Проектная задача.
Третьим из основных показателей гидроузлов является их пропускная способность. Режим пропуска паводков через гидроузлы непосредственно влияет на размер водосбросных сооружений. Трансформация половодий водохранилищами определяется: а) условиями формирования половодного стока в бассейне реки, его гидрологическими особенностями; б) регулирующими способностями водохранилищ; в) возможностями прогноза объема половодья и хода его изменения во времени; г) возможностями организации заблаговременного оповещения о поступлении половодного притока в водохранилища системы.
Размеры водопропускных сооружений гидроузла определяются существующими нормативами. Они имеют целью обеспечить безопасность гидроузла и его бьефов со степенью надежности, определяемой в соответствии с классом капитальности гидроузла. Класс капитальности назначается в зависимости от стоимости гидроузла, от его роли в народном хозяйстве, от его расположения относительно населенных пунктов или отдельных объектов, имеющих государственное значение.
При проектировании гидроузла отыскивается такой режим пропуска расчетного половодья через все его водопропускные сооружения, который обеспечивал бы непревышение некоторого максимального уровня воды в водохранилище при величине заданного расхода воды, сбрасываемого в нижний бьеф.
Условие непревышения максимально допустимого уровня водохранилища обеспечивает безопасность основных сооружений гидроузла, населенных пунктов и отдельных объектов, находящихся на берегах водохранилища. Максимально допустимый уровень воды в водохранилище находится в обратной зависимости от максимального расхода воды, пропускаемого через гидроузел. Величиной максимального сбросного расхода определяется необходимая максимальная пропускная способность гидроузла, размеры его водосбросных сооружений, а также условия проектирования сооружений в нижнем бьефе гидроузла. Выбор максимально допустимого уровня форсировки и максимального расчетного расхода воды через гидроузел являются предметом экономического исследования и определяются в процессе проектирования гидроузла при том режиме его работы, который обеспечивает оптимальное соотношение указанных величин.
В каскаде гидроузлов параметры сооружений и режимы их работы должны быть увязаны друг с другом. Наилучшим образом это условие может быть выполнено, если понятие «класс капитальности» относится ко всему каскаду гидроузлов, гидравлически связанных между собой. Однако практически в одном и том же каскаде иногда располагаются гидроузлы различных классов капитальности, т. е. гидроузлы, пропускная способность которых рассчитывается на пропуск половодий различной вероятности превышения.
Здесь возможны различные случаи сочетания нормативных условий проектирования водопропускных сооружений и выбора режима пропуска паводка через гидроузлы каскада. Во всех этих случаях пропускная способность и режимы работы верхних гидроузлов должны гарантировать сохранность и нормальную эксплуатацию нижележащих гидроузлов каскада, а в каждом из них режим работы выбирается, исходя из оптимального соотношения между максимальным сбросным расходом и отметкой форсированного уровня.
Если основным назначением гидроузла является борьба с наводнениями, то часть регулирующей призмы резервируется для этой цели. Размер ее тем больше, чем продолжительнее половодный период и чем меньше заблаговременность прогноза или оповещения об объеме половодья и ходе его изменения во времени. Размер призмы, предназначенной только для аккумуляции паводка, тем больше, чем меньше пропускная способность сооружений гидроузла.
При ливневых паводках, формирующихся достаточно далеко от сооружений, и наличии надежной службы оповещения или моделирования (см. [Л. 45]) возможна заблаговременная сработка водохранилища в размере, необходимом для уменьшения (срезки) максимального сбросного расхода. Это дает возможность сократить размеры водосливных сооружений гидроузлов. При отсутствии службы оповещения о формировании ливневого паводка с необходимой заблаговременностью сооружение необходимо рассчитывать на пропуск паводка при наполненном до НПУ водохранилище, а срезка максимальных расходов производится за счет использования призмы форсировки.
Пропуск весенних половодий обычно производится от отметки ежегодной сработки в конце зимы, которая в зависимости от прогноза может изменяться и достигает наинизшего своего значения перед расчетным половодьем. При этом регулирующая призма водохранилища, расположенная ниже НПУ, может использоваться как для срезки половодий, так и в интересах отдельных водопользователей, чаще всего в интересах энергетики и водного транспорта. Последнее возможно потому, что сроки прохождения половодий позволяют заполнить призму, предназначенную для их аккумуляции, к началу межени, что согласуется с интересами других водопотребителей.
Если в каскаде выше данного водохранилища сооружается следующее регулирующее водохранилище, то объем и максимальный расход притока воды к существующему уменьшаются. В результате часть полезной емкости этого водохранилища, предназначенная ранее для аккумуляции половодий, может быть теперь использована для увеличения гарантированной отдачи гидроузла. При сооружении гидроузлов ниже данного может появиться необходимость в увеличении емкости его водохранилища, для улучшения условий пропуска паводка через вновь сооружаемые гидроузлы. Такая необходимость чаще всего появляется в период строительства и временной эксплуатации нового гидроузла, а иногда и в период нормальной эксплуатации. Увеличение противопаводочной части емкости водохранилища снижает возможности выполнения им других его функций (поддержание гарантированной отдачи и др.).
Проектный режим пропуска паводка меньшего, чем расчетный, через гидроузлы лишь в частном случае может быть однозначным. Чаще он ставится в зависимость от прогнозируемого объема половодья.
При отсутствии возможности прогноза или оповещения паводки должны пропускаться по особым правилам, обеспечивающим безопасность основных сооружений и бьефов гидроузлов. Сущность этих правил, например, будет заключаться в том, что объем водохранилища, предназначенный для аккумуляции половодий, будет заполняться только при максимальном расчетном расходе воды через сооружения гидроузла. Эти правила зависят от состава гидроузлов в каскаде и поэтому в развивающихся системах переменны во времени.
Эксплуатационная задача.
В условиях эксплуатации во время пропуска половодий и паводков так же, как и в течение любого другого периода года, требуется осуществить режим работы гидроузла, наиболее близкий к режиму, выбранному при проектировании плана эксплуатации гидроузла на данный период развития системы. Для половодий маловодных, средних и многоводных, не требующих использования всей пропускной способности сооружений, режим работы водохранилища определяется при оптимизации отдачи гидроузла в сезонном или многолетнем разрезе (см. ниже гл. 5). Проектный режим работы гидроузлов в период прохождения расчетных половодий может быть реализован: а) при помощи диспетчерских правил (см. ниже), часто в сочетании с прогнозом или оповещением; б) в соответствии только с прогнозом или оповещением. Пропуск половодья через каскад гидроузлов может осуществляться независимо через каждый из них или в совместном проектном режиме. Во втором случае расход, сбрасываемый в нижний бьеф гидроузла, зависит не только от уровней в собственном водохранилище, но и от уровней в нижележащем водохранилище и расходов воды в его нижнем бьефе. При эксплуатации режим работы гидроузлов в период пропуска паводков может в той или иной мере отличаться от проектного (оптимального).
Однако расхождения эти не могут быть существенными, так как проектный режим определяется соображениями безопасности гидроузла. В правилах управления предусматривается своевременная предпаводковая сработка водохранилища и переход на работу с использованием всей пропускной способности гидроузла. Основанием для назначения указанного режима является: а) интенсивность повышения уровней воды в водохранилище, б) оповещение о формировании расчетного половодья или в) его прогноз.
В первых двух случаях режим работы гидроузла не должен отличаться от проектного, в третьем отклонения возможны за счет ошибки прогноза. При этом безопасность гидроузла обеспечивается путем учета максимально возможного занижения объема половодья при его прогнозе.
Если пропуск расчетного половодья в каскаде запроектирован в совместном режиме, то расход через верхний гидроузел равен максимально возможному расходу в нижнем бьефе нижележащего гидроузла за вычетом расхода боковой приточности между ними. Для пропуска половодий через водохранилище нужна соответствующая его подготовка, т. е. своевременная к началу половодья сработка емкости водохранилища, необходимой для аккумуляции ожидаемого половодья, и своевременный переход на работу с максимальным расходом воды через гидроузел.
Таким образом, режим работы гидроузлов в годовом разрезе характеризуется его отдачей, изменяющейся от гарантированной (или минимально допустимой) до максимально возможной. Между предельными значениями отдачи гидроузлов возможно бесчисленное множество промежуточных, последовательность назначения которых определяется правилами управления режимами работы водохранилищ (этим вопросам посвящена гл. 5).
