Гидро расчеты сельских ГЭС - Выбор отметки НПГ

Выбор отметки нормального подпорного горизонта представляет собой один из ответственных элементов проектирования ГЭС. Эта отметка определяет в основном величину напора гидростанции и полезный объем водохранилища, от которых в свою очередь зависят используемый ГЭС расход, мощность ГЭС и количество вырабатываемой ею энергии.
От положения НПГ зависят также высота плотины и других сооружений гидроузла и размеры затоплений и подтоплений территории, что должно учитываться при экономической оценке различных вариантов отметки НПГ.
Поскольку мощность ГЭС и выработка энергии находятся в прямой зависимости от отметки НПГ, ее следует назначать по возможности наивысшей в данных условиях, с учетом получаемого при этом экономического эффекта. При оценке отметки НПГ, помимо экономических показателей, необходимо учитывать топографические, инженерно-геологические и гидрогеологические условия в районе водохранилища, санитарные требования, создание противомалярийных глубин, а также другие факторы, влияющие на положение НПГ. Необходимо также оценить условия сопряжения бьефов проектируемой ГЭС с бьефами других проектируемых или строящихся ГЭС.
Предельное положение отметки НПГ определяется в отдельных случаях недопустимостью затопления населенных пунктов, промышленных предприятий и инженерных сооружений, необходимостью соблюдения судоходных габаритов под мостами и т. п.
Для намеченных вариантов отметки НПГ подсчитываются площади затоплений и подтоплений ценных сельскохозяйственных угодий, населенных пунктов и сооружений и определяются получаемый при этом ущерб, а также дополнительные затраты на сооружение водохранилища (обвалование, расчистка ложа, проведение санитарных мероприятий и т. п.). Параллельно с этим производится ориентировочная оценка параметров ГЭС и ее энергетических показателей — напора, расхода, мощности и выработки энергии.
Сравнением различных вариантов выбирают отметку НПГ, стремясь получить наименьшие затраты при возможно наибольшей выработке электроэнергии. К обоснованию выбора отметки . НПГ и для характеристики получаемого при этом водохранилища должны быть приложены следующие материалы:
а)  план в горизонталях чаши водохранилища в масштабе не менее 1:10 000 с указанием границ угодий, населенных пунктов, дорог, с нанесением створа ГЭС, контура зеркала водохранилища на отметке. НПГ и границ подтоплений;
б)  продольный профиль реки с указанием НПГ и уровня сработки водохранилища, створов сооружений ГЭС, существующих мостов и других гидротехнических сооружений с высотными отметками гидростворов и водомерных постов, бытовых меженных и паводковых горизонтов. На реках, где подпор оказывает влияние на режим уровней, в особенности, если в районе выклинивания подпора расположены подтапливаемые строения, мосты или другие гидротехнические сооружения, должны быть построены кривые подпора для нормального эксплуатационного и паводкового режимов ГЭС;
в)   график зависимости общей площади затопленной территории сельскохозяйственных угодий от отметки уровня воды в водохранилище;
г)   графики зависимости площади зеркала и объема водохранилища от глубины наполнения с указанием глубины сработки.
Для створа ГЭС, рассмотренного в предыдущем параграфе, условия затопления и подтопления земельных угодий, строений и инженерных сооружений не являются решающими при выборе отметки НПГ.

Рис. 86. График зависимости объемов земляных работ от НПГ.
Из рассмотрения материалов по затоплениям .оказалось, что наибольшее приращение затапливаемых угодий и сооружений имеет место при отметках горизонталей, пересекающих дно ложбины, используемой под водохранилище, т. е. в пределах отметок до 81,0—82,0 м.
При дальнейшем повышении НПГ приращение затапливаемых угодий уменьшается, так как горизонтали, расположенные на отметках от 82,0 м и примерно до 90,0 м, входят в состав коренных берегов, оконтуривающих ложбину, и с точки зрения затопления полезных угодий повышение НПГ выше отметки 82,0 м не встречает ограничений. Поскольку водохранилище образуется с устройством дамб обвалования по его контуру, ограничение в повышении отметки НПГ накладывается резким увеличением объема земляных работ по устройству дамб выше отметки 82,0 м (рис. 86). Исходя из изложенных соображений, отметка НПГ принята равной 82,0 м.
При этой отметке производится оценка водохранилища с энергетической точки зрения: его объема, регулирующей способности, величины потерь и т. п. Эта же отметка НПГ является исходной и при рассмотрении санитарных и противоэпидемических мероприятий. По отметке НПГ с учетом необходимого запаса назначается отметка гребня плотины.
Выбранная отметка верха подпорных сооружений должна также обеспечивать безопасный пропуск высоких половодий и паводков расчетной обеспеченности.
Возвышение гребня глухих плотин над нормальным подпорным уровнем водохранилища и над форсированным уровнем в период пропуска расчетных половодий и паводков с учетом ветрового волнения должно быть достаточным для предотвращения перелива
и переплесков воды через гребень земляных и им подобных плотин и перелива через гребень бетонных и деревянных плотин.
Это возвышение назначается в зависимости от условий эксплуатации и класса сооружений. „Нормами и Техническими Указаниями по расчету максимальных расходов воды устанавливаются следующие минимальные величины превышения гребня плотины над расчетным уровнем при отсутствии специальных требований (табл. 116).

Таблица 116

В случае, если на гребне плотины устраивается водонепроницаемый, достаточно прочный и устойчивый парапет, приведенные величины превышений над расчетной отметкой волны следует относить к гребню парапета. При этом, однако, необходимо, чтобы при нормальном подпорном горизонте верхнего бьефа превышение гребня самой плотины над нормальным подпорным горизонтом независимо от класса .плотины было не менее 0,3 м, а при пропуске расчетного максимального расхода воды гребень плотины был не ниже уровня, соответствующего этому расходу.
Расчетные величины высоты ветрового нагона волны и ветрового волнения, учитываемые при определении наивысших уровней верхнего бьефа при пропуске через сооружения наивысшего из принимаемых к расчету расходов воды, т. е. в чрезвычайных условиях эксплуатации, для сооружений всех классов капитальности определяются по среднему многолетнему значению скорости ветра, максимальной в году за период открытого русла.
При определении максимальных расчетных величин ветрового нагона и волнения, учитываемых при оценке запаса высоты подпорных сооружений в нормальных условиях эксплуатации, расчетная скорость ветра принимается равной:
а)  для сооружений I и II-го классов капитальности — удвоенному значению средней многолетней величины максимальной в году скорости ветра;
б)  для сооружений III, IV и V-гo классов капитальности — увеличенному в полтора раза значению той же величины.
Расчетная отметка волны при наклонной грани плотины определяется с учетом вскатывания волны на откос; при вертикальной или круто наклонной стенке плотины за расчетную отметку волны принимается гребень стоячей (интерферированной) волны.
Высота ветровой волны в водохранилище может быть определена по формуле В. Г. Андреянова: