§ 5. Вопросы, освещаемые гидрологической запиской
Гидрологическая записка составляется для обоснования гидрологических данных и расчетов, используемых при проектировании гидростанций. Материалы, приводимые в записке, должны обеспечивать производство водохозяйственных и водноэнергетических расчетов и расчетов сооружений ГЭС. Ниже излагается примерный состав гидрологической записки; в отдельных случаях, при наличии особых условий, может возникнуть необходимость в отступлении от приводимой схемы и введении дополнительных разделов. Гидрологические расчеты на стадии проектного задания целесообразно производить с такой подробностью, чтобы они отвечали также требованиям технического проекта с учетом уточнения в техническом проекте только кривой расходов воды.
В составе гидрологической записки к проекту гидростанции могут быть рекомендованы следующие разделы:
- Введение.
- Сводная ведомость основных расчетных величин для створа проектируемой ГЭС.
- Физико-географическая характеристика реки и ее бассейна.
- Краткое описание реки на участке ГЭС.
- Гидрологическая изученность реки и исходные данные.
- Режим уровней.
- Кривая расходов воды.
- Норма стока и многолетние колебания годового стока.
- Внутригодовое распределение стока.
- Максимальные расходы талых вод.
- Максимальные расходы дождевых паводков.
- Минимальные расходы воды.
- Зимний режим реки.
- Твердый сток.
В конце записки приводится список использованной литературы и архивных материалов.
Примерное содержание перечисленных разделов следующее.
- Введение. Сведения общего характера: название реки,, местоположение ГЭС, административная и хозяйственная принадлежность проектируемой ГЭС, ближайшие к створу железнодорожные станции, пристани и т. п. Целевое назначение гидрологической записки и стадия проектирования. Наличие ранее составлявшихся проектов и гидрологических расчетов для данного створа и их цель, степень подробности и причины необходимости производства новых расчетов. Предполагаемые условия работы ГЭС: в каскаде, в энергосистеме, изолированно. Наличие нескольких вариантов створа ГЭС, их взаимное расположение и преимущества рассматриваемого варианта. Задачи, решаемые постройкой ГЭС. Наличие других водопользователей, кроме энергетики: водоснабжение, судоходство, лесосплав, рыбное хозяйство и др., и ограничения, налагаемые ими на характер энергетического использования реки. Особые условия, которые должны быть учтены при расчетах: наличие каскада ГЭС на реке, наличие озер или искусственных выработок, могущих быть использованными как водохранилища, и т. п. Степень обеспеченности материалами фактических наблюдений и принятый метод гидрологических расчетов.
- Сводная ведомость основных расчетных гидрологических величин для створа проектируемой ГЭС. Площадь водосбора в квадратных километрах. Озерность водосборной площади в процентах по отношению к общей площади водосбора. Площади водосборов озер в бассейне. Заболоченность водосборной площади в процентах. Расстояние створа ГЭС от устья реки в километрах. Норма стока в л/сек. с 1 км2. Средний многолетний расход воды в м3/сек. Среднегодовой расход воды в м3/сек. маловодного года обеспеченностью 90%. Месячные расходы воды в м3/сек. в табличной форме по среднемноголетнему распределению, по распределению реального года, выбранного в качестве среднего, по распределению маловодного года, обеспеченностью 90%. Ординаты средней кривой обеспеченности суточных расходов воды в м3/сек.; расходы воды, обеспеченные в течение 30, 90, 180 и 270 дней в году. Максимальные расходы воды в м3/сек.: а) талых вод обеспеченностью 3, 5 и 10% в зависимости от класса сооружения; если дается гарантийная поправка, то максимальные расходы обеспеченностью 1 или 0,5% с гарантийной поправкой; б) дождевых паводков обеспеченностью 1, 5, 10 и 20%. Средние и минимальные расходы воды в м3/сек.: годовой минимум, летний минимум, зимний минимум. Расчетные уровни нижнего бьефа проектируемой ГЭС, соответствующие указанным выше максимальным и минимальным расходам воды, в отметках топосъемки с точностью до десятых долей метра.
- Физико-географическая характеристика реки и ее бассейна. Краткое описание истока реки, его местоположения, источников питания (озеро, болото, родники и т. п.). Длина реки, общее направление ее течения. Характер извилистости. Краткое описание устьевого участка реки и места впадения. Координаты истока и устья реки. Местоположение бассейна реки, его форма, границы водораздела и смежные бассейны. Площадь бассейна и его правобережной и левобережной частей. График нарастания площади бассейна по длине реки. Средняя ширина бассейна, изменение ширины по длине реки. Характер рельефа бассейна, абсолютные отметки водоразделов. Геоморфологические характеристики бассейна. Петрографическая и гидрогеологическая характеристики пород, слагающих бассейн. Почвы и грунты. Грунтовые воды. Карсты и район их распространения. Озерность, заболоченность и лесистость бассейна. Виды растительности на поверхности бассейна. При наличии крупных озер площади их зеркала и площади водосбора. Местоположение озер и болот в бассейне: верховье, низовье, середина бассейна. Характер питания реки: снежный покров, родники, дожди; роль каждого источника питания. Основные притоки реки — правобережные и левобережные, длина их, расстояние от устья и площади частных бассейнов. Краткая гидрографическая и морфометрическая характеристики долины реки. Тип долины, ширина между склонами, высота склонов и их экспозиция. Ширина поймы обоих берегов. Сужения долины и участки сосредоточенного падения, пригодные для энергетического использования; расширения долины, могущие быть использованными для создания водохранилищ. Продольный профиль реки. Ширины и глубины реки и скорости течения в межень и в половодье. Уклоны водной поверхности. Наличие наносов, перекатов и порожистых участков. Расстояние от порогов до устья. Длина порожистого участка, величина падения. Скорости течения на порогах в межень.
Указание материалов, на основании которых составлена характеристика реки и ее бассейна.
Приложения. График нарастания площади бассейна. Схематическая карта бассейна в масштабе 1:500000 с указанием створов проектируемой и существующих ГЭС. Продольный профиль реки, составленный по отметкам, полученным с карты, с указанием створов проектируемой и существующих ГЭС.
- Краткое описание реки на участке ГЭС. Положение створа ГЭС: расстояние от устья и истока; при наличии крупного притока положение относительно этого притока, расстояние от створа до ближайших населенных пунктов и пр. Площадь водосбора до створа ГЭС, озерность и заболоченность; обоснование этих величин. Направление реки, скорости течения, глубины, уклоны водной поверхности. Ширина поймы и русла. Краткая характеристика русла: наличие плесов, перекатов, порогов, подмывов берегов и пр. Характеристика шероховатости русла в зимний период и период открытого русла. Наличие растительности на пойме и ее виды. Коэффициенты шероховатости. Наличие местных понижений на пойме. Морфометрические характеристики берегов и склонов долины реки: высота, уклоны, наличие оврагов и т. п. Почвы и грунты берегов и ложа реки. Положение уровня грунтовых вод в берегах и на пойме. Наличие мостов, плотин, пристаней и других гидротехнических сооружений на участке ГЭС. Для сооружений, находящихся в пределах подпора от проектируемой ГЭС или вблизи ее сооружений, — основные размеры, отметки в системе топосъемки и краткие характеристики: тип сооружений, назначение и класс, их состояние, материал и т. д. Прочие особенности участка реки. Ссылка на использованные картографические и литературные материалы, материалы изысканий и т. п.
Приложения. Схематический план участка реки в масштабе 1 :5000 или 1 :10 000 с указанием створа проектируемой ГЭС, водпостов, гидроствора, гидротехнических сооружений, особенностей русла — порогов, перекатов и пр. Продольный профиль участка реки, полученный по данным съемки, с нанесением тех же объектов, что и на плане, и с указанием меженного и высшего исторического горизонтов воды.
- Гидрологическая изученность реки и исходные данные. Краткий обзор ранее проводившихся гидрологических работ по изучению водотока, расчетов, записок и других материалов, полученных на основе проведенных исследований. Указание о цели выполнявшихся исследований, кем и когда они производились и в каком объеме. В какой мере материалы прежних исследований использованы для обоснования гидрологических расчетов ГЭС. Сведения о водотоках, расположенных в бассейне реки. Местоположение водотоков, типы постов (реечные, свайные, передаточные и др.). Время их действия. Сведения о нивелировках водпостов, увязке отметок нулей графиков водпостов. Системы отметок и их увязка. Оценка материалов наблюдений на водпостах и обоснование выбора водпостов при проектировании ГЭС. Перечень водпостов, данные которых использованы в расчетах. Их местоположение, площадь водосбора, озерность, заболоченность и залесенность бассейна до створа водпоста. Период действия и число лет наблюдений. Состав наблюдений. Ведомственная принадлежность водпостов и стоковых пунктов. Сведения о гидростворах, выбранных для использования при исследовании режима реки. Местоположение створов. Длительность их действия, объем выполненных работ. Количество летних и зимних расходов воды и наносов, измеренных на гидростворах. Методика измерений и обработки расходов. Оценка точности использованных материалов по стоку. Если на реке, намеченной к использованию, водпостов и гидростворов не было или материалы наблюдений недостаточны для расчетов ТЭС, то приведенные выше сведения должны быть представлены по водпостам и гидростворам рек- аналогов. Перечень исследовательских работ, выполненных проектной организацией, с указанием объема. Масштабы топосъемки. Краткое описание реперов водпостов и их отметки в системе топосъемки. Способы установления высшего исторического горизонта, горизонта высоких вод и наименьшего горизонта. Места их определения и оценка надежности отметки ВИГ и других элементов режима. Сведения о дополнительных исследованиях, проводившихся для выяснения отдельных вопросов гидрологического режима. Если расчет производится для створа ГЭС, расположенного вблизи постоянно действующего гидроствора, то дается указание о пересчете стока к створу ГЭС с приведением Переходных коэффициентов.
Приложения. Заверенные акты определения высшего исторического горизонта, горизонта высших вод и наинизшего горизонта. Ведомость измеренных расходов воды.
- Режим уровней. Указание, по каким водпостам производится расчет уровней. Опенка имеющихся материалов по степени их полноты и надежности. Методика восстановления материалов при перерывах в наблюдениях. Кривые связи уровней воды по водпостам. При переносе уровней от водпоста к створу ГЭС — методика переноса уровней. Характерные уровни с указанием среднего, наибольшего и наименьшего значений и раннего, среднего и позднего сроков их наступления. Амплитуда колебания уровней в створе ГЭС. Сроки и продолжительность прохождения весеннего половодья и летне-осенних паводков. Ранний, средний и поздний сроки начала подъема воды, пика половодья и конца спада. Форма гидрографа. Наличие нескольких пиков. Интенсивность подъема и спада уровней в сантиметрах в сутки. Высший исторический горизонт, его отметка и год его наступления. Максимальные уровни воды весенних половодий по многолетним наблюдениям на водпостах, их обеспеченность. Параметры кривых обеспеченности максимальных уровней. Сроки наступления и продолжительность летней межени. Характер колебания уровней. Минимальный наблюденный уровень, его дата. Средние меженные уровни. Наличие переменного подпора уровня воды в створе ГЭС, возникающего от нижерасположенных сооружений или водотоков. Уровни с учетом подпора. Если существующее гидротехническое сооружение подлежит сносу, то необходимо дать уровни с учетом отсутствия сооружений, указать методику расчета. Если ниже створа проектируемой ГЭС намечается строительство другого гидротехнического сооружения, подпирающего створ проектируемой ГЭС, уровни приводятся для двух случаев: до строительства сооружения и после строительства. Методика расчета подпорных уровней в створе ГЭС. Характер колебания уровней в период ледовых явлений. Уровни начала ледохода, периода очищения от льда, начала осеннего ледохода и начала ледостава. Продолжительность зимней межени. Минимальные зимние уровни. Максимальные зимние уровни и их даты. Подпоры уровней от заторов и зажоров.
Приложения. Графики колебания уровней в створе ГЭС за маловодный, средний по водности и многоводный годы. График связи уровней исходного водпоста и створа ГЭС. Кривые свободной поверхности воды. Кривые обеспеченности максимальных уровней.
- Кривая расходов воды. Точное местоположение створа на участке ГЭС, для которого строится кривая расходов воды. Построение зависимости площадей живого сечения реки от уровней. Уклоны, коэффициенты шероховатости и их зависимость от уровня воды. Отметка порога стока. Методика построения кривой расходов воды. Перенос кривой расходов от пункта наблюдений к створу ГЭС при недостаточности материалов наблюдений в створе ГЭС. Характер зависимости Q=f(H) при подъеме и спаде паводков. Построение зависимостей расходов и скоростей воды от уровней для периода открытого русла с экстраполяцией их до низших и высших уровней. Методика экстраполяции кривой расходов. Построение кривой расходов воды при наличии переменного подпора в створе ГЭС. Построение кривой расходов воды для периода зарастания русла по графику колебаний коэффициентов зарастания. Построение кривой расходов для зимнего периода. Методика построения. Рекомендации по определению зимних уровней в нижнем бьефе ГЭС по зимним расходам воды.
Приложения. Поперечный профиль по створу, для которого построена кривая расходов воды. Графики зависимости от уровней в створе ГЭС: расходов, площадей живого сечения, средних скоростей, уклонов и шероховатости. (Нижняя часть кривой расходов дается в увеличенном масштабе.) Номограмма для определения расходов при наличии переменного подпора с указанием уровней воды в реке и в источнике подпора (река, озеро). Кривая расходов воды в пункте наблюдений, если кривая расходов переносится в створ ГЭС от этого пункта.
- Норма стока и многолетние колебания стока. Средние многолетние расходы и модули стока за периоды наблюдений для гидростворов, по которым производится расчет. Нормы годового стока в гидростворах с длительными рядами наблюдений методы их определения. Нормы стока в гидростворах с короткими рядами наблюдений; методы их определения. Приведение среднего многолетнего модуля стока исходного пункта к норме стока пунктов, имеющих более длительный ряд наблюдений. Методика их приведения. Сопоставление полученных результатов с данными карт изолиний среднемноголетних модулей стока и среднемноголетними модулями стока соседних бассейнов. Оценка водности периода за годы наблюдений. Определение параметров кривых обеспеченности среднегодовых расходов по исходным пунктам. Построение теоретических и эмпирических кривых обеспеченности среднегодовых расходов воды для исходных пунктов. Сравнение величин среднегодовых расходов, полученных по теоретической кривой обеспеченности и по результатам наблюдений. Обоснование нормы стока для створа ГЭС и оценка точности ее. Вероятные среднегодовые расходы и модули стока различной обеспеченности для створа ГЭС.
Оценка водности отдельных лет за период многолетних наблюдений. Выбор характерных по водности лет за период наблюдений: многоводного, среднего по водности и маловодного. Обеспеченность выбранных многоводного и маловодного годов.
При отсутствии наблюдений — выбор аналогов и их обоснование. Краткая характеристика аналогов. Среднемноголетний модуль стока для аналогов за период наблюдений. Приведение среднемноголетних модулей стока аналогов к норме стока пунктов, имеющих более длинный ряд наблюдений. Среднемноголетний модуль стока для створа ГЭС, его обоснование, сравнение с данными карты изолиний нормы стока и оценка точности его.
Приложения. Графики связи среднегодовых (среднемесячных или сезонных) модулей стока исходных пунктов (или аналогов) с пунктами, имеющими более длинный ряд наблюдений. Графики связи среднегодовых (среднемесячных или сезонных) модулей стока исходных пунктов и створа ГЭС. Кривые обеспеченности среднегодовых расходов воды для исходных пунктов и для створа ГЭС. Гидрографы многоводного, среднего по водности и маловодного годов по исходным гидростворам и створу ГЭС.
- Внутригодовое распределение стока. Приведение данных по стоку к створу проектируемой ГЭС. Расчет внутригодового распределения стока для среднего года. Особенности расчета. Среднемноголетнее распределение в долях от среднегодового расхода воды и месячные расходы воды среднего года, приведенные к норме стока. Распределение стока реального года, выбранного за средний, в долях от среднегодового расхода воды и месячные расходы воды этого года, приведенные к норме стока.
Распределение стока реального года, выбранного за маловодный, в долях от среднегодового расхода воды и месячные расходы этого года, приведенные к среднегодовому расходу воды, обеспеченностью 90%. Таблица месячных и характерных годовых расходов воды для гидроствора (по годам) с выводом средних, наибольших и наименьших значений. Расчет стока весеннего половодья и периода межени. Средний объем половодья, объемы половодья различной обеспеченности, средняя продолжительность половодья, расчетный гидрограф весеннего половодья. При отсутствии наблюдений — среднемноголетнее распределение в долях от среднегодового расхода воды аналога и месячные расходы воды, приведенные к норме стока в створе ГЭС. Внесение необходимых коррективов.
Распределение стока реального года, выбранного за маловодный, в долях от среднегодового расхода воды аналога и месячные расходы воды, приведенные к норме стока в створе ГЭС (с необходимыми коррективами).
Таблица месячных и характерных годовых расходов воды для аналогов (по годам) с выводом средних, наибольших и наименьших значений.
Сопоставление принимаемых расчетных величин с типовым распределением стока по отдельным физико-географическим зонам СССР.
Определение суточных расходов при наличии наблюдений. Особенности расчета. Приведение данных по стоку к створу проектируемой ГЭС. Ординаты средней кривой обеспеченности суточных расходов для створа проектируемой ГЭС. Средний максимум, расходы, обеспеченные в течение 30, 90, 180, 270 и 365 дней в году. Среднегодовой суточный минимум в долях от среднемноголетнего расхода и в м/сек., приведенный к норме стока. Ординаты кривой использования стока и график продолжительности месячных расходов воды для среднего года (по среднемноголетнему распределению и распределению среднего реального года) для створа проектируемой ГЭС. Таблица расходов воды, обеспеченных в течение 30, 90, 180, 270 и 365 дней за все годы наблюдений, с выводом средних значений.
Методы построения кривых обеспеченности суточных расходов при отсутствии наблюдений и обоснование выбранных аналогов и параметров расчетных формул. Ординаты средней кривой обеспеченности суточных расходов для аналога. Средний максимум, расходы, обеспеченные в течение 30, 90, 180 и 270 дней, и среднегодовой суточный минимум в долях от среднемноголетнего расхода аналога для створа ГЭС. Приведение к норме стока створа ГЭС. Ординаты кривой использования стока и график продолжительности месячных расходов воды для среднего года (по среднемноголетнему распределению и распределению среднего реального года) для створа проектируемой ГЭС. Таблица расходов воды аналогов, обеспеченных в течение 30, 90, 180 и 270 дней за все годы наблюдений с выводом средних значений.
Приложения. Гидрограф весеннего половодья. Кривая обеспеченности суточных расходов воды. Кривая использования стока. График продолжительности месячных расходов воды для среднего года по среднемноголетнему распределению и распределению среднего реального года для створа проектируемой ГЭС.
- Максимальные расходы талых вод. Величины максимальных расходов за годы наблюдений по гидростворам. Средние и крайние сроки наступления максимумов половодий. Методика удлинения рядов наблюдений. Коэффициент вариации Cv максимальных расходов талых вод, полученный за период наблюдений или по удлиненному ряду, с анализом величин, отклоняющихся от ряда. Подсчет коэффициента вариации для пунктов наблюдений с показанием максимальных расходов талых вод, непосредственно наблюденных и полученных по графикам связи. Обоснование принятого коэффициента асимметрии Cs. Сравнение полученных значений коэффициентов вариации и асимметрии с данными по соседним изученным бассейнам. Приведение данных по максимальным расходам к створу проектируемой ГЭС. Сравнение максимальных расходов, полученных по кривым обеспеченности, с максимумами, определенными по эмпирическим формулам и по аналогам. Оценка полученных результатов. Максимальные расходы талых вод для створа ГЭС: средний и обеспеченностью 3, 5 и 10% в зависимости от класса сооружений.
Введение гарантийной поправки в величину максимальных расходов в соответствии с рекомендацией „Н и ТУ“ или обоснование отказа от нее.
При отсутствии наблюдений и наличии аналогов — коэффициенты вариации расходов талых вод аналогов, полученные за период наблюдений или по удлиненным рядам, с анализом выходящих из ряда точек. Подсчет коэффициентов вариации максимальных расходов талых вод аналогов с показанием непосредственно наблюденных расходов и полученных по графикам связи. Обоснование принятых для аналогов коэффициентов асимметрии. При отсутствии аналогов — принятые эмпирические формулы и обоснование их выбора. Максимальные расходы талых вод для створа ГЭС такой же обеспеченности, что и при наличии достаточного количества наблюдений. Введение гарантийной поправки или обоснование отказа от нее.
Приложения. Графики связи максимальных расходов талых вод по исходному стоковому пункту (или аналогу) с пунктами, имеющими более длинный ряд наблюдений. Таблицы наблюденных максимальных расходов. Кривые обеспеченности максимальных расходов аналогов с нанесением эмпирических точек. Кривая обеспеченности максимальных расходов в расчетном створе с нанесением эмпирических точек.
- Максимальные расходы дождевых паводков. Краткая характеристика дождевых паводков с указанием наиболее вероятного времени их появления и продолжительности. Возможность совпадения их по времени с весенним половодьем. Коэффициент вариации максимальных расходов дождевых паводков, полученный за период наблюдений или по удлиненному ряду с анализом отклонений от него. Обоснование принятого коэффициента. Приведение данных по максимальным расходам дождевых паводков к створу проектируемой ГЭС. При отсутствии наблюдений — методика расчета. Обоснование выбора принятых для расчета эмпирических формул и их параметров. Сопоставление вычисленных значений параметров с полученными по картам изолиний и определенными для соседних бассейнов-аналогов. Пересчет максимальных расходов дождевых паводков от бассейна-аналога к рассматриваемому бассейну. Максимальные расходы дождевых паводков обеспеченностью 1, 5, 10, 20 и 30%.
Приложения. Графики связи максимальных расходов дождевых паводков по исходному стоковому пункту (или аналогу) и пунктам, имеющим более длинный ряд наблюдений.
Кривая обеспеченности максимальных расходов дождевых паводков с нанесением эмпирических точек.
- Минимальные расходы воды. Указание на время и продолжительность промерзания и пересыхания рек. Наблюденные средние из минимальных суточных расходов воды и их модули годовые, летние и зимние для створа проектируемой ГЭС. Приведение данных по минимальным расходам к створу проектируемой ГЭС. Наименьший из минимальных расходов воды и его модуль для створа проектируемой ГЭС. Параметры кривых обеспеченности минимальных расходов.
Выбор аналогов, их краткая характеристика и обоснование выбранных аналогов при недостатке или отсутствии наблюдений. Средние из минимальных суточных расходов воды и их модули для аналогов: годовых, летних, зимних. Обоснование принятых величин минимальных модулей стока. Сопоставление минимумов аналога и рассматриваемой реки. Установление связи минимальных расходов. Метод установления расчетных максимумов для створа ГЭС: годовых, летних, зимних.
- Зимний режим реки. Ранние, средние и поздние сроки наступления ледовых явлений. Продолжительность ледовых явлений: максимальная, средняя, минимальная. Начало осеннего ледохода. Характеристика ледохода: густота ледохода, размеры плывущих льдин, скорость движения льдин. Скорости течения воды: наибольшая и наименьшая, при ледоходе. Места возникновения заторов и навалов на берег, их размеры, продолжительность и вызываемый заторами подъем уровней. Разрушения, вызываемые ледоходами и заторами льда. Наличие шуги, места и интенсивность шугообразования и скопления шуги. Период и продолжительность шугообразования. Наличие и интенсивность шугохода, зажоров. Места образования донного льда.
Толщина льда средняя и максимальная за многолетний период и по годам. Длительность ледостава. Наличие незамерзающих участков реки или полыней, причины их образования и местоположение относительно створа ГЭС. Характеристика весеннего ледохода. Крайние и средние сроки начала подъема воды и первой подвижки льда. Сроки начала и конца весеннего ледохода и его продолжительность. Густота ледохода, размеры льдин. Образование заторов.
Методы установления характеристик зимнего режима при отсутствии материалов наблюдений: с помощью аналогов, по картам изолиний, по эмпирическим формулам и др. Таблица средних и крайних дат вскрытия и замерзания рек-аналогов.
- Твердый сток. Материалы, использованные для расчета режима твердого стока. Норма стока, средние годовые и средние месячные расходы взвешенных наносов за многолетний период. Соотношение расходов взвешенных и влекомых наносов. Механический состав взвешенных наносов. Метод определения нормы стока взвешенных наносов. Зависимость количества взвешенных наносов от расходов воды. Определение нормы стока взвешенных наносов при недостатке или отсутствии материалов наблюдений. Удлинение рядов наблюдений аналогов. Использование картограмм и эмпирических формул. Расчетные значения нормы стока взвешенных наносов для створа ГЭС.