison d'étiage, durant laquelle le réservoir est vidé. En définissant un mode de fonctionnement conditionnel simple d'une centrale hydroélectrique (par exemple, lors de la régulation du débit d'eau traversant les turbines d'une centrale hydroélectrique à une valeur constante), nous pouvons déterminer la quantité d'énergie que la centrale hydroélectrique produit à différents niveaux d’exploitation d’ici la fin de la saison des basses eaux. Les résultats de tels calculs peuvent être présentés graphiquement sous la forme d'une courbe de dépendance de l'énergie de transit d'une centrale hydroélectrique à la profondeur de rabattement du réservoir, illustrée à la Fig. 2.

Les caractéristiques énergétiques du réservoir sont tracées sur le même graphique. Plus le réservoir est drainé profondément, c'est-à-dire plus son volume utile est supposé être grand, plus la quantité d'énergie obtenue du réservoir est grande et moins l'énergie de transit devient. La diminution de l'énergie de transit s'explique par une diminution de la pression à mesure que le rabattement du réservoir s'approfondit. En additionnant l'énergie du réservoir et l'énergie de transit pour différentes profondeurs de rabattement, on obtient la valeur énergétique totale de la centrale hydroélectrique pour toute la période de vidange du réservoir. Il est évident que pour les conditions hydrologiques données et pour le régime de régulation adopté, la profondeur de rabattement du réservoir à laquelle la centrale hydroélectrique produit la plus grande quantité d'énergie s'avère la plus rentable. Un approfondissement supplémentaire du rabattement du réservoir, même si cela augmenterait son volume utile et le débit régulé utilisé par la centrale hydroélectrique, la pression diminuerait tellement que la quantité totale d'énergie générée par la centrale hydroélectrique n'augmenterait pas, mais diminuer.

Si les caractéristiques du débit de transit changent lors de la vidange du réservoir, alors la courbe de dépendance de l'énergie de transit à la profondeur de drainage du réservoir prendra une forme différente et prendra une position différente sur le graphique. Sur la fig. Sur la figure 2, la ligne pointillée montre une telle courbe obtenue avec un débit de transit réduit, et la courbe de l'énergie totale de la centrale hydroélectrique dans ce cas. Le graphique ci-dessus montre que dans ce cas, la valeur la plus avantageuse du volume utile du réservoir augmente. Ceci s'explique très facilement par le fait qu'avec une diminution du débit de transit, l'énergie du réservoir constitue une grande partie de l'énergie totale de la centrale hydroélectrique. Notons ici qu'une modification de l'ampleur du débit de transit peut se produire même si les caractéristiques hydrologiques restent inchangées, mais avec une modification de la durée de vidange du réservoir.

Si nous, sans modifier le volume et la répartition du flux de transit, adoptions un régime de régulation différent, alors la forme de la courbe de dépendance de l'énergie de transit à la profondeur du rabattement maximum du réservoir à la fin de la saison des basses eaux changerait. Dans le même temps, la forme de la courbe totale de l’énergie totale de la centrale hydroélectrique changerait également. Par conséquent, nous aurions reçu une note différente pour le prélèvement le plus rentable du réservoir. Si le régime de contrôle change de manière significative pendant la vidange du réservoir, le changement dans la profondeur de rabattement du réservoir la plus avantageuse peut également être significatif. De la fig. 1.1 et 1.2, il s'ensuit que lorsque le réservoir est vidé tôt, son rabattement profond est moins rentable que lorsqu'il est vidé tardivement.

L'influence de diverses conditions sur la position de la profondeur de rabattement la plus favorable d'un réservoir, qui présente une certaine caractéristique qui lui est propre, a été discutée ci-dessus. Mais en comparant différents réservoirs entre eux, il n'est pas difficile de voir que la profondeur maximale de leur rabattement, dans les mêmes autres conditions, dépend du type de leurs caractéristiques - volumétriques et énergétiques. Par exemple sur la Fig. La figure 3 représente les caractéristiques volumétriques de deux réservoirs ayant le même volume total au même niveau FSL. De ce graphique, il ressort clairement qu'à la profondeur de rabattement indiquée sur le dessin, le volume utile du réservoir est UN constitue la majorité de son volume total. Pour réservoir Bà même profondeur de rabattement, le volume utile ne représente qu'une petite partie de l'ensemble du volume total du réservoir. Un approfondissement supplémentaire du rabattement augmente sensiblement son volume utile et donne donc un effet énergétique important, tandis que pour le réservoir UN l'approfondissement du rabattement n'augmente que très peu le débit d'eau régulé.

Pour un projet mixte barrage-dérivation, les calculs eau-énergie pour déterminer la profondeur de rabattement du réservoir la plus avantageuse sont effectués de la même manière que pour un projet de barrage. Ces calculs doivent bien entendu prendre en compte la chute totale, aussi bien celle créée par le barrage que celle créée par la dérivation. Il est clair que dans le projet de barrage-dérivation, le volume utile du réservoir constitue une partie nettement plus importante de son volume total et que le volume mort est beaucoup plus petit que dans le projet de barrage. Le volume mort peut être négligeable.

De tout ce qui a été dit ci-dessus, attardons-nous sur un point très important. Pour un réservoir donné, la profondeur de rabattement la plus avantageuse dépend beaucoup du volume du flux de transit. Mais selon les années hydrologiques, le volume du débit de transit pendant la saison des basses eaux, lorsque le réservoir est vidé, n'est pas le même. Par conséquent, la profondeur de rabattement du réservoir devrait également être différente selon les différentes années hydrologiques.

Si nous avions la possibilité d'obtenir une prévision assez fiable du régime d'écoulement naturel de la rivière pour la prochaine saison d'étiage, alors une détermination préliminaire de la profondeur de rabattement la plus favorable du réservoir pour chaque année ne présenterait pas de difficultés fondamentales. Cependant, en l’absence d’une prévision préliminaire du débit du fleuve, cela devient impossible. Mais s'il est impossible pour pratiquement chaque année d'établir sa propre profondeur de rabattement du réservoir la plus avantageuse, cela signifie qu'une profondeur de rabattement maximal du réservoir, identique pour toutes les années, doit être déterminée, indépendamment de la différence des caractéristiques hydrologiques de chaque année. ces années-là.

L'utilisation d'un réservoir de régulation annuel pour augmenter l'énergie et la puissance des centrales hydroélectriques lors de la vidange du réservoir pendant les années d'étiage des eaux revêt une importance particulière. Par conséquent, la détermination de la profondeur maximale de rabattement d’un réservoir doit être effectuée avec un faible volume de flux de transit. Dans ce cas, on obtient, comme le montre la fig. 2, une plus grande profondeur du rabattement maximum du réservoir, que nous considérerons comme identique pour toutes les années hydrologiques. Avec cette solution au problème, dans les années de crues, la quantité d'énergie générée par une centrale hydroélectrique peut s'avérer légèrement inférieure au maximum possible. Mais, comme nous le verrons plus tard, l’énergie ainsi perdue peut être, sinon entièrement, du moins partiellement compensée si l’on applique différents régimes réglementaires selon les années hydrologiques. En effet, dans les années de crue, il n'est pas nécessaire de vider rapidement le réservoir au début de la saison d'étiage, comme dans les années d'étiage, puisque l'important débit de transit permet à la centrale hydroélectrique de fonctionner avec le puissance requise pour le système énergétique, au moins celle garantie, tout en ne consommant qu'une quantité relativement faible d'eau. À la fin de la saison d'étiage, lorsque seule une petite partie du débit de transit reste inutilisée, le rabattement du réservoir peut être rapidement ramené à un niveau maximum constant, ce qui permet d'obtenir de l'énergie supplémentaire.

Bien que nous soyons parvenus à la conclusion que la profondeur maximale de travail devrait être déterminée sur la base d'une année d'étiage, cette conclusion ne peut pas encore être considérée comme complète, car nous devons encore décider quelle année doit être choisie parmi les années d'étiage comme l’année de conception. Le choix de l’année de calcul ne peut bien entendu pas être fait arbitrairement, car l’année de calcul doit remplir certaines conditions, c’est-à-dire les conditions d’une utilisation optimale des centrales hydroélectriques dans le système énergétique. Parmi les deux principales exigences imposées par le système énergétique aux centrales hydroélectriques, la première est ici de la plus haute importance : assurer la plus grande sécurité dans le fonctionnement du système énergétique. Les méthodes permettant de satisfaire la deuxième exigence fondamentale du système énergétique - la plus grande quantité d'énergie générée par les centrales hydroélectriques - seront discutées plus en détail.

En prenant comme condition initiale pour déterminer la profondeur maximale de rabattement du réservoir la plus favorable l'obtention de la plus grande sécurité dans le fonctionnement du système énergétique, nous résolvons en même temps la question du régime de vidange du réservoir, que nous acceptions auparavant comme conditionnelle. Puisque la plus grande sécurité, comme nous l'avons établi précédemment, est obtenue lorsque la centrale hydroélectrique fonctionne selon un horaire de puissance garanti, il s'ensuit que le régime de régulation lors de la vidange du réservoir doit correspondre au fonctionnement de la centrale hydroélectrique selon cet horaire. .

Si la composition du système énergétique existant est connue, il est toujours possible d'établir un calendrier garanti de la puissance journalière moyenne d'une centrale hydroélectrique. Ayant une caractéristique hydrologique assez complète du fleuve, on peut calculer la régulation sur une longue série d'années lorsque la centrale hydroélectrique fonctionne selon un horaire garanti de puissance journalière moyenne. À la suite de ce calcul, un graphique de l'évolution du niveau d'eau dans le réservoir au cours de toutes ces années sera obtenu. Sur la fig. La figure 4 montre des courbes combinées d'évolution du niveau d'eau dans le réservoir sur plusieurs années, et ici seules les sections des courbes qui nous intéressent dans ce cas sont mises en évidence, c'est-à-dire celles liées au moment de la vidange du réservoir.

Plus l'année est peu profonde, plus la quantité d'eau qui doit être prélevée du réservoir est grande pour obtenir une énergie garantie à la centrale hydroélectrique. Par conséquent, plus l’année est peu profonde, plus le réservoir est drainé en profondeur. Cependant, les années d'étiage particulier, aucun rabattement profond du réservoir ne permettra à la centrale hydroélectrique de fonctionner selon un planning garanti pendant toute la période de vidange du réservoir en raison d'une diminution importante de la pression lors du rabattement profond. La courbe des changements de niveau d'eau dans le réservoir pour un tel cas est représentée sur la Fig. 4 lignes pointillées. Il est évident qu’au cours de ces années où les eaux sont particulièrement basses, des perturbations dans le fonctionnement normal du système énergétique ne peuvent être évitées. Par conséquent, nous excluons toutes ces années d’un examen plus approfondi.

Parmi les années restantes, nous retiendrons celle où il y a le moins d'eau, où la profondeur de rabattement du réservoir est la plus grande. Si nous avions moins utilisé le réservoir cette année, la centrale hydroélectrique n'aurait pas pu fonctionner selon l'horaire garanti en raison d'un manque d'eau. Un prélèvement plus important du réservoir cette année n'est pas nécessaire pour obtenir une capacité garantie et ne peut pas fournir d'énergie supplémentaire, car l'exploitation d'une centrale hydroélectrique avec une capacité journalière moyenne supérieure à celle garantie entraînerait une vidange prématurée du réservoir et un réduction excessive de la pression de la centrale hydroélectrique. Ainsi, nous arrivons à la conclusion que la profondeur de rabattement que nous avons obtenue est la limite à laquelle le réservoir de régulation annuel peut être vidé annuellement. La partie du volume total du réservoir, comprise entre le repère de rabattement maximum et le repère NPL, représente le volume utile du réservoir.

Lors de la détermination de la profondeur maximale de rabattement du réservoir à l'aide de la méthode décrite ci-dessus, nous avons pris comme condition initiale le calendrier garanti de la puissance journalière moyenne de la centrale hydroélectrique. Mais comme une centrale hydroélectrique, qui dispose d'un réservoir de régulation annuelle, effectue simultanément une régulation quotidienne, alors pendant les heures de pointe quotidienne du système énergétique, elle doit développer une puissance supérieure à la moyenne journalière. Avec un rabattement important du réservoir et une diminution significative de la pression, la puissance disponible de la centrale hydroélectrique peut être égale, voire supérieure, à la puissance journalière moyenne garantie. Dans de tels cas, même si la centrale hydroélectrique peut fonctionner selon le programme de puissance journalière moyenne garanti, une perturbation du fonctionnement normal du système énergétique se produit toujours. Par conséquent, dans ce cas, le niveau de rabattement maximum du réservoir de régulation annuel, jusqu'à lequel il doit être vidé annuellement, doit être supérieur à celui que nous avons déterminé précédemment. Sur la base du calendrier annuel de la puissance de pointe garantie d'une centrale hydroélectrique et des caractéristiques des turbines qui y sont installées, il n'est pas difficile de déterminer quelle pression minimale il faut avoir et, par conséquent, quel doit être le niveau d'eau dans le réservoir. maintenu à n'importe quelle date du calendrier pendant toute la durée de vidange du réservoir. La dépendance du niveau d'eau minimum requis dans le réservoir en fonction du temps est tracée sur la Fig. 5. Le même graphique montre une courbe de dépendance du niveau d'eau dans le réservoir au moment où la centrale hydroélectrique fonctionne selon l'horaire garanti de puissance journalière moyenne. De toutes ces courbes de la Fig. 5 n’en montre que deux. L'un d'eux, représenté en trait plein, a été obtenu au cours d'une année hydrologique où le rabattement du réservoir à la fin de la saison d'étiage coïncide exactement, comme le montre le graphique p. rabattement autorisé à condition d'obtenir la puissance de pointe requise à la centrale hydroélectrique. Cette profondeur de rabattement du réservoir doit être considérée comme la profondeur limite, c'est-à-dire comme celle à laquelle le réservoir est vidé chaque année. Dans le même dessin , la ligne pointillée montre la courbe de dépendance du niveau d'eau dans le réservoir au temps , qui était auparavant adoptée pour déterminer la profondeur d'exploitation en fonction de la puissance journalière moyenne.

La plus grande charge sur le système énergétique, lorsqu'une centrale hydroélectrique doit participer au bilan électrique avec toute sa capacité de déplacement totale, ne coïncide dans la plupart des cas pas dans le temps avec la plus grande vidange du réservoir. La charge annuelle de pointe du système énergétique se produit généralement fin décembre et début janvier, et la vidange complète du réservoir a lieu à la fin de la saison des basses eaux, c'est-à-dire au printemps, avant le début de la crue. À cet égard, lors du rabattement le plus profond du réservoir, la puissance maximale garantie est légèrement inférieure au maximum. Cela permet d’augmenter l’utilisation du réservoir d’ici la fin de la saison d’étiage. Un tel cas est illustré sur la Fig. 5.

Pour les centrales hydroélectriques à basse pression, dans lesquelles la pression et la puissance disponible de la centrale hydroélectrique dépendent des fluctuations du niveau d'eau en aval, lors de la détermination de la profondeur maximale de rabattement du réservoir, le caractère instable du mouvement de l'eau en aval de la centrale hydroélectrique lors de la régulation quotidienne doit être prise en compte. Une augmentation importante mais à court terme de la charge d'une centrale hydroélectrique n'a pas d'effet significatif sur l'ampleur de la pression et, par conséquent, sur la puissance disponible de la centrale hydroélectrique. Ainsi, pour les centrales hydroélectriques basse pression, le mode de puissance de fonctionnement de pointe et la régulation de fréquence dans le système énergétique semblent plus rentables, puisqu'ils permettent d'augmenter légèrement le volume utile du réservoir de régulation annuel utilisé par de telles centrales hydroélectriques. , et en même temps la quantité d'énergie générée par la centrale hydroélectrique.

Si la capacité de déplacement d'une centrale hydroélectrique comprend de la puissance de réserve, en particulier si une réserve de charge du système énergétique est installée à la centrale hydroélectrique, sa valeur doit bien entendu être prise en compte lors de la détermination de la profondeur d'exploitation de le réservoir de régulation annuel, qui est autorisé à condition d'obtenir la puissance de pointe requise à la centrale hydroélectrique.

Les limitations de la profondeur de rabattement d'un réservoir de régulation annuel peuvent être causées par d'autres raisons que celles mentionnées ci-dessus et qui dépendent des caractéristiques des turbines installées à la centrale hydroélectrique. L'une de ces raisons supplémentaires peut être l'envasement du réservoir par des sédiments, remplissant non seulement le volume mort déterminé par les conditions énergétiques, mais également une partie du volume utile du réservoir. Un autre exemple de limitation de la profondeur de rabattement d'un réservoir peut être trouvé dans les projets de dérivation de barrages. Un tel cas est illustré sur la Fig. 6.

Si le barrage d'une telle centrale hydroélectrique est suffisamment haut, le réservoir pourrait alors avoir un volume utilisable très important si le niveau de rabattement maximum est déterminé sur la base des calculs énergétiques décrits ci-dessus. Dans ce cas, le tunnel de dérivation de pression devrait occuper la position en hauteur représentée sur le dessin par la ligne pointillée. Mais alors, avec une longueur de tunnel longue et une pente importante, la pression interne dans sa partie inférieure au niveau du raccordement avec la canalisation de la turbine serait extrêmement importante au moment où le réservoir est rempli jusqu'au niveau bas. Cela nécessiterait de renforcer le revêtement du tunnel et donc d'en augmenter le coût, ce qui pourrait ne pas être économiquement viable. C'est pour cette raison que pour réduire la pression interne dans le tunnel, celui-ci doit être situé plus haut, comme le montre le dessin en traits pleins. Comme l'ULV dans le réservoir doit être supérieure aux ouvertures de prise d'eau de la dérivation, cela entraîne une diminution du volume utile du réservoir.

En outre, les restrictions sur la profondeur de rabattement d'un réservoir de régulation annuel peuvent être causées par les conditions d'exploitation d'autres consommateurs d'eau.

Enfin, lors du choix de la profondeur de rabattement du réservoir, il convient de prendre en compte les équipements qui seront installés à la centrale hydroélectrique. Il n'existe pas de turbine qui fonctionne aussi bien à une hauteur de chute de 100 m et de 50 m. En général, le rapport entre la pression minimale et la pression maximale de la turbine pour les turbines RO est de 0,6 ; pour les sous-marins verticaux et les PLD – 0,5 ; pour PL-0,35 horizontal. Cela signifie que si vous divisez la pression minimale à la profondeur de fonctionnement sélectionnée par la pression maximale de l'équipement proposé, vous devriez obtenir un nombre non inférieur à ceux indiqués.

Par exemple, si la pression dans une centrale hydroélectrique d'un NPL est de 110 m, alors lors de l'installation d'une turbine RO115, le réservoir doit être activé à au moins 46 m (115 * 0,6 = 69 m), moins peut être activé (et pour les turbines à pales rigides, plus les fluctuations de pression sont faibles, mieux c'est), plus - non.

9.2 Justification de la profondeur optimale de rabattement du réservoir

Ci-dessus, nous avons déjà considéré la caractéristique énergétique ou courbe de production d'électricité pour la période de vidange du réservoir, en fonction de la profondeur de drainage du réservoir.

Pour faciliter la perception, l'énergie totale a été obtenue comme la somme de deux composantes : l'énergie du ruissellement en transit et l'énergie due au rabattement du réservoir. Il a été noté que la valeur Esrab grandit jusqu'à une certaine limite h , Ô

Si le débit de transit change pendant la période de rabattement du réservoir, la position de la courbe changera également. La courbe en pointillés correspond à une valeur plus petite lors du fonctionnement du flux de transit. Une telle diminution peut être une conséquence à la fois d’une teneur en eau plus faible et d’une période plus courte de rabattement du réservoir. La courbe de l'énergie totale de la centrale hydroélectrique a également pris une nouvelle position. La puissance maximale correspond dans ce cas à une profondeur de travail différente grandit jusqu'à une certaine limite o1 .

La courbe de la production annuelle totale d'électricité des centrales hydroélectriques de la figure 1 présente un caractère similaire. 7

Cependant, d'une comparaison des deux courbes mentionnées, il ressort clairement que la production annuelle maximale se produit à une profondeur de rabattement final inférieure à la production pendant la période de vidange du réservoir. Cela est dû au fait que pendant la période de remplissage du réservoir, la production diminue en raison d'une diminution à la fois de la pression et du débit.

Sur la fig. Les courbes en 7 points montrent la production des centrales hydroélectriques, en tenant compte de la production supplémentaire des autres centrales hydroélectriques de la cascade. Compte tenu de l'effet au niveau des stations sous-jacentes de la cascade, la profondeur de fonctionnement assurant un rendement maximal est plus grande.

Ainsi, chaque combinaison de conditions initiales (flux de transit, mode et durée de fonctionnement, schéma en cascade, etc.) correspond à sa propre profondeur d'exploitation du réservoir, à laquelle se produiront les valeurs maximales de la production annuelle d'électricité garantie de la centrale hydroélectrique. .

Cependant, cette profondeur d’exploitation ne peut être définitivement acceptée comme optimale. L'analyse des graphiques présentés ci-dessus fournit uniquement la zone à l'intérieur de laquelle il convient de rechercher la profondeur optimale de rabattement du réservoir. Pour le justifier, outre l'évolution des indicateurs énergétiques, il est nécessaire de prendre en compte d'autres conséquences du rabattement du réservoir.

Parallèlement à une augmentation de la production, de la capacité fournie et installée, une augmentation du volume utile entraîne une augmentation des coûts. Ainsi, un rabattement final plus important du réservoir est associé à une plus grande profondeur de prise d'eau et à une augmentation du coût des vannes et des ouvrages hydrauliques. Une augmentation de la capacité installée de la centrale hydroélectrique conçue est également associée à des investissements et à des coûts supplémentaires. . Il s'agit des coûts d'agrandissement du bâtiment de la centrale hydroélectrique, d'augmentation de la puissance totale des générateurs, des pièces électriques, des équipements de turbine, etc.

Les coûts supplémentaires liés à l'équipement des turbines sont dus à une augmentation du diamètre des roues ou du nombre de turbines. Les deux mesures sont utilisées pour augmenter la puissance installée et compenser la diminution de la puissance disponible des turbines lorsque la pression de conception diminue en raison d'un rabattement plus important du réservoir. Avec un schéma d'utilisation en cascade d'un cours d'eau, une augmentation du volume utile du réservoir de la centrale hydroélectrique conçue peut conduire à la possibilité d'augmenter la capacité installée dans les centrales hydroélectriques inférieures de la cascade. Cela implique également des investissements en capital et des coûts supplémentaires.

Enfin, l’utilisation intégrée d’un cours d’eau peut nécessiter des investissements en capital et des coûts supplémentaires pour les activités connexes. Ainsi, les investissements en capital supplémentaires provoqués par une augmentation de la profondeur de prélèvement du réservoir lors du passage d'une option à une autre représentent la somme

Les coûts supplémentaires et les coûts réduits sont déterminés de la même manière. Tous les indicateurs économiques sont utilisés dans des calculs prenant en compte le facteur temps. En conséquence, pour la version de la centrale hydroélectrique conçue, des options de remplacement sont calculées, pour lesquelles les modifications des investissements en capital, des coûts et des dépenses sont également déterminées lors de la transition séquentielle de l'option précédente à la suivante.

En général, les coûts des options remplacées ou de leurs modifications de remplacement A3 représentent la somme des coûts (ou majorations) des centrales électriques remplacées, du combustible et des activités associées.

Le signe moins au deuxième terme peut apparaître lors de la transition entre les options dans la zone de /g 0G od To Ha (Fig. 7), c'est-à-dire lorsque, avec l'augmentation de la profondeur d'exploitation, la puissance continue d'augmenter et la production annuelle commence déjà à diminuer.

Il faut toutefois garder à l’esprit qu’une diminution de la production n’est pas toujours identique à une diminution de l’économie de carburant. Le fait est que l'économie de carburant spécifique b wà différentes saisons de l'année, il est différent, en particulier en hiver, plus élevé qu'au printemps-été. Par conséquent, avec une augmentation de la production pendant la période de prélèvement des réservoirs (en hiver) et une diminution de celle-ci pendant la période de remplissage des réservoirs, malgré la diminution générale de la production annuelle, l'économie totale de carburant peut ne pas diminuer, mais augmenter. Pour évaluer correctement cette composante des coûts, il est évidemment nécessaire d'effectuer des calculs pour déterminer les économies de carburant séparément par saison.

Tous les indicateurs des options remplacées doivent être déterminés en fonction du plein effet sur la centrale hydroélectrique conçue et les autres centrales hydroélectriques de la cascade, en tenant compte des différents moments de sa réception et de son utilisation.

La justification de la profondeur de rabattement optimale du réservoir est faite selon l'une des conditions suivantes :

selon l'égalité d'incrément de coût lorsque la profondeur d'exploitation change de la valeur Δh

selon l'égalité du délai de récupération pour les investissements en capital supplémentaires d'une valeur standard avec une augmentation de la durée de fonctionnement de Δh

Lors de la conception d'ouvrages hydrauliques avec des réservoirs de régulation à long terme, il est nécessaire d'effectuer en outre des calculs pour déterminer le moment de son remplissage initial et le régime permettant à la centrale hydroélectrique d'atteindre sa production d'énergie de conception.

Histoire de la construction du réservoir

Les réservoirs sont des réservoirs artificiels créés pour l'accumulation et l'utilisation ultérieure de l'eau et la régulation du débit. Les premiers réservoirs sont apparus sur Terre il y a plus de 4 000 ans. Ils ont été construits pour l’irrigation et le contrôle des inondations dans l’Égypte ancienne, en Mésopotamie et en Chine. Un peu plus tard, la construction de réservoirs a commencé en Inde, en Syrie, en Iran et en Égypte. Par exemple, le barrage de Carnalbo a été construit sur la rivière. Albarregas en Espagne au IIe siècle. BC, et le réservoir résultant d'un volume de 10 millions de m 3 existe toujours. Et le réservoir le plus ancien sur Terre est le réservoir Sadd el-Kafara avec le barrage, créé dans l'Egypte ancienne en 2950-2750. Colombie-Britannique Il existe des preuves de la construction de réservoirs par les Aztèques, les Mayas et les Incas dans l'Amérique précolombienne. Malheureusement, la plupart d’entre eux furent détruits par les conquistadors espagnols aux XVe et XVIe siècles.

Aux III-IX et surtout aux XII-XIII siècles. En Europe, la construction de barrages-moulins avec de petits bassins-réservoirs s'est généralisée. Aux XVIIIe et XIXe siècles, à l'époque de la révolution industrielle, de petits réservoirs ont été créés dans les entreprises minières, les usines métallurgiques et les scieries, les usines de filature et de tissage, ainsi que pour l'approvisionnement en eau.

Malgré l'histoire millénaire de la construction, les réservoirs peuvent à juste titre être qualifiés de création de notre siècle. Le volume total de tous les réservoirs de la planète qui existaient à la fin du XIXe siècle n'était que de 15 km 3 . Il n'y a désormais qu'un seul réservoir de Bratsk sur la rivière. L’Angare a un volume de 169 km 3 , soit plus de 11 fois le volume de tous les réservoirs de la planète qui existaient au tournant de deux siècles.

Selon A. B. Avakyan, la création de réservoirs s'est généralisée et généralisée au cours des 50 dernières années, lorsque leur nombre sur le globe a quadruplé et que le volume total a décuplé, y compris dans les pays et - 35 fois - 60 fois et en Asie. – 90 fois. Durant cette période, tous les plus grands réservoirs de notre planète ont été construits.

Localisation et dimensions des réservoirs.

Aujourd'hui, plus de 60 000 réservoirs sont en service dans le monde et plusieurs centaines de nouveaux apparaissent chaque année. Leur volume total dépasse 6,6 000 km 3 et la superficie de la surface de l'eau est supérieure à 400 000 km 2, et en tenant compte. compte lacs endigués - 600 mille km 2. A titre de comparaison, il s'agit de la zone des quinze mers d'Azov.

Chaque année, de 300 à 500 nouveaux réservoirs sont mis en service. De nombreux grands fleuves de la planète - Volga, Angara, Missouri, Colorado, Parana, Tennessee, etc. - ont été transformés en cascades de réservoirs. Et selon les prévisions des scientifiques, dans 30 à 50 ans, les 2/3 des systèmes fluviaux de la planète seront régulés par des réservoirs.

Certains lacs (Baïkal, Onega, Victoria, Winnipeg, Ontario, etc.) ont été transformés en réservoirs en élevant le niveau à l'aide de barrages construits à proximité des sources des rivières qui en découlent.

Les réservoirs sont disponibles sur tous les continents (sauf l'Antarctique), dans tous les pays, dans toutes les zones géographiques (sauf l'Arctique), dans toutes les zones d'altitude, jusqu'au pied des glaciers de montagne. Cependant, en raison de la diversité des conditions naturelles et socio-économiques, elles sont réparties de manière très inégale à travers le monde et au sein de la plupart des États.

Il existe plus de 3 000 réservoirs, pour la plupart de petite taille, en Europe. Ce n'est que dans la partie européenne de la Russie, de la Finlande, de la Norvège, de l'Espagne et de la Grèce que se trouvent des réservoirs d'un volume supérieur à plusieurs kilomètres cubes. En Amérique du Nord (Canada, États-Unis, Mexique), il existe plus de 3 000 réservoirs et en Amérique du Sud, il n'y en a pas plus de 500. En Asie, en Afrique et en Australie, il existe environ 3 700 réservoirs, dont les plus grands se trouvent en Russie, en Égypte et au Ghana. , Chine, Rhodésie, Irak, etc.

Les réservoirs ont considérablement transformé le paysage de nombreux bassins fluviaux. Leur création a modifié non seulement l'apparence des rivières elles-mêmes, mais également la nature des territoires environnants sur une superficie totale de 1,5 million de km 2, ce qui équivaut à la superficie totale d'États européens tels que la France, l'Espagne, Grande-Bretagne et Allemagne.

Bien que les réservoirs soient créés et exploités par l'homme, ils se développent selon les lois de la nature, l'influencent, y sont inextricablement liés et en font désormais partie intégrante.

L’objectif principal de la création de réservoirs est de réguler le débit des rivières. Ils sont construits principalement pour l'énergie, l'irrigation, le transport par eau, l'approvisionnement en eau, le transport de bois, la pêche, les loisirs et le contrôle des inondations. Pour ce faire, les réservoirs accumulent le ruissellement pendant certaines périodes de l’année et rejettent l’eau accumulée pendant d’autres.

Parmi les indicateurs caractérisant la taille des réservoirs, les plus importants sont le volume et la superficie de la surface de l'eau, puisque ce sont ces paramètres qui déterminent en grande partie l'impact sur l'environnement. La superficie, le volume et la profondeur des réservoirs varient considérablement. La superficie varie de 1 à 2 km 2 à 5 740 km 2 (Bratskoye) et 8 480 km 2 (Volta), le volume - de 1 million de m 3 à 169,3 milliards de m 3 (Bratskoye) et 204,8 milliards de m 3 (Victoria), la profondeur. - de plusieurs à 300 m ou plus : Vayont (262 m) en Italie, Grand Dixance (284 m), en Suisse, Nurek (300 m) et Rogun (306 m) au Tadjikistan.

En fonction de la taille de la zone du réservoir, ils sont classés en plus grand (avec une superficie d'eau de plus de 5 000 km2), très grand (5 000-500 km2), grand (5 000-100 km2), moyen (100 -20 km2), petits (20- 2 km 2) et petits avec une superficie d'eau inférieure à 2 km 2. Les très petits réservoirs créés sur de petites parties du réseau hydrographique sont appelés étangs, et dans les fouilles - fouilles.

Les plus grands réservoirs (hors lacs réservoirs) sont les réservoirs géants : Volta, Bratsk Kariba et Nasser. Les très grands réservoirs représentent environ 1 % de tous les réservoirs, les grands - 5 %, les moyens - 15 %, les petits - 35 % et les petits - 44 %. Comme vous pouvez le constater, la majeure partie des réservoirs artificiels est représentée par des petits et petits réservoirs.

Les réservoirs les plus profonds, en plus de ceux mentionnés ci-dessus, comprennent Baruca (260 m) au Costa Rica, Mika (235 m) au Canada, Sayanskoye (220 m) en Russie. Le plus grand volume d'eau possède des géants tels que le réservoir de Bratsk (169 km 3), Kariba (160 km 3), Nasser (157 km 3), Volta (148 km 3), Guri (135 km 3), Krasnoïarsk et Wadi Tartar. ( 73 km3 chacun). Les réservoirs les plus étendus comprennent les réservoirs suivants : Kuibyshevskoye (650 km), Bratskoye (565 km), Volgogradskoye (540 km) et Nasser (500 km).

Les plus grands réservoirs du monde.

Les superficies des réservoirs et autres éléments morphométriques changent considérablement lorsque le niveau d'eau est rempli et relâché. Ainsi, les superficies des réservoirs de Kuibyshev, Rybinsk et Tsimlyansk sont réduites de 1,5 à 2 fois avec une diminution maximale des niveaux par rapport au niveau de conception le plus élevé, ce qui, naturellement, se reflète dans les changements de leur régime hydrologique, la transformation des berges et fond du bassin.

L'amplitude des fluctuations du niveau d'eau dans différents réservoirs varie également considérablement - de plusieurs dizaines de centimètres pour les réservoirs de plaine à plusieurs dizaines et plus de 100 m pour les réservoirs de montagne.

La forme des zones d'eau des réservoirs est extrêmement diversifiée. Les réservoirs de forme allongée avec un littoral plus ou moins sinueux prédominent, mais il existe également de nombreux réservoirs de formes simples (rondes, ovales) et très complexes (en forme de racine, fourchues, multipales, etc.).

Dans les pays de la CEI, il existe actuellement plus de 4 000 réservoirs d'une capacité supérieure à 1 million de m3. Leur volume total dépasse 1 200 km 3, leur superficie est de 87 000 km 2 (c'est-à-dire plus grande que le territoire de l'Autriche) et, en tenant compte des lacs endigués, de 145 000 km 2. Les réservoirs russes représentent environ 15 % de leur nombre total dans le monde et 20 % de leur superficie. La longueur du littoral des réservoirs dépasse la longueur du littoral des mers qui baignent notre pays. 20 millions de personnes vivent au bord des réservoirs.

Les premiers petits réservoirs qui existent encore aujourd'hui ont été construits à la fin du XVIIe siècle et au début du XVIIIe siècle en Carélie, dans la région centrale et dans l'Oural. De la seconde moitié du 19ème siècle. des réservoirs ont commencé à être construits en Ukraine, dans les États baltes, au Turkménistan, etc. Le premier réservoir sur la Volga, le Verkhnevolzhsky Beishlot, a été créé il y a plus de 150 ans, en 1843. Puis un barrage a été construit dans le cours supérieur de la Volga , dont le seul but était de retenir les eaux de source puis de les relâcher en été pour augmenter les profondeurs navigables sur la Haute Volga jusqu'à Rybinsk.

La création et le remplissage des réservoirs les plus intensifs ont eu lieu dans les années d'après-guerre : en 1955-1960, en 1965-1970. et en 1975-1980. Dans la première période, le volume total des réservoirs a augmenté de 218 km 3 , dans la deuxième de 338 km 3 et dans la troisième de 178 km 3 (Avakyan).

La plupart des réservoirs de grande et moyenne taille ont un objectif complexe, c'est-à-dire satisfaire simultanément les besoins de plusieurs secteurs de l’économie nationale (énergie, irrigation, transport de l’eau, approvisionnement en eau). Les petits réservoirs sont souvent créés pour résoudre un problème spécifique - soit à des fins énergétiques, soit à des fins d'irrigation, etc.

Les réservoirs sont inégalement répartis dans toute la Russie. La part du volume total (45 %) et de la superficie de la surface de l'eau (plus de 35 %) des réservoirs de Sibérie orientale et d'Extrême-Orient est importante. De grands volumes d'eau sont contenus dans les réservoirs de montagne d'Asie centrale (avec une superficie relativement petite), dans les contreforts du Kazakhstan (sur les rivières Irtych et Ili) et dans les réservoirs de la cascade Volga-Kama.

Dans les régions centrales et septentrionales de la partie européenne de la Russie, des réservoirs sont généralement créés pour le transport de l'énergie et de l'eau ; dans le Caucase du Nord - pour résoudre les problèmes d'énergie et d'irrigation ; dans les régions arides du sud - principalement pour l'irrigation ; en Sibérie - pour le transport de l'énergie et de l'eau, et en Extrême-Orient - également pour la lutte contre les inondations.

En général, les réservoirs sont créés pour atteindre certains objectifs économiques et se développent selon les lois naturelles.

Les réservoirs, leur classification et leurs caractéristiques

Informations générales sur la régulation du ruissellement. Espèces et types

Règlements

Le débit de l'eau des rivières à l'état naturel est extrêmement variable en fonction de nombreux facteurs, principalement de la nature de l'alimentation. Sur certaines rivières dont l'eau est majoritairement alimentée par la neige, le débit d'eau maximum est des dizaines et des centaines de fois supérieur au débit minimum. Lors d'une crue, on observe une forte augmentation du débit d'eau, une augmentation du niveau et une augmentation importante des profondeurs, totalement inutilisables pour la navigation. Lors des périodes d'étiages et de faibles niveaux d'eau, les profondeurs diminuent fortement, notamment au niveau des seuils, ce qui limite la capacité d'accueil des rivières pour le transport de marchandises et de passagers.

Régulation du débit les rivières sont conçues pour modifier le régime naturel de leur écoulement au fil du temps, réduire les fluctuations du débit d'eau, rendre les voies navigables plus profondes tout au long de la période de navigation et améliorer considérablement l'utilisation des ressources en eau pour divers secteurs de l'économie : énergie, transport maritime, rafting, approvisionnement en eau et agriculture. De plus, la régulation du débit résout le problème de la prévention des inondations et de la protection des terres et des bâtiments agricoles.

Pour réguler le débit d'une rivière, une unité d'ouvrages hydrauliques (unité hydraulique) est en cours de construction, qui (entre autres ouvrages) comprend un ou plusieurs barrages. Au-dessus du complexe hydroélectrique, les niveaux d'eau montent, un réservoir se forme, qui permet d'accumuler des « excès » d'eau lors de débits élevés (lors de crues de neige et de pluie). Pendant la période d'étiage, la section de la rivière en aval du complexe hydroélectrique reçoit un débit d'eau supplémentaire par rapport à ses valeurs naturelles (l'eau est libérée du réservoir), et les niveaux et les profondeurs d'eau augmentent. Ainsi, une répartition inégale du débit d’eau se produit dans le temps.

Pour chaque réservoir, en effectuant des calculs de gestion de l'eau, on établit les niveaux d'eau caractéristiques suivants, ayant des élévations constantes :

FPU – niveau de rétention forcé ;

NPU – niveau de rétention normal ;

UNS – niveau de réponse de navigation ;

LLV – niveau de volume mort.

Le niveau de retenue forcé (FRL) est un niveau d'eau supérieur à la normale, autorisé temporairement dans le réservoir dans des conditions d'exploitation d'urgence des ouvrages hydrauliques (par exemple, lors du passage d'une crue particulièrement élevée).

Le niveau de retenue normal (NRL) est le niveau d'eau de conception le plus élevé qui est maintenu dans le réservoir dans des conditions normales de fonctionnement des ouvrages hydrauliques (le réservoir peut être rempli jusqu'à ce niveau lors d'une crue normale).

Le niveau de rabattement de navigation (NSL) est le niveau d'eau le plus bas autorisé dans le réservoir pendant la période de navigation, en tenant compte de la nécessité de maintenir les profondeurs navigables.

Le niveau de volume mort (LDL) est le niveau d'eau le plus bas auquel le réservoir peut être vidé (aspiré).

La différence entre les volumes des réservoirs à NPU et UNS est appelée utile volume.

Le volume du réservoir à ULV est appelé mort volume. Le volume mort du réservoir est choisi de manière à ce qu'il y ait une pression d'eau minimale assurant le fonctionnement normal des turbines de la centrale hydroélectrique. Sur les rivières charriant une grande quantité de sédiments, lors du choix de la valeur du volume mort, le temps nécessaire à son remplissage de sédiments pendant l'exploitation est pris en compte. De plus, lors du choix d'une unité de traitement de l'eau, la nécessité d'assurer un fonctionnement fiable des prises d'eau qui alimentent en eau les entreprises, les agglomérations et les terres agricoles est prise en compte.

Les exigences en matière de régulation du ruissellement par les consommateurs sont différentes et parfois contradictoires. Par exemple, aux fins du transport par eau, la consommation d'eau la plus élevée est requise en été, lorsque le débit naturel d'eau des rivières est minimum, afin d'augmenter considérablement les profondeurs afin d'assurer la sécurité du mouvement des navires lourds. Pour l'énergie, la plus grande consommation d'eau est nécessaire pendant la période automne-hiver, lorsque les besoins en production d'énergie électrique pour les sites industriels augmentent considérablement. De plus, les intérêts énergétiques nécessitent une consommation d'eau inégale tout au long de la journée et des jours de la semaine en raison d'une consommation d'énergie inégale, et pour le transport par eau, il est souhaitable d'avoir une consommation d'eau et une profondeur constantes afin qu'il n'y ait aucune difficulté pour le mouvement des navires. .

L'agriculture nécessite une forte augmentation de la consommation d'eau, principalement pendant la courte saison de croissance pour irriguer les champs et arroser les plantes.

Par conséquent, lors de l'élaboration de mesures visant à réguler le débit des rivières, il est nécessaire de prendre en compte les intérêts de tous les secteurs de l'économie afin d'obtenir le plus grand effet économique de l'utilisation des ressources en eau.

En fonction de la durée de la période de redistribution des débits et du mode de fonctionnement du réservoir, on distingue les types de régulation du débit fluvial suivants : vivace, annuelle (saisonnière), hebdomadaire et quotidienne.

Vivace la réglementation prévoit une égalisation des débits sur plusieurs années. Dans le même temps, les années de hautes eaux, les réservoirs sont remplis et les années de basses eaux, les réserves d'eau créées sont principalement consommées. Ainsi, la régulation à long terme égalise non seulement les fluctuations intra-annuelles, mais également les fluctuations à long terme du ruissellement. Ce type de régulation de débit contribue à la stabilité et à l'augmentation de la taille du cours d'eau avec une grande disponibilité.

Pour assurer une régulation du débit à long terme, de grands réservoirs sont créés pour accumuler de grands volumes d'eau. Ces réservoirs comprennent : Verkhne-Svirskoe sur la rivière. Svir, Rybinskoe sur la rivière. Volga, Tsimlyanskoye sur la rivière. Don, Bratskoe sur la rivière. Angara, Krasnoïarsk sur la rivière. Ienisseï et autres.

Le plus simple est annuel régulation qui assure l’égalisation des débits seulement dans un délai d’un an. Dans ce cas, le réservoir est rempli pendant la période de crue, et pendant la longue période restante, lorsque le débit naturel de l'eau diminue fortement, l'eau du réservoir est consommée. Le volume d’eau utile du réservoir est complètement vidé au début de la crue suivante. Pour assurer une telle régulation des débits, il est nécessaire de créer des réservoirs plus petits qu'avec une régulation à long terme. La régulation annuelle du débit améliore également les conditions de navigation, mais avec moins de sécurité compte tenu des dimensions de la voie navigable. Un type de réglementation annuelle est saisonnier la régulation du débit, dans laquelle le largage du réservoir pour augmenter les niveaux d'eau et augmenter les profondeurs en aval du complexe hydroélectrique s'effectue uniquement pendant la période d'étiage la plus difficile pour la navigation.

Nécessité quotidien et hebdomadaire la régulation des flux s'explique par la consommation inégale d'énergie électrique des entreprises industrielles et des zones peuplées. La régulation quotidienne est déterminée par l'inégalité de la consommation d'énergie tout au long de la journée. En règle générale, la plus grande consommation d'énergie générée par les centrales hydroélectriques se produit pendant la journée, lorsque les entreprises industrielles fonctionnent, et surtout le soir, lorsque les entreprises fonctionnent et que le réseau d'éclairage des zones peuplées est allumé. La consommation la plus faible est la nuit, car à cette époque la plupart des entreprises ne fonctionnent pas et l'éclairage est éteint. Par conséquent, pour assurer une telle consommation inégale d'énergie électrique, un nombre correspondant de turbines de la centrale hydroélectrique fonctionnent et, par conséquent, une consommation inégale d'eau du réservoir se produit.

La régulation hebdomadaire du débit est déterminée par l'irrégularité de la consommation d'énergie électrique au cours de la semaine. Le samedi et le dimanche, lorsque de nombreuses entreprises sont fermées, la consommation d'énergie est nettement inférieure à celle des jours de semaine.

Avec la régulation quotidienne et hebdomadaire du débit, en raison de changements fréquents des débits, des fluctuations des niveaux d'eau se produisent dans la section de la rivière en aval du réservoir, qui peuvent être retracées sur plusieurs dizaines de kilomètres. Ainsi, la régulation journalière et hebdomadaire du ruissellement est un trait caractéristique de la consommation énergétique des eaux de ruissellement et diffère des autres types de régulation. Dans ce cas, il n'y a pas d'égalisation du débit, mais au contraire une augmentation de l'irrégularité de sa répartition dans le temps.

Une telle régulation du débit crée des difficultés pour la navigation, car à mesure que les niveaux baissent, les profondeurs diminuent, la conception et l'équipement des postes d'amarrage deviennent plus compliqués, et parfois le programme de trafic des navires est perturbé.

Pour assurer une régulation journalière et hebdomadaire des débits, il n’est pas nécessaire d’augmenter la capacité du réservoir de régulation longue durée ou annuelle.

Selon le mode de consommation (retour) de l'eau du réservoir, on distingue deux types de régulation : avec débit d'eau constant et variable. Sur la fig. La figure 9.1 montre plusieurs cas de calendrier de retour conçu pour la régulation annuelle : uniforme tout au long de l'année (Fig. 9.1, a) ; uniforme à deux étapes pendant les périodes de navigation et d'hiver (Fig. 9.1, b) ; par étapes avec un débit de sortie maximal en période d'été (étiage) (Fig. 9.1, c).

Le dernier cas d’un programme de retour par étapes est typique de la régulation compensatoire des transports et de l’énergie. De plus, pendant les périodes d'étiage des eaux, lorsque la consommation d'eau domestique est minimale, le retour du réservoir est le plus important. En hiver, seul le débit garanti de la turbine hydroélectrique est alimenté par le réservoir, qui génère de l'énergie électrique. Pendant la période de crue, le débit régulé augmente uniquement pour couvrir les pertes d'eau dues à l'évaporation.

Dans tous les cas, la superficie de l'hydrogramme domestique w 1, situé au dessus du graphique de rejet, représente le volume du réservoir VB, et la zone w 2, situé en dessous de l'horaire de retour, mais au dessus de l'hydrogramme domestique - le volume de retour pour assurer des débits d'eau régulés QZ. Pour qu’un tel retour soit possible, l’inégalité doit être satisfaite w 1 ³ w 2, c'est-à-dire afin que le déficit de ruissellement de la période été-hiver ne dépasse pas le ruissellement excédentaire de la période de crue printanière.

Les réservoirs, leur classification et leurs caractéristiques

Sur la base des caractéristiques hydrographiques, on distingue trois types de réservoirs : canal, lac et mixte.

Un réservoir formé à la suite du blocage du débit d'une rivière avec un barrage et de l'inondation de la vallée fluviale est appelé lit de rivière(Fig. 9.2, a). De tels réservoirs ont généralement une grande longueur et une grande surface d'eau. Pour y créer de grandes réserves d'eau, une augmentation significative du niveau d'eau est nécessaire.

Ozernoé le réservoir est formé à la suite d'un barrage bloquant la source de la rivière qui coule du lac (Fig. 9.2, b). En même temps, l’eau remplit la cuvette du lac. Dans de tels réservoirs dotés d'une grande surface d'eau, des réserves d'eau importantes peuvent être créées avec des augmentations relativement faibles du niveau du lac.

Lorsqu'un barrage est construit légèrement en aval de la source de la rivière sortant du lac, un mixte un réservoir qui comprend les réservoirs de la cuvette du lac et de la vallée fluviale adjacente (Fig. 9.2, c).

Les principales caractéristiques de tout réservoir sont sa capacité V et la superficie de l'eau F. Dans ce cas, la superficie de la surface de l'eau du réservoir est déterminée par des courbes de niveau planimétriques utilisant des cartes topographiques à l'élévation correspondante du versant côtier. Le volume du réservoir est calculé en additionnant séquentiellement les produits des superficies moyennes de la surface de l'eau F je par incrément de hauteur d'eau DZ

Les caractéristiques du réservoir sont données soit sous forme de tableau à quatre niveaux d'eau caractéristiques (FPU - niveau de rétention forcé, NPU - niveau de rétention normal, UNS - niveau de navigation et ULV - niveau de volume mort), soit sous forme de courbes de dépendance de capacité. V et la superficie de l'eau F des changements de niveau d'eau dans le réservoir (Fig. 9.3). Dans les courbes V Et F=¦(Z) les notes calculées de FPU, NPU, UNS et UMO sont appliquées.

Pour les cours inférieurs d'un réservoir, la caractéristique principale est la courbe de relation entre les niveaux d'eau et les débits. Il est construit sur la base des données de mesures hydrométriques sur une longue période précédant la construction du barrage, puis est ajusté au fur et à mesure de l'érosion du fond de la rivière dans la zone située en aval du site du barrage.

Lors de l'exploitation d'un réservoir, outre le volume utile utilisé à des fins économiques nationales, des pertes inutiles d'eau se produisent par évaporation de la surface de l'eau du réservoir et par filtration dans le sol du fond et des berges.

Les pertes par évaporation résultent de l'inondation d'une grande partie de la vallée fluviale. L'ampleur de ces pertes P n déterminé par la différence entre la quantité d'eau entrant dans l'atmosphère depuis la surface de l'eau du réservoir Z dans et le volume d'eau qui auparavant (avant l'inondation) pénétrait dans l'atmosphère depuis la superficie occupée par le réservoir Zs

Où: X – la quantité de précipitations tombant sur la zone occupée par le réservoir ;

Oui– le débit d'eau de la zone spécifiée.

Pour déterminer Z dans utiliser une carte des isolignes de la couche d'évaporation moyenne à long terme de la surface de l'eau, établie à partir d'observations à long terme dans la zone où se trouve le réservoir.

Calcul direct de la valeur Zs difficile en raison de la grande diversité des milieux naturels (zone où le réservoir a été construit, relief, végétation, etc.). Par conséquent, cette valeur est déterminée indirectement comme la différence entre les précipitations et le ruissellement des eaux.

Les pertes d'eau dues à l'évaporation dans la zone Nord-Ouest sont généralement de 1 à 2 mm par an. Dans les régions du sud au climat aride, ils sont nettement plus grands, jusqu'à 0,5 à 1,0 m ou plus par an, ce qui est pris en compte lors de la détermination du volume utile du réservoir.

La perte d'eau du réservoir due à la filtration se produit à travers les pores de la roche composant la cuvette du réservoir vers les bassins voisins, ainsi qu'à travers le corps et divers dispositifs du barrage lui-même dans le cours inférieur de la rivière. De plus, ce dernier type de pertes par filtration est d'une valeur relativement faible et n'est généralement pas pris en compte dans les calculs de gestion de l'eau.

Les pertes d'eau dues à la filtration à travers le fond et les berges du réservoir dépendent de la pression de l'eau créée par le barrage et des conditions hydrogéologiques (roches composant la vallée fluviale, leur perméabilité, nature de leur occurrence, position du niveau et régime des eaux souterraines).

Les pertes par filtration seront minimes dans le cas où le lit du réservoir est composé de roches pratiquement imperméables (argile, roches sédimentaires denses ou cristallines massives sans fissures), et le niveau de la nappe phréatique sur les pentes adjacentes au réservoir est situé au-dessus du niveau normal de l'eau de rétention. .
niveau (Fig. 9.4, a).

Des pertes de filtration importantes sont observées dans les réservoirs dont le fond et les berges sont composés de grès fracturés, de calcaires, de schistes ou d'autres sols perméables, et le niveau de la nappe phréatique sur les pentes est situé en dessous du niveau FSL (Fig. 9.4, b).

La filtration la plus importante des réservoirs est observée dans les premières années de leur exploitation. Ceci s'explique par le fait que pendant la période de remplissage du réservoir, le sol composant le lit est saturé d'eau et les réserves d'eau souterraine se reconstituent. Au fil du temps, la filtration diminue et se stabilise au bout de 4 à 5 ans. La filtration de l'eau d'un réservoir à travers les pores des roches a été peu étudiée en raison du grand nombre de facteurs déterminants et de la complexité des études hydrogéologiques. Par conséquent, pour estimer ces pertes, ils s’appuient souvent sur l’expérience de l’exploitation des réservoirs existants.

Selon des normes approximatives, dans des conditions hydrogéologiques moyennes, la couche de perte d'eau du réservoir due à la filtration peut varier de 0,5 m à 1,0 m par an.

Au cours des années sèches et sèches, le débit d'eau des rivières diminue et le besoin en eau pour l'irrigation et l'approvisionnement en eau municipale augmente. Une diminution de la consommation d'eau entraîne une diminution de la production d'électricité dans les centrales hydroélectriques, une détérioration des conditions d'approvisionnement en eau, une diminution de la qualité de l'eau et d'autres conséquences néfastes. Les fluctuations saisonnières du débit des rivières se caractérisent par une forte diminution du débit d'eau des rivières en hiver, lorsque les besoins en électricité sont généralement les plus grands ; La demande en eau pour l’approvisionnement industriel en eau ne diminue généralement pas en hiver. Une diminution estivale du débit d’eau est défavorable à l’irrigation, à la navigation et à d’autres consommateurs et usagers de l’eau.

Pour l'utilisation la plus complète et la plus économique des ressources en eau et l'adaptation du régime d'apport en eau aux besoins des différents secteurs de l'économie nationale, le débit des réservoirs d'eau est régulé.

TYPES DE RÉSERVOIR

Les lacs sont des réservoirs naturels. Dans des conditions naturelles, le lac régule son débit sans intervention humaine. Le débit maximum de la rivière sortant du lac est plusieurs fois inférieur et le minimum est bien supérieur au débit total entrant des rivières se jetant dans le lac. Si, lors du refoulement du lac par un barrage, son niveau est augmenté ou le lit de la rivière à sa source est dégagé, ou ces deux mesures sont mises en œuvre, alors la capacité de régulation du lac augmentera et il sera possible d'augmenter le débit minimum de la rivière qui coule du lac au-dessus du débit naturel.

Le plus souvent, il est nécessaire de créer des réservoirs artificiels. Pour créer un réservoir, un barrage est construit dans le lit de la rivière pour refouler la rivière. Dans le même temps, la plaine inondable et ses environs sont inondés. Lors de la conception et de la construction de réservoirs, il est impératif d'étudier de manière approfondie toutes les conséquences positives et négatives de la construction de réservoirs. Lors de leur placement, il est nécessaire de réduire par tous les moyens possibles la zone d'inondation des terres agricoles précieuses. Sur les rivières de plaine, la zone inondable peut être assez vaste. Par exemple, la superficie du réservoir Kuibyshev sur la Volga est de 6 450 km 2. Sur les rivières de type plaine, en raison de la faible pente de la rivière, les réservoirs sont très longs - jusqu'à 200 à 300 km. Avec des berges plates, la largeur du réservoir atteint parfois 40 à 50 km. Sur les rivières de montagne, en raison de la forte pente de la rivière et des berges escarpées, un grand volume de réservoir ne peut être obtenu qu'avec une hauteur de barrage élevée, ce qui ne provoque cependant pas d'inondations importantes du territoire.

En génie hydraulique, les réservoirs se distinguent selon leur localisation par rapport à une installation hydraulique donnée :

1) les hautes terres, situées sur le fleuve ou ses affluents en amont d'une centrale hydroélectrique donnée ;
2) propre, c'est-à-dire formé par les ouvrages faisant partie de cette centrale hydroélectrique ;
3) la base, située en contrebas de cette centrale hydroélectrique.

VOLUME DU RÉSERVOIR

Le niveau de soutènement normal (NRL) est le niveau le plus élevé auquel, en fonction des conditions de stabilité, le fonctionnement normal des ouvrages de soutènement est calculé (Fig. 3-1). NPU peut être maintenu indéfiniment.

Le niveau forcé (FLU) est un niveau qui peut être autorisé pendant une courte période en cas d'inondations ou de crues exceptionnellement importantes, avec une probabilité inférieure à celle calculée, qui a été acceptée pour des conditions d'exploitation normales.

Le niveau de rabattement le plus bas (LL) d'un réservoir est appelé niveau de volume mort (LDL).

Le volume d'eau dans le réservoir entre le NPU et l'ULV est appelé volume utile ou utile. Le volume d'eau en dessous du SLV n'est généralement pas utilisé pour contrôler le débit et est appelé volume mort.

Le volume total du réservoir de NPL est égal à la somme des volumes utiles et morts. Entre les marques NPU et FPU se trouve un volume de réserve du réservoir, qui sert à recevoir et à transformer les crues et les crues de fréquence rare. La somme des volumes de travail, de réserve et mort donne le volume total du réservoir à FPU. Pour déterminer le volume du réservoir à l'aide des plans topographiques de la zone, planimètrer les zones situées entre les lignes horizontales correspondantes et l'alignement du barrage. Sur la base de ces données, une courbe d'aire F = f(Z) est construite, montrant la dépendance de la superficie du réservoir F sur l'élévation Z. Ensuite, pour chaque incrément d'élévation, l'incrément de volume A Y est calculé et une courbe de dépendance V = f(Z) est construite, appelée courbe de volume statique des réservoirs (Fig. 3-2). Sur les rivières de plaine à débit élevé, des courbes de la surface libre de l'eau dans le réservoir sont construites. Ces courbes de remous, au même niveau d'eau au barrage, auront une courbure plus grande et un niveau d'eau plus élevé à l'extrémité de la courbe de remous, plus le débit entrant est important (Fig. 3-3). Dans ces cas, une courbe des volumes dynamiques d'eau dans le réservoir V = f (Z, Q) est obtenue.

Dans certains cas, on tient compte du fait que les sols poreux de la rive et du lit du réservoir absorbent l'eau lorsque le niveau d'eau monte et la restituent lorsque le niveau d'eau diminue, ce qui équivaut à une augmentation de la capacité réelle du réservoir. réservoir.

Le réservoir d'Owen Falls, situé en Ouganda, au Kenya et en Tanzanie, a le plus grand volume total de 205 km3 et la plus grande superficie de 76 000 km2. Le plus grand réservoir se trouve sur la rivière. Volta (Ghana), dont le volume total est de 148 et le volume utile de 90 km3. En termes de volume utile, le réservoir Nasser sur le fleuve occupe la troisième place mondiale. Nil (Egypte), créé avec l'assistance technique de l'URSS. Dans le tableau Le tableau 3-1 présente des données sur les plus grands réservoirs de l'URSS avec un volume utile supérieur à 10 km3.

PERTES D'EAU DES RÉSERVOIRS

La perte d'eau du réservoir est due à l'évaporation, à la filtration et à l'affaissement de la glace sur les berges lors du rabattement hivernal du réservoir. Pour la centrale hydroélectrique, l’eau prélevée dans son bassin supérieur pour l’irrigation, l’approvisionnement en eau, l’éclusage des navires, etc. est également « perdue ».

Évaporation. Avec la création de réservoirs, l'évaporation augmente. Les pertes totales par évaporation sont déterminées par le produit de la surface du réservoir Fв et de l'épaisseur de la couche d'eau évaporée hB.

Comme le montre le tableau. 3-2, les pertes spécifiques d'eau dues à une évaporation supplémentaire en Asie centrale sont 15 fois plus importantes que dans le nord de la partie européenne de l'URSS.

Parmi tous les réservoirs du sud de la partie européenne de l'URSS, les pertes dues à l'évaporation supplémentaire des réservoirs sont en moyenne supérieures à 10 km3 par an.

Filtration. Il y a des pertes d'eau dues à la filtration à travers le corps du barrage, sous celui-ci et à son contournement à travers l'épaisseur du sol et à travers les fuites des vannes du barrage et des aubes directrices des turbines.

Lorsque le réservoir est vidé en hiver, la glace se dépose sur les berges. Au printemps, la glace fond et reconstitue les eaux de ruissellement. Mais pour les réservoirs régulés annuels, la reconstitution printanière ne fait généralement qu’augmenter le volume des rejets inactifs du barrage. Ainsi, l’affaissement des glaces sur les rives représente des pertes pour le secteur énergétique.

Il existe des types de régulation de débit de base et spéciaux.

1. Principaux types de réglementation

Les principaux types de régulation du débit sont pérennes, annuels, hebdomadaires et quotidiens.

La régulation à long terme permet, les années d'étiage, d'augmenter la consommation d'eau et la production d'électricité des centrales hydroélectriques en raison du ruissellement des années de crue. Avec une régulation à long terme, le réservoir est rempli du ruissellement excédentaire des années de hautes eaux et est vidé pendant un certain nombre d'années d'étiages. Tous les consommateurs et usagers de l’eau sont intéressés par une régulation à long terme, mais sa mise en œuvre nécessite un volume de réservoir important.

Pour une régulation profonde à long terme, un volume de réservoir utile égal à un à deux débits fluviaux annuels moyens est nécessaire. Une régulation partielle à long terme est possible même avec une capacité de réservoir d'environ 50 % du débit annuel moyen.

La régulation annuelle redistribue les eaux de ruissellement tout au long de l'année en fonction des besoins des usagers et des consommateurs d'eau. Pendant les saisons de hautes eaux, le réservoir est rempli et pendant les saisons de basses eaux, il est vidé. Le cycle réglementaire est d'un an. Le volume requis en pourcentage du débit annuel moyen varie de 3 à 10 % avec régulation de débit partiel à 40 à 60 % avec régulation de débit total.

Pour le secteur de l'énergie, la régulation hebdomadaire et surtout quotidienne, réalisée en fonction des fluctuations hebdomadaires et quotidiennes de la charge des systèmes électriques, est d'une grande importance.

Une régulation quotidienne avec un apport d'eau relativement constant garantit une consommation d'eau inégale de la centrale hydroélectrique, suite aux fluctuations quotidiennes de la charge du système électrique. Le volume nécessaire du bassin ou bassin de régulation journalière est déterminé par calcul (voir § 5-2). Le volume approximatif est de 5 à 10 % du débit quotidien de toutes les turbines d'une centrale hydroélectrique. Si seule une régulation quotidienne est effectuée dans une centrale hydroélectrique, alors le cycle de régulation dure une journée et à la fin de la journée, le niveau d'eau de la piscine ou du bassin revient à sa position d'origine. Avec une régulation journalière, la centrale hydroélectrique couvre les pointes de l'horaire de charge journalier.

La régulation hebdomadaire permet d'augmenter la capacité et la production d'énergie des centrales hydroélectriques en semaine en réduisant le débit utilisé le week-end, lorsque la charge du système électrique diminue. Pour la régulation hebdomadaire, un volume de réservoir représentant 50 à 100 % de la capacité de débit quotidienne de toutes les turbines des centrales hydroélectriques est requis.

2. Types particuliers de réglementation

Les types particuliers de réglementation comprennent :

a) Régulation compensatoire, qui peut être réalisée par un réservoir en amont afin de compenser l'irrégularité des apports du bassin versant intermédiaire entre les sections du réservoir et la centrale hydroélectrique. Lorsqu'il y a un faible afflux du bassin versant intermédiaire, des débits accrus sont produits par le réservoir de compensation et vice versa. Si un grand réservoir possède sa propre centrale hydroélectrique, il est alors possible de procéder à une régulation compensatoire annuelle, voire à long terme, de la production électrique de plusieurs ; Centrales hydroélectriques situées sur des cours d'eau différents, mais reliées à un réseau électrique commun. Ainsi, le réservoir de la centrale hydroélectrique de Bratsk réalise une régulation compensatoire de la production d'énergie par les centrales hydroélectriques Ienisseï et Angarsk.

b) Transformation des crues et des crues. Si la partie maximale de la crue est retenue dans le réservoir, le débit maximum traversant le barrage sera réduit. Ceci permettra de réduire les ouvrages de déversoirs de l'aqueduc, de réduire les crues de la rivière en aval du réservoir, etc.

c) Utilisation d'urgence du réservoir. En cas d'accident sur le système électrique, une station hydraulique peut rapidement prendre en charge une charge supplémentaire et utiliser une réserve spécialement prévue ou une partie du volume utile du réservoir de son réservoir. Une fois l'accident éliminé, le volume supplémentaire consommé est restitué en réduisant la charge de la centrale hydroélectrique ou en raison de la crue la plus proche.