Nenusistovėjusio vandens tekėjimo Kauno HE žemutiniame bjefe natūriniai ir modeliniai tyrimai

Abstract

Nenusistovėjusio vandens tekėjimo HE žemutiniuose bjefuose reiškiniai yra aktualūs dėl poveikio upių ekosistemoms, o HE avarijų atvejais - dėl grėsmės žmonių turtui ir jų saugumui. Pavyzdžiui, Kauno HE avarijos atvejų gali kilti realus pavojus Nemuno saloje pastatytai „Žalgirio“ arenai ir žmonių saugumui. Yra žinomas ne vienas bandymas paprasčiausiais metodais tirti ir apskaičiuoti nenusistovėjusį tekėjimą. HE žemutiniuose blefuose, tačiau pakankamai tikslių ir patikimų skaičiavimo metodų trūksta. Šio darbo tikslas - išanalizuoti charakteringus nenusistovėjusio tekėjimo atvejus Kauno HE žemutiniame bjefe, juos ištirti skaitmeniniame hidrodinamikos modelyje MIKE 21 aplinkoje ir įvertinti modeliavimo rezultatų tinkamumą praktinių uždavinių sprendimui. Išanalizavus charakteringus Kauno HE darbo režimus, kurie sukelia nenusistovėjusį tekėjimą HE žemutiniame bjefe, buvo atlikti natūriniai sinchroniniai Nemuno vandens lygių dinamikos matavimai esant įvairiems Kauno HE darbo režimams. Skaitmeniniame hidrodinamikos modelyje MIKE 21 aplinkoje buvo tiriama Nemuno hidraulinių charakteristikų dinamika tomis pat nenusistovėjusio vandens tekėjimo sąlygomis, kuriomis buvo atliekami natūriniai tyrimai. Lyginant natūroje išmatuotų ir modelyje apskaičiuotų vandens lygių dinamikos rezultatus buvo įvertintas modeliavimo metodo tikslumas ir jo panaudojimo galimybės praktinių uždavinių sprendimui. Nustatyta, kad normaliomis HE naudojimo sąlygomis vandens tekėjimas Nemuno upėje ties Kaunu dažniausiai yra nenusistovėjęs: potvynio bangos aukštis ties Aleksoto tiltu neviršija 1,2 m, o vandens kilimo vidutinis greitis yra iki 0,45 m h1. Šis greitis priklauso nuo bangos debito ir bangos aukščio. Skaitmeninio modeliavimo su MIKE 21 programomis rezultatai, gauti nenusistovėjusio tekėjimo sąlygomis, yra pakankamai patikimi.

Phenomena of unsteady water flaw downstream of hydropower plants (HPP) are important for their influence on river ecosystems; in case of HPP failures- for danger to properly and safely of population. For example, in case of Kaunas HPP failure a real danger may arise to "Žalgiris" arena, which is built on the Nemunas river island, and to safely of people. Several attempts have been made to investigate and calculate the unsteady water flow downstream of HPP by means of simple methods, but no sufficiently exact and reliable methods have been developed. Having analyzed the work regimes characteristic to Kaunas HPP, that generate unsteady water flow downstream of Kaunas HPP, synchronous field measurements of water level dynamics in the Nemunas at Kaunas during various work regimes of Kaunas HPP are preformed. Under the same unsteady water flow conditions, dynamics of the Nemunas hydraulic characteristics is investigated in the numerical hydrodynamic model in MIKE 21 environment. Comparison of the results of the water level dynamics obtained by field measurements and by modelling method enables to evaluate the possibilities to use this model in solution of practical problems. It is established that at normal situation of HPP work, water flow in the Nemunas river at Kaunas is usually unsteady: height of the water wave at Aleksotas bridge does not exceed 1.20 m and average velocity of water level rises up to 0.45 m h'; this velocity depends on discharge and height of the wave. Results of numerical modeling by means of MIKU 21 software obtained in conditions of unsteady water flow are sufficiently reliable and may be used in solution of practical problems.