1
8215
Газета Интернет-версия

11.12.2018 21:48:00

Водный мир Среднерусской возвышенности

Управление Волжско-Камским каскадом попытаются вписать в математические модели


Один из шлюзов на каскаде волжских водохранилищ. Фото Владимира Захарина

Волжско-Камский каскад водохранилищ – одна из крупнейших в мире водохозяйственных систем. По берегам и в бассейне притоков Камы и Волги проживает почти половина населения России! Именно с этим связан статус проекта, который в этом году начал выполнять Институт водных проблем РАН. Проект рассчитан на период 2018–2020 годов. Для выполнения проекта необходимо провести тонкую настройку моделей на объект приложения – 11 водохранилищ самого каскада, а также ряда водохранилищ на притоках Волги и Камы. Основа для работы – оперативные, прогностические и архивные данные гидрометеорологов и две математические модели – ECOMAG и VOLPOW, разработанные участниками рабочей группы. О подводных камнях этой работы, ее особенностях и ожидаемом результате в беседе с Евгенией НОВИКОВОЙ рассказывает ответственный исполнитель проекта начальник информационно-аналитического Центра регистра и кадастра ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет – Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева» Сергей БЕДНАРУК.

– Сергей Евстафьевич, расскажите о предыстории этого проекта. Чем была вызвана необходимость его создания?

– В 2000 году мы с Юрием Мотовиловым, ныне ведущим научным сотрудником ИВП РАН, приступили к созданию всеобъемлющей научной расчетной основы управления каскадом водохранилищ. Работы шли в рамках «Программы возрождения Волги». Начали с Волжско-Камского каскада водохранилищ. Но изначально была поставлена весьма амбициозная задача охватить все основные речные бассейны страны. К 2005 году получили первые результаты для бассейна Волги полностью. Они весьма обнадежили. А к 2011 году задача охвата наиболее крупных бассейнов России была в существенной мере решена.

У коллектива исследователей появилась возможность совершить прорыв в технологиях управления Волжско-Камским каскадом и продвинуть теорию и практику регулирования речного стока на несколько шагов вперед.

– Тогда уже существовала модель формирования речного стока ECOMAG Мотовилова плюс ваша модель функционирования водохранилищ каскада VOLPOW?

– Да. Эти основы были сформированы к 2005 году, далее проходило их развитие. Однако в последние 5–6 лет прогресс сильно затормозился по многим как объективным, так и субъективным причинам. До сего момента существует некоторый «разрыв» между двумя нашими моделями. С 2018 года прежний коллектив разработчиков собрался под эгидой ИВП РАН. И появилась возможность сделать прорыв в технологиях.

– Что именно должно усовершенствоваться в модели ECOMAG?

– Совершенствование должно идти в части детализации, охвата не только непосредственного притока воды в водохранилище, но и стока по всей речной сети, по всем водомерным постам. Эта модель должна быть адаптивной, постоянно коррелировать с тем, что фактически происходит на всем водосборе.

На сегодняшний день ее отклонения от фактических отчетных данных по притоку воды в водохранилища относительно небольшие. Но с точки зрения реального практического управления этого уже недостаточно.

Прежде всего нужно иметь в виду, что оперативные данные по притоку воды в водохранилища каскада содержат определенную ошибку, как и данные учета стока на гидроузлах. Эти ошибки необходимо оперативно оценивать, исходные данные – корректировать. Краткосрочные прогнозы погоды Гидрометцентра (ГГМЦ), данные о фактическом состоянии почвы, русловых запасов – все это нужно учитывать. И получаемые по модели  результаты при расчете  с заблаговременностью в три – пять дней должны сходиться с реальной ситуацией практически «в ноль».

– Но, видимо, они не сходятся?

– Модель – это упрощенное отражение действительности, имитирующее лишь интересующую нас часть моделируемого объекта. Наша задача – корректировать параметры так, чтобы модель непрерывно адаптировалась к действительности.

Например, поля осадков. Информация есть по метеостанциям (по отдельным точкам на водосборе), а чтобы получить данные между ними, мы применяем процедуры интерполяции. Отсюда неточности. Если бы мы ввели в модель алгоритмы, позволяющие корректировать поля осадков так, чтобы результаты расчетов максимально приближались к данным наблюдений на водпостах по всей водосборной территории, то качество моделирования существенно улучшилось бы. То же самое нужно делать с полями других факторов формирования стока.

В модели функционирования каскада VOLPOW мы уже давно это делаем. Получая оперативные данные ГГМЦ по расходам притока воды в водохранилища, средним уровням воды по водохранилищам, уровням и расходам воды по гидроузлам, сразу решаем обратную задачу, рассчитывая тот же приток по модели – полезный приток. У нас получаются другие цифры, иногда значительно меньшие. Это объясняется тем, что часть поступающей в водохранилище воды испаряется, часть уходит на безвозвратное потребление и т.п. Оперативные данные по этим статьям водного баланса отсутствуют, методика Росгидромета их не учитывает. К тому же необходимо учесть, что при расчетах притока используются данные по стоку крупных рек, где измеряют расходы воды или уровни, а для учета вклада малых притоков применяют расчетные формулы, не дающие высокой точности.

Таким образом, решая обратную задачу с помощью VOLPOW, мы фактически корректируем входные данные для этой модели за прошедший период. И в дальнейшем учитываем эту корректировку при подготовке входных данных по полезному притоку воды в водохранилища, рассматривая прогноз притока ГГМЦ на следующий расчетный период.

– Для модели VOLPOW вы получаете от Росгидромета одни цифры по притоку воды, от модели ECOMAG – другие. Зачем так много источников расчетов?

269-11-2_t.jpg
Волга в районе Нижнего Новгорода.
Фото Владимира Захарина

– В стране официально принята методика Росгидромета для расчета притока воды в водохранилища. Модель ECOMAG пока не является утвержденным стандартом. С ее помощью мы рассчитываем «ансамбль» возможных вариантов притока воды в водохранилища по погодным условиям ряда прошлых лет. И смотрим, какие из результатов попадают в диапазон прогноза объемов притока ГГМЦ. У этого прогноза достаточно большая вилка величин объема притока, у «ансамблевых» оценок разброс этих значений может быть еще большим.

Учитывая фактическое состояние водосбора, запасы снега, погодные условия за прошедший период, мы выбираем из «ансамбля» те два-три сценария, которые по всем параметрам ближе к условиям данной весны. Из этих сценариев компонуем исходные данные по притоку воды в водохранилища для модели функционирования каскада.

Таким образом, используя официальный прогноз объемов притока ГГМЦ на предстоящий период, мы с помощью ECOMAG и некоторых экспертных оценок получаем детальные гидрографы расходов притока, сужая диапазон прогнозного притока до минимума.

Однако есть проблема. Мы официально не получаем всего имеющегося объема оперативных метеоданных, агрометеорологической информации и данных наблюдений на гидропостах. То, что нам удается добыть неофициально, да еще и с временными задержками, представляет собой лишь часть этой информации, надежность которой не является безусловной. Вместе с тем эти данные остро необходимы для «скользящего» прогноза притока воды в водохранилища, чтобы можно было надежно управлять каскадом.

– А почему не получаете оперативных данных по погоде?

– Потому что Росгидромет не предоставляет этой информации бесплатно даже федеральным органам исполнительной власти, да и за разумную плату получить ее в полном объеме сегодня тоже проблематично.

– Как такое возможно, когда оба ведомства работают за счет бюджетных денег?

– В постсоветское время в Гидрометслужбу внедрили «рыночные отношения», объяснив, что на содержание гидрометсети, наблюдающей за погодой, из бюджета выделяется 30% средств. Остальные 70% территориальные управления Росгидромета должны зарабатывать сами. Утвердили узкий перечень гидрометеоинформации, предоставляемой бесплатно, а все остальное – за деньги. Это абсурд, восточный базар, гордо называемый «рынком услуг», прочно укоренившийся в федеральной службе.

И если до 2015 года проблема получения гидрометеоинформации как-то решалась за счет выделения бюджетных средств по линии Росводресурсов, то с 2016 года, насколько я понимаю, денег на эти цели не выделялось. И мы вовсе перестали получать гидрометеорологические данные. Сейчас мы пытаемся как-то договориться на межведомственном уровне и вернуться к практике, которую применяли до 2015 года, правда, опосредованно: за счет средств, выделяемых, например, на наш проект.

– Это правильный подход?

269-11-3_b.jpg
Обозначения на схеме: ГУ – гидроузел;
НПУ – нормальный подпорный уровень;
УМО – уровень мертвого объема;  Wплн – полный объем;
Wплз – полезный объем; Qспс – суммарная пропускная способность
Увеличить изображение

– Нет. Но после принятия Водного кодекса в 2006 году у нас водное законодательство попрано начиная с базовых принципов. Так, в этом документе впервые зафиксирован «бассейновый» подход к управлению водными ресурсами страны. Бассейновый округ определен как единица управления – и структура управления должна быть бассейновой.

В первые годы после принятия кодекса пытались выстроить бассейновую структуру управления. Но после смены руководства Росводресурсов в 2009 году все вернулось к так называемому бассейново-территориальному, а по сути – к чисто административному принципу управления по субъектам Федерации, сгруппированным в якобы бассейновые водные управления. И это произошло не потому, что границы не определены: наш коллектив в соответствии с требованиями Водного кодекса выполнил гидрографическое и водохозяйственное районирование территории страны, определил географические границы бассейновых округов, гидрографических единиц и водохозяйственных участков.

Еще одно нарушение законодательства касается Правил использования водохранилищ – основного нормативного документа, регулирующего их работу. После принятия постановления правительства РФ о разработке правил в 2009 году и утверждения методических указаний по их разработке в 2011 году ускоренными темпами было «освоено» около 1,5 миллиарда рублей на создание проектов правил по большинству из 350 водохранилищ из перечня, утвержденного правительством. Из них на сегодняшний день вступили в силу около 20, тогда как к 1 января 2015 года должны были работать все 350.

Проблема не только в волоките по согласованию проектов правил в федеральных органах исполнительной власти. Главная проблема – в недопустимо низком качестве этих документов. По нашим оценкам, более 80% из них не соответствуют основным требованиям методических указаний. Их утверждение лишь обострит проблемы с управлением водохранилищами. Кстати, из правил, вступивших в силу, по существу, около трети не соответствуют требованиям.

Сегодня у нас нет проблем по Камской ветви каскада: по ее трем водохранилищам утверждены новые правила, разработанные нами. По водохранилищам Волжской ветви каскада (за исключением Верхневолжского, по которому работают наши правила) действующими считаются те, что утверждены в 1960–1980-х годах. Попытка их выполнения приведет к плачевным последствиям для экономики и населения региона. По нижневолжским водохранилищам они не могут быть выполнены в полном объеме, поскольку содержат взаимно противоречащие положения. Так, в правилах Куйбышевского и Волгоградского водохранилищ четко не прописаны режимы ежегодного специального весеннего попуска в низовья Волги для рыбного хозяйства.

Из сложившейся ситуации выходим, используя в расчетах по Верхней Волге (до Горьковского водохранилища включительно) диспетчерские графики из разработанных нами проектов правил. Что касается водохранилищ Нижней Волги, то проекты правил для них не обоснованы никакими расчетами и еще более противоречивы, чем ныне действующие. Поэтому здесь мы вынуждены опираться на свой почти 30-летний опыт ежедневного и непрерывного участия в установлении режимов работы водохранилищ каскада.

– Как организационно происходит управление каскадом?

– Каждый день начинается с получения большого объема данных наблюдений за прошедшие сутки по всему каскаду и бассейну в целом. Разработанный нами ГИС-портал по водным ресурсам и водному хозяйству бассейнов рек России незамедлительно принимает, архивирует и визуализирует получаемую гидрологическую информацию со всех гидропостов и метеостанций страны, а также ряда постов сопредельных государств. Мы рассматриваем и анализируем изменения режимов работы водохранилищ каскада и гидрологической обстановки на водосборе.

С использованием моделей ECOMAG и VOLPOW выполняем полный комплекс гидрологических и водохозяйственных расчетов: в период весеннего половодья каждые пять дней, в остальное время – ежедекадно, а при существенном изменении гидрометеорологической и водохозяйственной обстановки – чаще. В результате получаем режимы работы гидроузлов на предстоящий период – от квартала до полугода.

Далее, во-первых, оцениваем, вписывается ли фактический режим работы гидроузлов в установленные на текущий период рамки. Операторам гидроузлов в указаниях Росводресурсов, как правило, дают средние на период до 30 суток величины расходов воды через плотины, а посуточный и внутрисуточный режимы устанавливает системный оператор единой энергосистемы страны.

Во-вторых, мы оцениваем, вписываются ли установленные на текущий период режимы работы водохранилищ в расчетные режимы, соответствующие актуализированной гидрометеорологической и водохозяйственной обстановке.

В-третьих, получая оперативные требования водопользователей, органов исполнительной власти и т.д. по текущим режимам работы водохранилищ, мы оцениваем их обоснованность и возможность удовлетворения.

По результатам готовим конкретные рекомендации и незамедлительно направляем их в отдел оперативного регулирования Росводресурсов. Там готовят необходимые указания на подпись ответственному руководителю.

Такова повседневная работа по контролю и корректировке уже установленных режимов работы гидроузлов каскада. Но первая наша задача – подготовка и обоснование предложений по режимам работы гидроузла на плановый период. Мы представляем их на заседаниях Межведомственной рабочей группы по регулированию водохранилищ Волжско-Камского каскада. Рабочая группа дает рекомендации Росводресурсам, а те, в свою очередь, указания операторам гидроузлов. Выполнение этих указаний мы затем и отслеживаем.

– А правда ли, что на деле самым главным человеком, управляющим сбросом гидроузлов, является техник, который открывает затвор?

– Абсолютная неправда. Нарушения установленных режимов могут иметь место при авариях в энергосистеме (по решению системного оператора и/или при срабатывании автоматики), но они подлежат компенсации в кратчайшие сроки после ликвидации аварии.

Другим случаем допускаемого нарушения может быть экстремальная ситуация, угрожающая разрушением сооружений гидроузла и гидродинамической аварией. В этом случае решение принимается лицом, ответственным за эксплуатацию гидроузла.

А фактический произвол в регулировании режимов, грозящий тяжелыми последствиями, может иметь место в случае установления слишком больших диапазонов средних сбросных расходов на длительные периоды и отсутствия утвержденных правил использования конкретного водохранилища – как это происходит, например, с Саяно-Шушенским водохранилищем.   


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


Исполнение законов за решеткой зависит от тюремной инструкции

Исполнение законов за решеткой зависит от тюремной инструкции

Екатерина Трифонова

Заключенных будут по возможности отпускать на волю для платного лечения

0
815
Россия стала главным инвестиционным донором Евразийского экономического союза

Россия стала главным инвестиционным донором Евразийского экономического союза

Ольга Соловьева

Санкционное давление Запада изменило направление капвложений в ближнем зарубежье

0
964
Перед выборами коммунисты вспоминают об опыте большевиков

Перед выборами коммунисты вспоминают об опыте большевиков

Дарья Гармоненко

Партия интернационалистов разыгрывает этническую карту в ряде протестных регионов

0
774
Россия вписалась в глобальную тенденцию дефицита учителей

Россия вписалась в глобальную тенденцию дефицита учителей

Анастасия Башкатова

Цифровизация парадоксальным образом увеличила нагрузку на педагогов

0
925

Другие новости