Neries upės tėkmės hidrokinetinės galios charakteristikų vertinimas vienmačiu skaitmeniniu modeliu Hec Ras 4.1

Abstract

Klasikinei hidroenergetikai Lietuvoje dėl aplinkosauginių suvaržymų vis sunkiau vystytis, taigi viena iš išeičių - įsisavinti nepatvankines technologijas, pagrįstas laisvos vandens tėkmės greičio energijos naudojimu, nereikalaujančiu užtvankų statybų upėse. Iki šiol net preliminariai nėra įvertinti nei vienos šalies upės, tarp jų net ir didžiausių - Nemuno ir Neries, hidrokinetinės energijos ištekliai. Tokia pati padėtis ir daugelyje išsivysčiusių šalių, nes šios technologijos dar nėra įsitvirtinusios rinkoje. Darbo tikslas - skaitmeniniu modeliavimu nustatyti Neries upės vagos ir tėkmės pagrindines morfometrines ir hidraulines charakteristikas, būtinas hidrokinetinės energijos ištekliams vertinti. Tyrimams panaudotas vienmatis hidraulinis modelis HEC-RAS 4.1, taip pat programos versija HEC-GeoRAS, turinti sąsają su GIS, kuri skirta upių vandens paviršiaus profiliams sudaryti. Iš Aplinkos apsaugos agentūros gautas upės vagos skaitmeninis reljefo modelis. Modelio kalibravimui panaudoti 2012 m. Neries upėje atliktų hidrometrinių matavimų duomenys. Skaitmeninio modelio pagalba nustatyti pagrindiniai upės vagos geometriniai ir tėkmės hidrauliniai parametrai (tėkmės greičiai, geometrija, tėkmės galia ir kt.). Dalis šių parametrų palyginti su ankstesnių tyrimų duomenimis. Įrodyta, kad šis modelis gerai atitinka realią upės padėtį. Analizuojant rezultatus, nustatyti vidutiniai galios tankiai ir galia tėkmės skerspjūviuose, tekant atitinkamiems Neries tėkmės vidutiniams greičiams. Tėkmės skerspjūvių galia, viršijanti 100 kW, yra poroje dešimčių ruožų ir yra tik pora skersinių profilių, kur tėkmė galingesnė (200 ir beveik 300 kW). Gautus rezultatus labai sunku palyginti su kitomis upėmis dėl informacijos trūkumo

As the further development of the conventional hydropower in Lithuania has become more and more difficult due to environmental constraints, one of the solutions is to assimilate damless hydro technologies, based on the use of the water current energy that does not require dam construction in rivers. So far there are no hydrokinetic power resources' assessment, not even approximate, for any of the rivers, including the largest ones - the Nemunas and the Neris. The same situation is prevailing in most of the developed countries, because these technologies have not been established in the market. The research object was to determine the main flow morphometric and hydraulic characteristics of the Neris riverbed, necessary for assessment of the hydropower resources by performing the numerical modelling. A one dimensional hydraulic model HEC-RAS 4.1, designed mainly for modelling river water surface profiles, that has extension with HEC-GeoRAS, has been used for the research. A digital terrain model was received from the Lithuanian Environmental Protection Agency. The hydrometric measurement data of the Neris river (carried out in 2012) have been used for the calibration of the model. Numerical modeling enabled to determine the main geometrical and hydraulic characteristics of the riverbed (flow rates, geometry, stream power and etc.). The mean power densities and stream power in cross-sections have been determined at the respective flow rates of the Neris by analysing the results. It was found the stream power in cross-sections exceeding 100 kW was in a couple dozen of sections and there were identified only a couple of cross-sections, with major stream power (200 and almost 300 kW). The comparison of the gained results with the other rivers is difficult due to the lack of information