При проектировании ГЭС необходимо располагать данными о характерных уровнях непосредственно в створе гидроэлектростанции. Картина изменения уровней воды будет тем более точной, чем длительнее период наблюдений на водомерном посту. Между тем водомерные посты в створе ГЭС организуются, как правило, только в связи со строительством гидростанции и вследствие этого имеют кратковременные периоды наблюдений.
Поэтому для получения уровенных характеристик в створе ГЭС необходимо использовать многолетние данные об уровнях по водпостам, ближайшим к створу ГЭС, с соответствующим пересчетом этих данных к условиям створа. Для этой цели выявляется зависимость между характером колебаний уровней на постоянно действующих водомерных постах, расположенных на различных участках реки и на водпосту в створе ГЭС. Эта зависимость выражается в целях наглядности графически, в виде так называемых графиков связи уровней.
Для построения графиков связи из таблиц ежедневных .уровней воды за период наблюдений, общий для рассматриваемых постов, выбираются данные о соответственных уровнях, т. е. об уровнях, соответствующих одноименным фазам их изменений: высшему историческому горизонту (ВИГ), началу весеннего половодья, наибольшим уровням весеннего половодья, низшим уровням после спада пика весеннего половодья, уровням летней и зимней межени, летним и осенним паводкам и т. п. Полученные данные сводятся в таблицу, используемую для построения графика связи уровней, и определяют собой координаты точек кривой связи. Величины соответственных уровней на водомерных постах, для которых строится кривая связи уровней, наносятся на общий график. При этом на оси ординат принято откладывать величины уровней на верхнем (по течению) водпосту; на оси абсцисс откладываются уровни на нижерасположенном водпосту. Против соответствующих точек на графике уровней указываются даты или периоды, по которым устанавливается связь.
Рис. 3. График связи уровней на водпостах.
Отметки нуля графика водпостов: д. Заполье — 24,84 м абс., створ ГЭС — 12,20 м усл.
По полученным точкам проводится кривая связи соответственных уровней по рассматриваемым водпостам. В том случае, когда направление кривой по имеющимся точкам трудно установить из-за их разбросанности, поступают следующим образом. Выделяют группы точек, расположенных близко между собой, но удаленных от других групп точек, и находят для каждой такой группы общий центр тяжести; по этим центрам затем проводится кривая связи уровней. Если полученная кривая все же не имеет плавных очертаний, то производят осреднение координат центров тяжести отдельных групп и находят уточненные точки кривой. Координаты центра тяжести группы точек определяются путем осреднения координат отдельных точек. Если имеется несколько точек с координатами х1, х2 , х3 , . . . хп и у1, у2, у3,. .. , уп , то абсцисса центра тяжести группы этих
Иногда отдельные точки оказываются значительно удаленными от общего направления кривой. В этом случае необходимо проанализировать исходные данные, использованные для нанесения этой точки, и установить причины такого отклонения. Если причинами этого являются образование затора или зажора на одном из водпостов, ошибки в наблюдениях и другие случайные явления, то такие точки из построения графика исключаются.
Рассмотрим пример построения графика связи уровней р. Шелони по водпостам у д. Заполье и в створе проектируемой ГЭС.
Поскольку на водпосту в створе ГЭС имеются данные лишь краткосрочных наблюдений, для построения графика связи использованы имеющиеся материалы наблюдений по обоим водпостам в периоды сентября—декабря 1950 г. и апреля 1951 г. Сведения о соответственных уровнях за указанный период помещены в табл. 5.
Таблица 5
Уровни воды р. Шелони на водпостах у д. Заполье и в створе ГЭС
По данным табл. 5 построен график 3 связи уровней на водомерных постах. На этом графике можно выделить четыре группы точек, по центрам тяжести которых построена кривая. Положение центра тяжести одной из выделенных групп точек (см. рис. 3) определяется в соответствии со сказанным выше.
Координаты точек, входящих в эту группу, следующие:
Ордината центра тяжести группы точек равна
Точка с координатами хц=734 см и уц=274 см использована для построения графика связи. В верхней части кривая связи экстраполирована до отметки ВИГ, наблюденного в 1922 г., который для створа у д. Заполье определен по опросу местных жителей, а для створа ГЭС получен путем интерполяции кривой свободной поверхности при ВИГ (1922 г.), построенной по материалам изысканий.
Анализируя полученный график, необходимо отметить небольшой разброс некоторых точек. Это объясняется недостатком надежных материалов из-за краткости периода, одновременных наблюдений по обоим водомерным постам и вследствие этого влиянием случайных причин, сказавшихся на характере хода уровней.
Следует отметить, что объем материалов гидрологических наблюдений на реках в районе створа проектируемых ГЭС, как правило, весьма ограничен, несмотря на возможность его увеличения. Такое положение создается в результате того, что водомерные посты и гидростворы на участке ГЭС организуются лишь в процессе разработки проекта, и естественно, что столь кратковременные наблюдения оказываются недостаточными. Между тем имеются все возможности для удлинения срока наблюдений по крайней мере до 3—4 лет и получения более уточненных гидрологических материалов по каждой проектируемой ГЭС.
В самом деле, необходимость проектирования той или иной гидроэлектростанции выявляется пятилетним планом работ, гидрологические же наблюдения организуются лишь при проектировании ГЭС и охватывают в большинстве случаев один год или даже сезон, что явно недостаточно.
При соответствующем планировании возможно заранее организовать изучение гидрологического режима реки в районе створа ГЭС, намеченной к строительству, и к моменту проектирования иметь более полные материалы.
Пользуясь графиком связи, уровни в створе ГЭС можно определить по уровням на вышерасположенном посту у д. Заполье и тем самым восполнить недостающие материалы наблюдений.
Так, уровню 546 см над нулем графика водпоста д. Заполье соответствует уровень 975 см над нулем графика водпоста в створе ГЭС; при уровне уд. Заполье 757 см в створе ГЭС будет уровень 1180 см и т. д.
По данным таблицы характерных уровней воды р. Шелони на водомерном посту уд. Заполье с помощью графика связи уровней .получена таблица характерных уровней р. Шелонь в створе ГЭС (табл. 6).
Таблица 6
Характерные уровни воды р. Шелони в Створе ГЭС
1 Уровень указан без учета паводка 1922 г. Эти значения характерных уровней в створе проектируемой ГЭС, полученные путем переноса от основного водпоста с помощью графика связи уровней, используются в дальнейшем при проектировании сооружений ГЭС и при водноэнергетических расчетах.
