Работа гидроузла зависит от множества факторов. Даже поверхностный взгляд на эту проблему укажет на необходимость учета вопросов гидрологии, гидротехники, водопользования, метеорологии, природопользования и др. Возникает множество вопросов, вот лишь некоторые из них:
- Какая площадь водосбора?
- Где находятся основные потребители?
- Как расположена мониторинговая сеть?
- Какой прогнозируется объем, расход воды в результате выпадших осадков?
- Как различные процессы протекают по времени?
- Как сбрасывать воду нескольким водохранилищам, входящих в единый каскад?
Ответы на некоторые из этих вопросов фиксируются в различных эксплуатационных документах (правила эксплуатации водохранилища, декларация безопасности и др.). Однако такие документы не способны отразить всю динамику реально протекающих процессов, когда природа подкидывает порой неожиданные «сюрпризы». В результате возникает необходимость создания информационных сервисов, систем, способных воедино свести задачи прогноза, мониторинга и управления одним и/или несколькими гидроузлами.
В связи с этим наша компания разработала прототип ситуационного центра для управления каскадом водохранилищ на базе модульного веб-приложения. Она представляет собой набор следующих основных приложений:
- ГИС ArcGIS Desktop (ArcHydro, Spatial Analyst). Используется для подготовки пространственных данных и сложного пространственного анализа (построение сети рек, создание цифровой модели рельефа, анализ поверхности, стекание и скопление и др.).
- Гидрологический пакет HEC RAS. Используется для проведения гидрологических расчетов (построение зависимостей уровней воды от расхода, расчет зоны подтопления/затопления с учетом гидротехнических сооружений и др.)
- Модульное экспертно-аналитическое справочное геоинформационное веб-приложение. Используется непосредственно для регулярного мониторинга, анализа водохранилища и прилегающей территории, выработки решений по работе гидроузла.
Информационной основой системы являются:
- многолетние данные стока в створах;
- данные о работе гидроузла за весь период существования;
- общегеографические и тематические карты;
- материалы отчетов, научных и прикладных изысканий.
Технологически принцип действия системы заключается в следующем. С использованием настольных приложений готовятся пространственные данные, которые публикуются и обновляются на интернет сервер для использования в веб-приложении. Перечень пространственных данных включает в себя следующие наборы:
- Генеральный план гидроузла.
- Батиметрия.
- Зоны воздействия.
- Природоохрана.
- Мониторинговая сеть.
- Водопотребители.
- Мультимедийные материалы, привязанные к карте.
Также на интернет сервер, сервер баз данных загружаются различные справочные, реестровые табличные данные, мультимедийные файлы. Они доступны в веб-приложении через WCF сервисы.
Основным инструментом специалиста водохранилища является веб-приложение, которое включает в себя следующие модули:
- Просмотр пространственных данных
- Проведение измерений на карте
- Пространственный поиск данных.
- Импорт данных GPS.
- Ввод архивных и оперативных данных о гидрометеорологической обстановке и состоянию гидроузла.
- Просмотр суточного водохозяйственного баланса за любой период с расчетом статистики различных показателей.
- Сводный анализ стока за всю историю мониторинга и определение коэффициентов стока за любой период.
- Построение и анализ различных зависимостей (объем воды от расхода, уровень/площадь воды от объема, средняя толщина льда по месяцам и др.)
- Просмотр мониторинговых данных, полученных в автоматическом режиме (текущая и прогнозная метеобстановки по данным открытой международной сети метеостанций, уровни воды на водопостах).
- Краткосрочный прогноз изменения уровня воды на водопостах в зависимости от времени добегания воды между водопостами и боковой приточности.
- Долгосрочный посуточный прогноз работы гидроузла на год вперед с учетом различных параметров оптимизации (минимальный риск, максимум электроэнергии, равномерный сброс и др.). Данный модуль является, пожалуй, наиболее сложным. С учетом прогноза обеспеченности весеннего половодья и сопоставления с историческими гидрометеорологическими данными, выбранного параметра оптимизации модуль выдает конкретные рекомендации на каждые сутки по объему сброса, уровню открытия/закрытия задвижек. При этом учитываются все ограничения по эксплуатации гидроузла (скорость и степень открытия задвижек, совместная работа электростанции, паводкового и донного водосброса и др.). При этом прогноз можно корректировать с учетом оперативной информации.
Апробация системы на реальных водохранилищах РБ показала (сравнение стандартного подхода «по документу» и рекомендаций, выданных системой), что при выходе на необходимый объем к заданному месяцу работа гидроузлов по рекомендациям системы осуществлялась бы более плавно и без резких скачков по открытию задвижек. При этом ни одно правило эксплуатации не было бы нарушено.
