Проектированию водохранилищных узлов гидротехнических сооружений предшествуют гидрологические и водохозяйственные расчеты. На основании гидрологических расчетов определяется приток воды с водосбросной площади, условия наполнения водохранилища и максимальные сбросные расходы, пропускаемые по водосбросному тракту в период паводка.Сток любого водотока подчиняется определенной закономерности. Но эта закономерность носит случайный характер, здесь можно применить законы теории вероятности и математической статистики.Непрерывное ежегодное наблюдение над стоком, позволяет получить гидрограф, т. е. график показывающий изменение расходов воды во времени. Обработка данных гидрографа с использованием метода математической статистики дает возможность построить кривую обеспеченности, которая показывает, в каком числе случаев (в %) может быть превзойдена та или иная величина расхода. Пользование кривой обеспеченности сводится к определению гидрологической характеристики, которой может быть расход, объем стока, высота слоя стока или модуль при заданной обеспеченности. Для построения кривой обеспеченности необходимы такие параметры – среднеарифметическое значение ряда наблюдений (например, расход), коэффициент вариации С_v и коэффициент асимметрии С_S. Все три параметра вычисляют по данным наблюдений или косвенным методом. Применительно к водохранилищному узлу сооружений строят две кривые обеспеченности: одну для средних расходов, на основании которой решается вопрос о заполнении водохранилища, и вторую для определения максимальных сбросных расходов, пропускаемых через водосбросной тракт. Обеспеченность последних определяется классом капитальности сооружений и принимается по таблице 2. Таблице   2   Расчетная обеспеченность  (в процентах)  максимальных расходов воды

  Обеспеченность средних расходов зависит от целей использования водохранилища и наиболее  часто принимается:

При наличии продолжительного ряда наблюдений над стоком, отнесенного непосредственно к створу плотины, гидрологические расчеты выполняют путем обработки данных наблюдений. На основе трех исходных параметров строят кривые обеспеченности, решают вопросы об использовании стока для наполнения водохранилища и определяют максимальные сбросные расходы. Если наблюдения над стоком в створе плотины кратковременны и не могут служить надежной основой для определения параметров, используются материалы наблюдений на других створах водотока, а также на смежных водотоках, расположенных в аналогичных физико-географических условиях. Установление связи между гидрологическими характеристиками двух различных створов,  позволяет дополнить ряд наблюдений за более длительный срок и дальше вести расчеты, так же как это делается для створа, с продолжительным рядом наблюдений, В случае полного отсутствия наблюдений над стоком по принятому створу плотины применяют приближенные способы нахождения гидрологических характеристик. Для этого могут быть использованы эмпирические формулы и карты изолиний различных характеристик стока, построенных на основании обобщения наблюдений большого района с примерно одинаковыми физико-географическими условиями. Такие косвенные приемы позволяют получить основные параметры и по ним построить кривую обеспеченности, пользование которой аналогично предыдущим случаям. Наряду с гидрологическими расчетами выполняют водохозяйственные расчеты, связанные с использованием воды в водохранилище. В результате водохозяйственных расчетов устанавливают некоторые характерные уровни воды в водохранилище, используемые затем при конструировании плотин. Характерными уровнями водохранилища являются – максимальный подпертый уровень (МПУ), нормальный подпертый уровень (НПУ), уровень мертвого объема (УМО). Максимальным подпертым уровнем  называют кратковременный уровень в водохранилище в период пропуска воды через водосбросной тракт максимальных сбросных расходов. Обеспеченность таких расходов очень малая, поэтому МПУ наблюдается редко. Форсирование уровня дает возможность уменьшить сбросные расходы за счет накопления воды в объеме, заключенном между МПУ и НПУ. Высоту форсирования (разность отметок между МПУ и НПУ) обычно назначают не больше 1,5 м. Нормальным подпертым уровнем называют уровень, соответствующий верхней границе полезного объема водохранилища при нормальных условиях эксплуатации. Объем воды, заключенный между НПУ и УМО, представляет собой тот полезный объем, за счет которого обеспечивается как потребление, так и убыль воды на испарение, фильтрацию и другие виды потерь. Полезный объем вместе с мертвым объемом составляет полный объем водохранилища. При назначении НПУ руководствуются следующими условиями: топографическими (борта чаши водохранилища определяют глубину воды в нем); гидрологическими (расчетом устанавливается степень зарегулирования стока); хозяйственными (не допускается подтопление строений, сооружений, ценных сельскохозяйственных угодий, расположенных в зоне водохранилища); экономическими (определяется наименьшая стоимость всего узла). Уровнем мертвого объема называют наинизший уровень,   до   которого    срабатывается    водохранилище    в условиях нормальной эксплуатации. Объем воды, заключенный ниже УМО, называется мертвым объемом, так как он не участвует в регулировании стока, после того как первый раз произошло наполнение водохранилища, – и не используется для полезных целей. При сезонном регулировании стока водохранилище срабатывается до УМО ежегодно, в то время как при многолетнем регулировании – только в конце маловодных периодов, определяемых на основании гидрологических расчетов. УМО и соответствующий ему мертвый объем водохранилища должны отвечать ряду требований. 1.  Обеспечить санитарные условия, не допуская в летнее время образования мелководья водохранилища во избежание очагов малярии. 2.  Обеспечить подачу воды через водозаборные сооружения на командные отметки орошаемых площадей при самотечном способе полива, если водохранилище используется для ирригационных целей. 3.  Создать расчетный напор, когда водохранилище используется для энергетических целей. 4.  При использовании водохранилищ для целей водоснабжения создать глубину, при которой не происходит биологического развития животного и растительного мира, способствующих появлению болезнетворных бактерий. При назначении отметки УМО в этом случае не следует допускать минерализации воды сверх установленного предела. 5.  Аккумулировать наносы, поступающие в водохранилище, исходя из заданного срока службы его. 6.  Обеспечить судоходные глубины, если водохранилище используется для водного транспорта. В отдельных случаях при назначении УМО руководствуются каким-либо одним из этих требований, но чаще приходится учитывать сочетание их. При водохозяйственных расчетах, а в последующем в эксплуатационных условиях возникает необходимость определить геометрические элементы водохранилища – объем при заданном уровне, площадь зеркала воды, соответствующую принятому объему или отметке. Для каждого частного случая нахождение этих элементов сложно и трудоемко. Поэтому заранее при произвольных значениях геометрических элементов водохранилища составляют кривые, построение которых основано на том, что геометрические элементы водохранилища имеют функциональную зависимость: с изменением одной величины пропорционально изменяется и другая. Наличие геометрических характеристик водохранилища, в виде кривых, которые называют также топографическими характеристиками, значительно упрощает и облегчает все вычислительные работы, особенно если часто приходится определять элементы водохранилища при постоянно меняющихся уровнях. Основные  геометрические характеристики   водохранилища следующие. Кривая зависимости площади зеркала водохранилища от уровня воды в нем . При построении этой кривой пользуются топографическими картами, на которых для ряда отметок (или глубин водохранилища) путем планиметрирования определяется площадь, ограниченная принятой горизонталью и осью плотины. Полученные данные изображают в виде графика, причем по оси ординат откладывают отметки (глубины), а по оси абсцисс – соответствующие этим отметкам площади. Соединяя нанесенные точки, получают графическую зависимость площади зеркала воды в водохранилище от глубин. Кривая площадей обычно имеет неправильную

Рис.   7  Топографические   характеристики   водохранилища

форму с перегибами и изломами. Кривую зависимости объемов воды в водохранилище от уровня воды в нем  строят на основании кривой площади; она представляет собой связь между уровнями воды и объемом, находящимся в водоеме ниже этого уровня. Для каждого значения площади определяют соответствующий объем водохранилища и по ряду точек вычерчивают кривую линию, причем по оси ординат откладывают отметки (или глубины), а по оси абсцисс – объемы. Кривая объемов, за редким исключением, представляет собой плавную линию, так как является интегралом кривой площади. Для повышения точности построения кривой объемов вычисление ведут через небольшие интервалы высоты. Кривая зависимости объемов воды в водохранилище от площади зеркала строится на основе предыдущих кривых. Для ряда уровней водохранилища (или глубин) определяют площади зеркала водохранилища и объем воды в нем. Полученные данные наносят на график, причем по оси ординат откладывают площади зеркала водохранилища, а по оси абсцисс – объемы. Кривая, проведенная через ряд точек, дает графическую зависимость между объемом воды и соответствующей площадью зеркала водохранилища. Для удобства пользования обычно все кривые наносятся на один график, как это показано на рисунке 7.