CC BY
31
Мелиорация, гидротехнические сооружения
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАЛОЙ ГИДРОЭНЕРГЕТИКЕ
Г.М.Гаджиев
Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала
Одним из важных условий обеспечения экономического роста и успешного развития территории является эффективность развития энергетики. Повышение цен на ископаемое органическое топливо заставляет сегодня целый ряд регионов России интенсифицировать свои усилия к использованию местных возобновляемых источников энергии. Северный Кавказ является одним из районов России, где сосредоточены значительные запасы гидроэнергетических ресурсов и природные условия для их использования достаточно благоприятны. Регион остродефицитен как по электроэнергии, так и по мощности. Эти условия определяют необходимость развития собственной энергетической базы и совершенствования структуры энергетического баланса. Одним из реальных путей решения этой задачи является вовлечение в энергобаланс местных гидроэнергетических ресурсов.
Основной водной артерией Северного Кавказа является река Терек, которая играет ключевую роль в экономике пяти Северо-Кавказских республик. Водные ресурсы р. Терек используются для целей гидроэнергетики, коммунального и промышленного водоснабжения, орошения земель и рыбного хозяйства. На территории бассейна имеется более 25 тысяч рек. Речная сеть наиболее развита в горных районах и слабее на равнинных участках. Сток рек неравномерен и меняется в зависимости от времени года. Большинство рек региона относится к горному типу. Для них характерно обилие воды вначале лета.
Освоение гидроэнергетического потенциала позволит значительно смягчить нарастающую напряженность топливно-энергетического баланса. Нами было проведено изучение гидроэнергетических ресурсов рек бассейна Терека. В исследованиях особое внимание было обращено на детальное изучение природных условий территории, определяющих формирование водной энергии, ее количественные и качественные показатели. Реки, при определении энергетических ресурсов, были сгруппированы на две учетные категории в зависимости от их экономического значения и полноты исходных данных, необходимых для выбора методов учета. Энергия основных рек длиной более 10 км исчислена по линейному методу, а мелких рек обобщенно по методу "средней реки" [1,2].
Бассейн р.Терек располагает значительным потенциалом гидроэнергетических ресурсов. Теоретический гидроэнергетический потенциал бассейна Терека составляет 49,2 ТВтч, технический потенциал оценивается в 24,9 ТВтч и экономический потенциал в 12,3 ТВтч, из которых действующими и строящимися ГЭС будет освоено 1,1 ТВтч (табл. 1).
Таблица 1 - Гидроэнергетический потенциал рек бассейна Терека в разрезе республик
Гидроэнергетический потенциал, ТВтч
Республика теоретический технический экономический
Республика Грузия Республика Дагестан Кабардино-Балкария Республика Республика Северная Осетия-Алания Чеченская Республика Республика Ингушетия Ставропольский край и Карачаево-Черкесская Республика
1,91 1,71 18,73 13,80 10,31 2,54
0,21
0,91
10,02 7,44 4,80 1,72
0,44
4,31 4,14 2,60 0,80
Итого £ ** - по данным [3]; - по данным [2],
49,21 24,89
- предварительные данные.
12,29
№11, 2005г.
155
Абсолютные размеры потенциальных запасов гидроэнергетических ресурсов бассейна р. Терек, высокая концентрация их в отдельных водотоках определяют возможность эффективного освоения этих ресурсов путем сооружения крупных, средних и малых по мощности гидроэлектростанций. Одновременно будут решены чрезвычайно важные для этого района вопросы комплексного использования водных ресурсов. При этом необходимо отметить, что потенциал экономически приемлемых крупных ГЭС в бассейне Терека исчерпан. Более перспективным является строительство ГЭС средней и, в основном, малой мощности [4, 5].
В настоящее время следует учитывать наличие новых факторов, положительно влияющих на использование возобновляемых источников энергии, в частности ГЭС малой мощности. К таким факторам относятся дешевизна электроэнергии, созданной на таких ГЭС, экологическая безопасность и экономичность. Гидроэлектростанции малой мощности меньше влияют на природный ландшафт и окружающую среду и в отличие от других экологически безопасных возобновляемых источников энергии наименее зависимы от погодных условий. Недостаточное количество гидрологических постов наблюдений по рекам бассейна, а также отсутствие полной гидрологической и гидрометрической информации затрудняют объективную оценку энергетического потенциала ГЭС малой мощности.
Для решения этой задачи нами применены геоинформационные системы. Современные геоинформационные технологии позволяют решить проблемы планирования и управления водными ресурсами; восстановления, охраны и рационального использования водных объектов; управления сложными водохозяйственными системами [6, 7, 8].
Цифровая модель территории бассейна реки Терек была получена в ГИС-системе Arc View 3.2. Топографическая основа - электронная карта масштаба 1:200000 территории бассейна реки Терек с последующей проверкой топологии, ошибок оцифровки, склейкой листов и актуализации данных (Рис.1).
Геоинформационная модель территории региона представлена следующими слоями: горизонтали, гидрография (речная сеть, ледники, озера, болота, водохранилища), дорожная сеть, населенные пункты (города, поселки, деревни, кварталы), растительность, гидрологические посты на реках, гидроэлектростанции, удельные мощности рек, надписи и другие элементы содержания. Карта наполнена атрибутивной информацией по всем типам объектов. Слой реки содержит сведения о характеристике водосбора, расстояниях, площади, длине, уклоне реки; для гидрологических постов - расходы воды и т.д.
Использование геоинформационных технологий и методов математического моделирования могут служить хорошим инструментом для решения поставленной задачи. Подготовленная база данных позволяет при ограниченной гидрологической и гидрометрической информации провести определение потенциальной мощности водотока в заданной точке речного русла.
Имея модель природного объекта, в нашем случае речной сети, можно достаточно быстро провести необходимые измерения и получить интересующие параметры.
Разработана методика, позволяющая рассчитать расход воды в любой точке речной сети и определить падение на участке. По электронной карте определяется длина всей реки и ее притоков, площадь водосбора, средняя высота водосбора, рассчитывается модуль стока и определяется мощность.
С использованием данной методики произведены расчеты для рек, входящих в речной бассейн Терека. Вычисленные значения по предлагаемой методике сравнивались с имеющимися данными. После проведения расчетов оказалось, что значения, определенные с использованием предлагаемой методики и полученные ранее по стандартным методикам, хорошо согласуются. Это позволяет определять перспективные в гидроэнергетическом отношении водотоки при существующей ограниченной гидрологической информации.
Рисунок 1 - Фрагмент речной сети ГИС "Гидроэнергетические ресурсы бассейна реки Терек"
В последние годы на страницах печати поднимается вопрос о необходимости уточнения гидроэнергетического потенциала страны. Водное хозяйство и топливно-энергетический комплекс являются динамичными элементами экономики, и за последние годы могли значительно измениться как экономически выгодная часть потенциала рек, так и размеры его самого вместе с распределением по стране. Необходимо произвести уточнение водно-энергетического кадастра и схем использования рек России. Использование современных методов пространственного анализа на базе ГИС-технологий позволит решать задачи накопления, хранения, обновления, анализа гидрологической, гидрогеологической и инженерно-геологической информации. Новейшие пространственно-информационные ГИС, обладая способностью обрабатывать такую информацию, позволяют строить прогнозные модели, создавать сценарии возможных ситуаций для быстрого и научно обоснованного принятия управленческих решений по строительству гидроэлектростанций малой мощности.
Библиографический список:
1. Григоров С.В. Потенциальные энергоресурсы малых рек СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1946.
2. Муслимов В.Х. Гидроэнергетические ресурсы Дагестанской АССР. Махачкала: Дагкнигоиздат, 1972.
3. Природные ресурсы Грузинской ССР. т. IV. Гидроэнергетические ресурсы. М. - Изд-во АН СССР, 1962.
4. Гидроэнергетические ресурсы Республики Северная Осетия-Алания / Гаджиев М.К., Янин Г.С., Муслимов В.Х. и др. - Владикавказ: Иристон, 2000.
5. Водные ресурсы Чеченской республики: состояние и проблемы / Курбанчиев Г.С., Гаджиев М.К., Гаджиев Г.М. и др. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2006.
6. Геоинформатика / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, В.С. Тикунов и др.; под ред. В.С. Тикунова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005.
7. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. М.: Комитет ГИС-образование ГИС-Ассоциации, 1997.
8. Шайтура С.В. Геоинформационные системы и методы их создания. Калуга: Изд-во Н.Бочкаревой, 1998.
