логе. Последовательность приведения к многолетнему периоду состоит в следующем:

–все уравнения, удовлетворяющие условиям (30.1), располагают в порядке убывания коэффициентов корреляции;

–восстанавливают погодичные значения стока приводимого пункта за период совместных наблюдений в пунктах-аналогах по уравнению с наибольшим значением коэффициента корреляции;

–используют уравнения регрессии, коэффициенты корреляции которых меньше предыдущего, но больше всех остальных;

–поэтапное восстановление погодичных значений стока продолжают до тех пор, пока не будут использованы все уравнения регрессии, удовлетворяющие условиям (30.1).

Уравнение множественной линейной регрессии, по которому восстанавливается сток:

где Q – значения стока в приводимом пункте; Qj…Ql – значения стока в пунк- тах-аналогах; k0 – свободный член; kj…kl – коэффициенты уравнения регрессии при j = 1, 2,...., l, где l – число пунктов-аналогов. Коэффициенты и свободный член уравнения (30.2) определяют методом наименьших квадратов (МНК).

В случае одного пункта-аналога приведение среднего значения к более длительному периоду осуществляют по формуле

где Qn , Qn,a – среднеарифметические значения гидрологической характеристики соответственно для исследуемой реки и реки-аналога, вычисленные за период совместных наблюдений; QN , QN ,a – норма стока за N-летний период, соответственно, для исследуемой реки и реки-аналога; σn ,σn,a – средние квад-

ратические отклонения гидрологической характеристики за совместный период n лет, соответственно, для исследуемой реки и реки-аналога.

Относительную среднюю квадратическую погрешность многолетней нормы стока и коэффициент вариации Cv,N определяют по формулам

где σN,a – среднее квадратическое отклонение гидрологической характеристики реки-аналога за N-летний период, остальные обозначения, как в формуле (30.3).

31. Учет данных кратковременных наблюдений

Данные, восстановленные по уравнению (30.2), имеют систематически заниженную дисперсию. Исключение систематического уменьшения дисперсии восстановленных данных необходимо осуществлять одним из двух вариантов:

81

1) введением поправки в погодичные значения стока, полученные по уравнению регрессии:

где Qi′ – погодичные значения гидрологических характеристик, рассчитанные

по уравнению регрессии; Qn – среднее значение приводимого ряда за совмест-

ный с пунктом-аналогом период; 2) с учетом случайной составляющей отклонений наблюденных данных

от рассчитанных по уравнению регрессии

где ϕ – случайная величина, имеющая нормальный закон распределения с математическим ожиданием, равным нулю, и дисперсией, равной единице; определяют по вероятности p, которую находят с помощью равномерно распреде-

ленных случайных чисел; σ – среднее квадратическое отклонение исходного ряда наблюдений. Использование этого варианта рекомендуется осуществлять, если число восстановленных значений не менее 30.

Расчет параметров распределения осуществляют по ряду восстановленных значений без поправки (30.4), и он не требует знания параметров ряда-ана- лога за весь N-летний период наблюдений.

По восстановленному ряду совместно с наблюденными данными рассчитывают параметры распределения: среднее многолетнее значение, коэффициенты вариации и асимметрии и коэффициент корреляции между стоком смежных лет. Расчетные значения коэффициентов асимметрии Cs и автокорреляции r(1) принимают на основании группового анализа отношения Cs/Cv и r(1) по рекаманалогам.

При оценке случайных средних квадратических погрешностей расчетных параметров речного стока необходимо учитывать объем информации, эквивалентной наблюденным данным, который определяют, соответственно, для нор-

мы NэQ и среднего квадратического отклонения Nэσ по формулам:

где n – число совместных лет наблюдений в приводимом ряду и рядах-анало- гах; N-n – число восстановленных членов ряда по уравнению; R – коэффициент парной или множественной корреляции.

Так как зависимости между гидрологическими характеристиками не функциональны (R < 1), объем эквивалентно-независимой информации всегда больше n и меньше N, и только при R = 1 Nэ = N. При поэтапном восстановлении значений ряда гидрологических характеристик, т.е. при использовании нескольких уравнений регрессии за разные периоды, общий объем эквивалентнонезависимой информации определяют как сумму этой информации за каждый восстановленный период.

Графический и графоаналитический методы приведения к многолетнему периоду допускается применять на начальных стадиях проектирования.

82

Методы учета материалов кратковременных полевых гидрометеорологических изысканий (менее шести лет) предусматривают предварительное приведение к многолетнему периоду погодичных значений, параметров и квантилей

распределения речного стока рек исследуемого района, как и при n' ≥ (6 – 10). Определение значений стока за каждый год, норм и квантилей распределения речного стока осуществляют по методу отношений, основанному на приблизительном равенстве модульных коэффициентов в пункте с кратковременными наблюдениями и в пунктах-аналогах, по формуле

где Qi и Qia – наблюденные значения речного стока, соответственно, в пункте с кратковременными наблюдениями и в пунктах-аналогах с регулярными наблюдениями; Q и Qa – в зависимости от требуемых решений могут обозначать восстанавливаемые значения стока за конкретные годы, погодичные значения за пределами гидрометрических наблюдений в пункте проектирования, норму стока или значения стока заданной обеспеченности.

Метод отношений используют при выполнении условия R ≥ Rкр, где R определяют по пространственной корреляционной функции. Пункты-аналоги с регулярными гидрометрическими наблюдениями при расчетах по методу, основанному на равенстве модульных коэффициентов, обычно выбирают по наименьшему расстоянию между центрами тяжести водосборов проектируемого пункта и пунктов-аналогов. При наличии нескольких пунктов-аналогов расчеты осуществляют последовательно по всем аналогам и результаты осредняют (не более трех аналогов) с учетом случайных средних квадратических погрешностей.

Среднюю квадратическую погрешность расчета значений стока за каждый год, нормы стока и квантилей распределения определяют по пунктам-ана- логам. Для этой цели выбирают два пункта с гидрометрическими наблюдениями в од нородном гидрологическом районе проектирования, один из которых условно принимают в качестве исследуемого пункта, а другой – в качестве пункта-аналога. Расчетное значение стока определяют по формуле (31.4) столько раз, сколько имеется наблюдений в створе, принимаемом за исследуемый.

Среднюю квадратическую погрешность погодичного значения, или нормы стока, или квантилей распределения по данным одного года наблюдений определяют по формуле

n

∑(QH −Qp )2

где Qн – наблюденное значение стока за каждый год, или норма стока, или квантили распределения; Qр – рассчитанное значение стока за каждый год, или норма стока, или квантили распределения.

В соответствии с методикой восстановления значений стока по уравнениям регрессии, когда имеется один год кратковременных наблюдений, строят

83

уравнения между всеми наблюдениями за этот год и последовательно за все остальные годы, в которые имеются наблюдения в пунктах-аналогах, при условии, что количество пунктов должно быть не менее 5–6. Уравнения имеют следующий вид:

где qij – значения стока в j-м пункте в i-й год за пределами кратковременных наблюдений; qk,j – значения стока в j-м пункте за k-й год, в который имеются кратковременные наблюдения; B1i, B0i – коэффициенты уравнений регрессий.

В общем случае, если кратковременные наблюдения проводят в течение нескольких лет, строят зависимости (31.6) для каждого года кратковременных наблюдений. При этом результаты восстановления стока за каждый год, полученные по нескольким уравнениям, соответствующим числу лет кратковременных наблюдений, обобщают по формуле

∑k qi

g = i=1 σi2 k 1 , (31.7)

∑i=1 σi2

где qi – значение рассматриваемой гидрологической характеристики, определенное различными методами; σi2 – абсолютные дисперсии погрешностей рас-

четных значений для каждого метода; k – число методов.

Предлагаемая схема восстановления погодичных значений стока может применяться не только для приведения к многолетнему периоду наблюдений за речным стоком от одного года до пяти лет, но и для более продолжительных наблюдений. Для предварительной оценки коэффициентов вариации и квантилей распределения речного стока может быть использован графический способ.

32. Расчетные расходы и уровни воды гидротехнических сооружений

Расчетные расходы и уровни воды гидротехнических сооружений устанавливаются Сводом правил [25] в зависимости от класса сооружений.

При проектировании постоянных речных гидротехнических сооружений расчетные максимальные расходы воды принимают исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемой в зависимости от класса сооружений для двух расчетных случаев – основного и поверочного по табл. 32.1. При этом расчетные гидрологические характеристики следует определять по [24].

Для постоянных гидротехнических сооружений в период их временной эксплуатации в ходе строительства ежегодные вероятности превышения расчетных максимальных расходов воды следует принимать по табл. 32.1 в зависимости от класса сооружений пускового комплекса.

84

Таблица 32.1

Ежегодные вероятности P,%, превышения расчетных максимальных расходов

* С учетом гарантийной поправки в соответствии со СПОГ

Учитывая ограниченную длительность временной эксплуатации гидротехнических сооружений, расчетные максимальные расходы воды, принятые для пускового комплекса, при надлежащем обосновании допускается понижать, при этом вероятность превышения максимального расхода воды для этого периода допускается принимать в соответствии с табл. 32.2.

Таблица 32.2

Вероятность превышения расчетных максимальных расходов воды для периода временной эксплуатации постоянных сооружений

При проектировании временных гидротехнических сооружений расчетные максимальные расходы воды следует принимать исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемой в зависимости от класса и срока эксплуатации сооружений для основного расчетного случая. При этом для временных гидротехнических сооружений IV класса ежегодную расчетную вероятность превышения расчетных максимальных расходов воды следует принимать равной 10% (при сроке эксплуатации до десяти лет) и 5 % (при сроке эксплуатации более десяти лет); для временных гидротехнических сооружений III класса – 10 % (при сроке эксплуатации до двух лет) и 5 % (при сроке эксплуатации более двух лет).

При проектировании речных гидротехнических сооружений, особенно размещаемых в районах активной циклонической деятельности, рекомендуется в качестве расхода поверочного расчетного случая принимать расход, определенный по методике вероятного максимального паводка.

Расчетный расход воды, подлежащий пропуску в процессе эксплуатации через постоянные водопропускные сооружения гидроузла, следует определять

85

исходя из расчетного максимального расхода с учетом трансформации его создаваемыми для данного гидротехнического сооружения или действующими водохранилищами и изменения условий формирования стока, вызванного природными причинами и хозяйственной деятельностью в бассейне реки.

Пропуск расчетного расхода воды для основного расчетного случая должен обеспечиваться, как правило, при НПУ через все эксплуатационные водопропускные сооружения гидроузла при полном их открытии. При количестве затворов на водосбросной плотине более шести следует учитывать вероятную невозможность открытия одного затвора и исключать один пролет из расчета пропуска паводка.

Учет пропускной способности гидроагрегатов в пропуске паводочных расходов должен быть обоснован при проектировании каждого конкретного гидроузла в зависимости от количества агрегатов гидроэлектростанции, условий ее работы в энергосистеме, вероятности аварийных ситуаций на ГЭС, а также фактического напора на ГЭС.

Для средне- и низконапорных гидроузлов при снижении напоров на агрегаты ниже допустимых по характеристикам турбин или по данным завода-изго- товителя пропускную способность турбин в расчетах пропуска максимальных расходов воды не учитывают.

Пропуск поверочного расчетного расхода воды должен осуществляться при наивысшем технически и экономически обоснованном форсированном подпорном уровне (ФПУ) всеми водопропускными сооружениями гидроузла, включая эксплуатационные водосбросы, турбины ГЭС, водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения, судоходные шлюзы, рыбопропускные сооружения и резервные водосбросы. При этом, учитывая кратковременность прохождения пика паводка, допускается:

–уменьшение выработки электроэнергии ГЭС;

–нарушение нормальной работы водозаборных сооружений, не приводящее к созданию аварийных ситуаций на объектах-потребителях воды;

–повреждение резервных водосбросов, не снижающее надежности основных сооружений;

–пропуск воды через водоводы замкнутого поперечного сечения при переменных режимах, не приводящий к разрушению водоводов;

–размыв русла и береговых склонов в нижнем бьефе гидроузла, не угрожающий разрушением основных сооружений, при условии, что последствия размыва могут быть устранены после пропуска паводка.

На реках с каскадным расположением гидроузлов расчетные максимальные расходы воды для проектируемого гидроузла следует назначать с учетом его класса, но не ниже значений, равных сумме расходов пропускной способности вышерасположенного гидроузла и расчетных максимальных расходов боковой приточности на участке между гидроузлами, определяемых для основного и поверочного случаев в соответствии с классом создаваемого гидроузла.

Расчетный наивысший судоходный уровень воды в бьефах судоходных сооружений, за исключением шлюзов при гидроузлах с судоходными плоти-

86

нами, устанавливается по максимальным расходам воды с расчетной вероятностью превышения на основе многолетних наблюдений. Расчетная обеспеченность для определения наинизшего судоходного уровня и вероятность превышения для наивысшего уровня в зависимости от категории водного пути приведены в табл. 32.3.

Таблица 32.3

Расчетная обеспеченность в зависимости от категории водного пути

При установлении расчетных наинизших судоходных уровней необходимо учитывать понижения уровня воды вследствие: многолетней глубинной эрозии русла; разработок русловых карьеров, путевых дноуглубительных работ; ветрового сгона; предпаводочной сработки водохранилища за период навигации с учетом перспектив ее продления; отливных явлений; неустановившегося движения воды, вызываемого суточным регулированием на ГЭС и ГАЭС, работой насосных станций и шлюзов.

Для шлюзов, имеющих системы питания со сбросом воды вне подходного канала, следует учитывать также перепад уровня от места выпуска воды до конца подходного канала. На участках канала между судоходными сооружениями (закрытый канал) за расчетный наинизший судоходный уровень надлежит принимать расчетный минимальный статический уровень, уменьшенный на запас на волнение от судов, с учетом расхода воды на шлюзование судов, понижения уровня при работе насосных станций и ГАЭС.

При установлении расчетных наивысших судоходных уровней воды необходимо учитывать повышение уровня, вызываемого: ветровым нагоном; образованием заторов и зажоров; неустановившимся движением воды вследствие работы ГЭС, ГАЭС, насосных станций, шлюзов, холостых сбросов; приливными явлениями. Для шлюзов при гидроузлах с судоходными плотинами расчетным наивысшим уровнем воды считается судоходный уровень, при котором предусмотрен пропуск судов через шлюз (при более высоких уровнях судоходство осуществляется через плотину).

Гидротехнические сооружения в зависимости от их высоты и типа грунтов основания, социально-экономической ответственности и последствий возможных гидродинамических аварий подразделяют на классы. Назначать класс гидротехнического сооружения следует в соответствии нормативным документом [25]. Заказчик проекта гидротехнического сооружения вправе своим решением повысить класс сооружения по сравнению с указанным в [25].

87