Гидротехническими называются сооружения, которые строятся с целью решения водохозяйственных проблем. В процессе эксплуатации гидротехнические сооружения (ГТС) имеют контакт с водной средой.
ГТС подразделяются на речные, возводимые на внутренних водных путях и водотоках, и морские, возводимые на внешних водных путях, океанах, морях. Речные ГТС контактируют с пресной водой, морские — с соленой. Основным отличием морских транспортных ГТС являются их габариты, большие по сравнению с речными, поскольку их строят для обслуживания крупных морских судов.
На внутренних водных путях (ВВП) строятся различные ГТС для возможности комплексного использования водных ресурсов (для различных отраслей экономики):
судоходные — судоходные шлюза, каналы, судоподъемники, судоходные плотины;
энергетические — гидроэлектростанции (ГЭС);
водоподпорные — плотины, напорные дамбы;
лесопропускные — шлюзы, плотоходы, лесотаски, лотки;
рыбопропускные — шлюзы, рыбоходы, рыбоподъемники, каналы;
Лекция Дмитрия Вадатурского: Краткая история гидротехнического строительства в России
судоподъемные — доки, слипы, эллинги;
портовые — причалы, пирсы, набережные, пристани;
сельскохозяйственные — оросительные и осушительные каналы, шлюзы-регуляторы расходов воды;
защитные, оградительные — дамбы, молы, волноломы, стенки.
транспортные перепады — мосты, туннели, виадуки, акведуки, дюкеры, паромные переправы, нефте- и газопроводы;
водоподводящие и водоотводящие — водозаборы, водоводы, водосбросы, насосные станции, водоспуски.
Внутренние водные пути РФ включают в себя реки, озера, водохранилища, каналы.
Общая длина ВВП около 4 млн. км, из них 110 тыс. рек и 2 тыс. озер. Могут использоваться для судоходства около 500 тыс. км. Используются для судоходства 101,4 тыс. км, из них 16,7 тыс. км — искусственные водные пути (каналы), 48,3 тыс. км — с гарантированным габаритом водного пути, 74,5 тыс. км — с навигационным оборудованием.
На ВВП расположено 723 ГТС, в том числе 108 судоходных шлюзов, 98 ГЭС, 8 насосных станций, 1 судоподъемник, плотины, дамбы и др.
На 2004 г. в РФ ГЭС — 98, из них 63 имеют возраст более 30 лет. Доля ГЭС в общей энергетики России составляет около 20 %.
Гидроузлы
Речные ГТС строятся на ВВП как в виде отдельных сооружений, так и совместно с другими сооружениями.
Совокупность сооружений, объединенных местом расположения, решением задач и условиями работы, называются узлом гидротехнических сооружений или гидроузлом.
К основным сооружениям комплексного гидроузла относятся: плотины бетонные и земляные, судоходные шлюзы или судоподъемники, ГЭС, рыбопропускные сооружения, лесопропускные сооружения, насосные станции. Сооружения гидроузла строятся на реке в определенном, выбранном с учетом необходимых требований месте, называемом поперечным створом или створом гидроузла.
Вдоль створа располагаются оси бетонных и земляных плотин, верхней (как правило) головы шлюза и ось ГЭС. Все ГТС, входящие в состав гидроузла создают напорный фронт, разделяющий верхний (ВБ) и нижний (НБ) бьефы.
Электроцилиндры для гидротехнических сооружений (анимация)
Компоновкой гидроузла называется взаимное расположение сооружений узла ГТС на плане местности.
Различают три основных вида компоновки: русловая, пойменная и береговая.
При русловой компоновке гидроузла (рис. 1.1) основные сооружения располагаются преимущественно в русле реки. Такой вариант компоновки отличается компактным расположением сооружений и удобством их обслуживания, сравнительно небольшой длиной напорного фронта и более низкой стоимостью сооружения.
Рис. 1.1. Русловая компоновка гидроузла (Волховский гидроузел): 1 — судоходный шлюз; 2 — бетонная водосливная плотина; 3 — здание ГЭС; 4 —подходные каналы судоходного шлюза;5 — ледозащитная стенка; 6 — аванкамера
Русловая компоновка также имеет ряд существенных недостатков, которые в основном проявляются в период строительства гидроузла. К ним можно отнести стесненные условия производства работ, пропуска судов, льда и паводков в период строительства сооружений. Именно поэтому строительство сооружений выполняют в два этапа: на первом этапе строятся судопропускные сооружения, а на втором — возводятся остальные сооружения, при этом судопропускное сооружение используется как для пропуска судов, так и для пропуска строительных расходов воды.
Пойменная компоновка (рис. 1.2) предусматривает расположение основных сооружений в пойме, где река может свободно меандрировать между коренными берегами. Пойменная компоновка имеет ряд существенных недостатков, к которым относятся большая протяженность сооружений, а, следовательно, увеличение стоимости сооружения, большие площади затопления земель, меньшие удобства в эксплуатации сооружений в связи с большой протяженностью напорного фронта. При этом пойменная компоновка обеспечивает более благоприятные условия для производства работ, пропуска судов и паводков. Сооружения гидроузла в этом случае могут возводиться независимо друг от друга, и поэтому общий срок строительства гидроузла может быть несколько меньшим, чем для русловой компоновки сооружений.
Рис. 1.2. Пойменная компоновка гидроузла (Самарский гидроузел): 1 — судоходный шлюз; 2 — бетонная водосливная плотина; 3 — гидроэлектростанция; 4 — земляная плотина; 5 — аванпорт; 6 — дамбы аванпорта; 7 — межшлюзовой бьеф; 8 — нижний подходной канал
Береговая или деривационная компоновка. При этой компоновке бетонные сооружения (здание ГЭС, водосброс) располагаются обычно на берегах или бортах долины, а русло реки перекрывается земляной или каменно-набросной плотиной.
На первом этапе для строительства этих сооружений возводятся перемычки, как правило, мало стесняющие русло. Особенностью II этапа перекрытия русла при таких компоновках является то, что русло реки перекрывается банкетом полностью на всю ширину, и для возведения основных сооружений (плотины) в русле реки не требуется устройства продольных перемычек.
На III этапе пропуск строительных расходов осуществляется через построенные туннели или донные трубы. В основном русле реки, полностью перекрытом перемычками, возводится плотина. На IV и V этапах пропуск строительных расходов осуществляется через поочередно перекрываемые отверстия III этапа. Для уменьшения их пропускной способности и возможности их регулирования применяются решения, подобные тем, которые описаны при рассмотрении русловой компоновки.
Источник: studfile.net
Современная гидротехника и ее задачи
Люди использовали воду всегда, но характер этого использования видоизменился. В древние времена плотины строились с единственной целью водоснабжения или орошения. Увеличение населения земного шара, связанное с этим освоение менее удобных для жизни территорий, необходимость увеличения производства требуют осуществления территориального перераспределения водных ресурсов, изъятия большого количества воды из водных источников для водоснабжения и орошения.
Спрос на воду неуклонно растет во всем мире. По данным [3], в течение последних трех столетий количество воды, изъятой из пресноводных ресурсов, увеличилось в 35 раз при увеличении численности населения в 8 раз. При нынешнем мировом населении в 5,6 млрд человек и скорости прироста населения на 90 млн человек в год спрос на воду в предстоящие десятилетия может еще возрастать на 2—3 % ежегодно.
Учитывая, что в ближайшие десятилетия ожидается значительный рост численности населения, площадь орошаемых земель должна расширяться для увеличения производства сельскохозяйственной продукции. Даже при условии специальных мероприятий по экономии воды путем совершенствования ирригационных технологий без строительства большего количества плотин и создаваемых ими водохранилищ не обойтись.
Водохозяйственное значение современных плотин многообразно. Так, подъем уровня воды и увеличение глубин перед плотиной благоприятствуют судоходству, лесосплаву, водозабору для нужд орошения и водоснабжения.
Наличие водохранилища позволяет регулировать сток, т. е. увеличивать расход воды в реке (за плотиной) в меженные периоды и уменьшать максимальный расход в паводок.
Сосредоточение напора у плотины создает возможность энергетического использования стока реки. Гидроэлектростанции каждый год вырабатывают 21 % электроэнергии в мире. Во многих странах на гидроэлектростанциях вырабатывается почти вся используемая электроэнергия. В 1998 г. на гидроэлектростанциях Норвегии и Демократической Республики Конго (бывший Заир) было выработано 99 %, а на гидроэлектростанциях Бразилии — 91 % от общей используемой этими странами электроэнергии.
Электричество, производимое на гидроэлектростанциях, является крупнейшим источником возобновляемой энергии в мире. К настоящему времени более 90 % возобновляемой энергии в мире поступает от гидроэлектростанций.
Таким образом, основными направлениями использования вод являются гидроэнергетика (использование энергии воды); водный транспорт (использование речных, озерных и морских вод для передвижения грузов и людей); водоснабжение и канализация (отвод сточных отработанных вод); противопаводковые мероприятия (регулирование режима рек, выравнивание их стока); рекреация (гребной спорт, плавание, отдых на воде); ирригация (орошение земель).
Важной особенностью водопользования является требование комплексного (интегрированного) использования вод. Под комплексным использованием вод понимается удовлетворение разнообразных потребностей всех заинтересованных водопользователей — населения и промышленности.
Например, строительство плотины преследует целью не только получение электроэнергии, но и улучшение судоходства, которому до создания плотины и водохранилища могли препятствовать пороги. Комплексное использование вод не означает равного удовлетворения всех потребителей в воде. В большинстве случаев при комплексном использовании вод некоторым видам водопользования отдается предпочтение.
Управлять использованием водных ресурсов можно только при помощи гидротехнических сооружений. Отрасль науки и техники, охватывающая вопросы использования, охраны водных ресурсов и борьбы с вредным действием вод при помощи инженерных сооружений, называется гидротехникой.
Гидротехническими называют сооружения, предназначенные для использования природных водных ресурсов (рек, озер, морей) или предотвращения вредного воздействия воды на окружающую среду (борьба с наводнениями, селями). Гидротехника тесно связана с другими науками. Проектирование гидротехнических сооружений (ГТС) невозможно без расчетного обоснования принятых конструктивных решений и прогноза условий наполнения и опорожнения водохранилища. Поэтому гидротехники опираются на следующие науки и отрасли знания:
- • сопротивление материалов (наука о прочности построек);
- • механика грунтов (наука о прочности грунтов);
- • железобетонные конструкции (дисциплина о композитном строительном материале — бетоне, насыщенном стальными стержнями);
- • гидравлика (наука, изучающая движение и покой воды);
- • гидрология (наука, изучающая закономерности распределения вод);
- • строительные материалы.
Для размещения сооружений на местности потребуются знания в геодезии и геологии.
Основными задачами гидротехники являются следующие.
- 1. Изменение, приспосабливание для целесообразного водохозяйственного использования и защиты окружающей среды от вредного воздействия вод существующего естественного режима водного объекта (реки, озера, моря);
- 2. Создание искусственных водных потоков и водоемов, когда естественных вод недостаточно.
- 3. Создание специальных сооружений для отдельных видов водного хозяйства (каналов, шлюзов, зданий ГЭС, насосных станций и др.).
Гидротехнические сооружения, возводимые на реках, называют речными, на озерах и морях — озерными и морскими.
К основным речным гидротехническим сооружениям относятся плотины, устои и подпорные стены (входящие в состав напорного фронта), дамбы обвалования, водосбросы, водоприемники и водозаборные сооружения, каналы, туннели и трубопроводы, здания гидростанций и насосных станций, шлюзы, судоподъемники, рыбопропускные сооружения.
К морским гидротехническим сооружениям относят сооружения портов (пристани и причалы), морские нефтегазопромысловые гидротехнические сооружения. Существуют также гидротехнические сооружения тепловых и атомных электростанций.
В данном курсе рассматриваются речные гидросооружения.
Комплекс речных гидросооружений, объединенных по расположению и целям их работы, называется гидроузлом.
Взаимное расположение на местности сооружений (плотина, здание гидроэлектростанции, шлюз, водосбросные сооружения и т. д.) называют компоновкой гидроузла. На рис. 1.9 в качестве примера приведена возможная компоновка гидроузла.
Рис. 1.9. Компоновка гидроузла
Гидроузлы подразделяют на низконапорные (с напором на плотину Н 50 м).
Большой плотиной в терминологии Международной Комиссии по большим плотинам (International Commission on Large Dams — ICOLD) называют плотину максимальной высотой 15 м и выше или плотину высотой от 5 м до 15 м, образующую водохранилище более 3 млн м 3 [3].
Гидроузлы могут быть разбиты на две основные категории: одноцелевые и комплексного назначения. Большинство гидроузлов являются одноцелевыми, но в настоящее время растет число плотин комплексного назначения.
По данным последней публикации Всемирного регистра плотин [3], орошение является основной целью возведения плотин. Процентное распределение гидроузлов одноцелевого назначения по целям их использования показано на рис. 1.10.
Рис. ПО. Процентное распределение гидроузлов одноцелевого назначения по целям их использования
Комплексные гидроузлы имеют важное экономическое значение, поскольку экономика государства получает множественные выгоды от однократных инвестиционных вложений.
Одна из стран, где плотины являются важной частью инфраструктуры, — США. Согласно американской национальной базе данных (National Inventory of Dams — NID), в Соединенных Штатах насчитывается более 87 000 плотин [4], что является наглядной демонстрацией огромного вклада плотин в экономическую и социальную жизнь. NID является базой данных, в которой документируются плотины США высотой более 7,6 м, создающие объем водохранилища более 0,06 млн м 3 или считающиеся потенциально опасными в случае прорыва напорного фронта.
Плотины в NID классифицируются по степени опасности, характеризующей последствия отказа плотины; 14 726 плотинам присвоен высокий потенциал опасности, 12 406 — значительный потенциал опасности, 58 956 — низкий потенциал опасности и 1271 — не опасны.
Примечательно, что в федеральной собственности находятся только около 4 % от 87 000 плотин США. Большая часть плотин (65 %) находится в частной собственности, в собственности федеративных субъектов (штатов) — 7 %, муниципальных органов власти — 18 %.
Источник: studme.org
Рыбохозяйственная гидротехника
1.8 Классификация гидротехнических сооружений
1.8 Классификация гидротехнических сооружений
Гидротехнические сооружения служат для использования водных ресурсов и для борьбы с отрицательным действием вод.
Гидротехнические сооружения делят на постоянные и временные. К временным сооружениям относятся сооружения, используемые только в период строительства или ремонта постоянных сооружений. Постоянные сооружения подразделяются на основные и второстепенные [13].
К основным относятся сооружения (плотины, дамбы, водосбросы, водо приемники и водозаборные сооружения, деривационные оросительные и судоходные каналы, туннели, трубопроводы, здания электростанций, насосные станции, шлюзы, судоподъемники, рыбозащитные, рыбопропускные сооружения), разрушение, которых приводит к нарушению нормальной работы электростанций, прекращению подачи воды в оросительные каналы, подтоплению осушаемой и затоплению обвалованной площади, прекращению или сокращению судоходства, прекращению лесосплава или деятельности речного порта [6].
К второстепенным относятся сооружения (ремонтные затворы, льдозащитные сооружения, струенаправляющие стенки и дамбы, причалы для неосновных грузов, берегоукрепительные сооружения, служебные мостики), разрушение которых не приводит к серьезным нарушениям работы электростанций, прекращению подачи воды в оросительные каналы, подтоплению осушаемой и затоплению обвалованной площади, прекращению или сокращению судоходства, прекращению лесосплава или деятельности речного порта.
При проектировании гидротехнических сооружений широко применяют типовые проекты, разработанные различными проектными организациями. По целевому назначению гидротехнические сооружения разделяются на следующие виды [13]:
— водоподпорные, создающие и испытывающие на себе подпор воды, а также удерживающие перед собой значительные объемы воды — плотины (глухие и водосливные), дамбы, плотинные водозаборные сооружения и др.;
— водопропускные, служащие для пропуска излишних паводковых вод, для частичного или полного выпуска воды из водохранилища — водосбросы и водоспуски;
— водопроводящие, служащие для подвода или отвода воды из одних пунктов в другие — каналы, трубопроводы, туннели и др.;
— водозаборные, забирающие воду из реки или водохранилища и направляющие ее по каналам или трубопроводам на гидроэлектростанции, на оросительную систему и т. д.;
— регуляционные, или выправительные, регулирующие условия протекания воды в руслах и предохраняющие дно и берега русла от размыва или отложения наносов, — берегоукрепительные сооружения, струенаправляющие дамбы и др.
По водохозяйственному назначению гидротехнические сооружения разделяются на общие и специальные. Общие гидротехнические сооружения применяются в нескольких или во всех отраслях водного хозяйства (водоподпорные, водопроводящие, водосбросные, водозаборные и регуляционные сооружения).
Специальные гидротехнические сооружения применяются только в одной какой-либо отрасли и являются для нее специфическими. Например, сооружения: гидроэнергетические (здания гидроэлектростанций, напорные бассейны, уравнительные башни и др.); водного транспорта (судоходные шлюзы, судоподъемники, причальные сооружения, лесосплавные и лесопропускные сооружения и др.); гидромелиоративные (регуляторы, отстойники, оросительная и осушительная сеть, дренажные устройства и др.); для целей водоснабжения (водозаборы, насосные станции, фильтры, пруды охладители, брызгальные бассейны, очистные сооружения и др.); для целей рыбного хозяйства (рыбоходы, рыбоподъемники, рыбоводные пруды и бассейны) [15].
Все постоянные гидротехнические сооружения делят на четыре класса (с I до IV). Класс устанавливают в зависимости от народнохозяйственного значения сооружений с учетом последствий при их аварии или нарушении их эксплуатации (СНиП). При этом принимают во внимание: наличие в нижнем
бьефе населенных пунктов, предприятий и объектов народного хозяйства, транспортных магистралей и т. п.; наибольшую высоту водоподпорных сооружений и объем водохранилища; геологическое строение основания, сейсмичность района, топографическое строение долины и т. п.
Гидротехнические сооружения делятся на четыре класса в зависимости от капитальности: сооружения, удовлетворяющие повышенным требованиям, относят к I, средним — ко II, ниже средним — к III, минимальным — к IV классу. Рыбохозяйственные сооружения (постоянные и временные) относят к IV классу.
Классы постоянных гидротехнических сооружений в зависимости от их высоты и видов грунтов основания принимаются по таблице 1. Если авария водоподпорного сооружения может вызвать последствия катастрофического характера для расположенных ниже городов, крупных промышленных предприятий, транспортных магистралей, то класс сооружения, допускается повышать в соответствии с масштабом последствий при надлежащем обосновании. Если же авария водоподпорного сооружения не вызывает катастрофических последствий в нижнем бьефе (при расположении гидроузла в необжитом районе или у моря), то класс их, допускается понизить на единицу.
В зависимости от вида и размера гидротехнических сооружений класс их принимается по таблице 2.
Класс основных водоподпорных гидротехнических сооружений принимается по наибольшему его значению, определяемому по таблицам 1 и 2 [6].
К временным гидротехническим сооружениям относятся такие, которые используются только в период строительства или ремонта постоянных сооружений. Временные сооружения допускается относить к IV классу, если авария их может вызвать последствия катастрофического характера для строительной площадки, населенных пунктов, сооружений и предприятий или вызвать значительную задержку возведения основных сооружений объектов I, II и III классов. Перемычки и строительные туннели, при надлежащем обосновании, допускается относить к III классу.
Для сооружений мелиоративных систем класс назначают в зависимости от площади обслуживаемых ими мелиорируемых земель.
Класс основных гидротехнических сооружений комплексного гидроузла, обеспечивающих одновременно действие нескольких объектов, относящихся к различным отраслям народного хозяйства (энергетика, речной транспорт, ме лиорация, водоснабжение), устанавливают как для объекта, показатели которого соответствуют наиболее высокому классу.
Таблица 1 — Классы водоподпорных гидротехнических сооружений
Таблица 2 — Классы гидротехнических сооружений в зависимости от последствий нарушения их эксплуатации
Основные гидротехнические сооружения: плотины, дамбы; сооружения на водоподающей системе — каналы, лотки, трубы, регуляционные сооружения; водосбросные сооружения различных типов; сопрягающие сооружения — перепады, быстротоки; сооружения на рыбосборно
осушительной системе – рыбосборно-осушительные каналы, донные водоспуски, рыбоуловители, сбросные каналы; рыбозаградительные и рыбозащитные сооружения, рыбопропускные сооруженияпереходные сооружения — акведуки, дюкеры; и пр [8, 9, 20].
Все указанные сооружения располагают в рыбоводных хозяйствах в зависимости от размещения и характера источника водоснабжения, от рельефа местности и качества грунтов.
Сооружения, применяемые в рыбоводстве, проектируют на основе гидравлических, статических расчетов и соответствующих глав СНиП (строительных норм и правил).
При расчете гидротехнических сооружений учитываются нагрузки и воздействия, которые разделяются на постоянные и временные. Временные нагрузки и воздействия, в свою очередь, разделяются на длительные, кратковременные и особые.
К постоянным нагрузкам и воздействиям относятся: вес сооружений, вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление, гидростатическое, фильтрационное, поровое давление воды, противодавление в расчетных сечениях и строительных швах бетонных и железобетонных конструкций при нормальном подпорном уровне и нормальной работе противофильтрационных и дренажных устройств; вес технологического оборудования, место расположения которого на сооружении не меняется в процессе эксплуатации; воздействие предварительного напряжения конструкций.
К временным длительным нагрузкам и воздействиям относятся: дополнительное давление грунта (сверхосновного давления грунта), возникающее вследствие деформации основания и конструкций или от температурных воздействий; давление отложившихся наносов; воздействия усадки и ползучести.
К кратковременным нагрузкам относятся [6]:
— нагрузки от судов (навал, швартовые и ударные), ледовые; волновые нагрузки, нагрузки от плавающих тел, давление от гидравлического удара в период нормальной эксплуатации, пульсационные нагрузки в безнапорных и напорных водоводах;
— нагрузки от подъемных, перегрузочных и транспортных устройств и других конструкций и механизмов (мостовых и подвесных кранов и т. п.); — снеговые, ветровые и температурно-климатические нагрузки и воздействия.
К особым нагрузкам и воздействиям относятся [6]:
— сейсмические и взрывные воздействия;
— дополнительное гидростатическое поровое давление воды и про тиводавление в расчетных сечениях и строительных швах бетонных и железобетонных конструкций при форсированном уровне;
— температурно-влажностные воздействия;
— дополнительное фильтрационное давление воды, возникающее в результате нарушения нормальной работы противофильтрационных и дренажных устройств;
— давление от гидравлического удара при полном сбросе нагрузки при прорыве затворов и зимних пропусках воды в нижний бьеф;
— воздействия неравномерных деформаций оснований, сопро вождающиеся изменением структуры грунта (деформации просадочных грунтов при замачивании и вечномерзлых грунтов при оттаивании).
Расчет речных гидротехнических сооружений производят на основные и особые сочетания нагрузок. Основные сочетания нагрузок состоят из постоянных, временных длительных и кратковременных нагрузок и воздействий. Особые сочетания нагрузок включают постоянные, временные длительные, отдельные кратковременные и одну из особых нагрузок и воздействий. Нагрузки и воздействия принимаются в наиболее неблагоприятных, но возможных сочетаниях отдельно для эксплуатационного и строительного периодов.
Гидротехнический узел или гидроузел — комплекс гидротехнических сооружений, расположенных на одном участке реки и связанных между собой назначением и совместной работой (рисунок 3, 4). С помощью речных гидроузлов управляют водными ресурсами.
По назначению различают гидроузлы водорегулирующие, водозаборные, воднотранспортные и комплексные; по виду водоисточника — речные, озерные, на каналах. По напору гидроузлы делятся на низконапорные — с напором воды в верхнем бьефе до 10-14 м, средненапорные — с напором 15-50 м, высоконапорные — более 50 м.
Часть водоема или водотока, примыкающую к водоподпорному сооружению или напорному фронту гидроузла, называют бьефом. Бьеф, который расположен вверх по течению от подпорного сооружения, называется верхним, а вниз по течению — нижним.
Речные низконапорные гидроузлы обычно состоят из водоподпорного сооружения в виде грунтовой плотины, водоспуска (водозабора) водосбросного сооружения и других сооружений в зависимости от назначения гидроузла. В состав гидроузла с водооборотной системой и системой с механическим забором и подъемом воды входит также насосная станция.
1 — здание ГЭС; 2 — водосливная часть плотины; 3 — глухая часть плотины;
4 — открытое распределительное устройство; 5 — наклонный судоподъемник;
6 — поворотный круг (мост) судоподъемника; ВБ — верхний бьеф; НБ — нижний бьеф.
Рисунок 3 — Схема гидроузла Красноярской ГЭС на р. Енисей (по Гриневскому и др., 1990)
Водохозяйственной системой, или гидросистемой, называется комплекс гидротехнических сооружений, охватывающий значительную территорию и включающий несколько гидроузлов, объединенных общностью задач (комплекс гидростанций на реке, системы водоснабжения, оросительные и осушительные системы и др.).
1 — плотина; 2 — водоприемник ГЭС; 3 — напорные водоподводящие туннели;
4 — уравнительные резервуары; 5 — турбинные водопроводы; 6 — здание ГЭС;
7 — открытое распределительное устройство; 8 — открытый водосброс с отводящим каналом; 9 — строительные туннели; 10 — верховая и низовая перемычки.
Рисунок 4 — Схема гидроузла Нурекской ГЭС на р. Вахш (по Гриневскому и др., 1990)
Рисунок 5 — Акуловский гидротехнический узел
В рыбоводных хозяйствах гидротехнический узел создается на малых реках для поднятия уровня воды в реке до нужной отметки с целью обеспечения самотечного водоснабжения рыбоводных прудов, забора и подачи воды из водохранилища (головного пруда) в рыбоводные пруды, полного спуска воды из водохранилища, сброса излишка паводковых вод из верхнего в нижний бьеф.
Все сооружения гидроузла связаны между собой, поэтому проектиро вание его начинают с компоновки, которая заключается в выборе створа земляной плотины, мест расположения водозаборных и водосбросных сооружений и увязке основных их отметок (отметки уровней воды в водохранилище, гребня плотины, порога водосбросного сооружения и т. д.).
При проектировании речных гидроузлов, как правило, исходят из условия комплексного использования стока рек для удовлетворения потребностей в воде различных отраслей хозяйства, в том числе нужд энергетики, водоснабжения, ирригации, водного транспорта, рыбного хозяйства и др. В связи с этим в состав гидроузлов наряду с плотиной обычно включают в том или ином сочетании различные специальные гидротехнические сооружения, такие, как гидроэлектростанцию, водозабор, водосброс, судоходный шлюз, рыбозащитное устройство и т. п. Большое число этих сооружений при значительном разнообразии природных условий и требований, предъявляемых к размещению каждого из них, существенно осложняет компоновку гидроузла [19].
При заданном составе сооружений проектируемого гидроузла на их компоновку оказывают существенное влияние такие факторы, как топографические и геологические условия на участке расположения створа, водность реки, напор, условия строительства отдельных сооружений, условия эксплуатация сооружений гидроузла и др.
Топографические условия иа участке расположения створа гидроузла должны обеспечивать минимальную длину фронта напорных сооружений без значительного затопления прилегающих к водохранилищу промышленных и сельскохозяйственных территорий. Рельеф местности должен позволять осуществление строительства необходимой сети автомобильных дорог. Геологическое строение основания и берегов должно быть благоприятным в отношении как несущей способности пород, так и их фильтрационных свойств. Для размещения бетонных и каменнонабросных подпорных сооружений следует отдавать предпочтение скальному основанию.
Рациональная компоновка гидроузла должна обеспечивать: компактное расположение бетонных сооружений во избежание большого числа их сопряжений с грунтовыми сооружениями; концентрацию бетонного хозяйства; надежные пропуск строительных расходов воды в течение всего периода строительства; максимальное использование местных строительных материалов без нарушения окружающей природной среды; возможность возведения гидроузла в кратчайшие сроки с минимальными затратами дефицитных строительных материалов и максимальным использованием совершенных методов возведения и совершенного оборудования; доступность сооружений для подвоза строительных материалов н оборудования.
При компоновке гидроузла стремятся к тому, чтобы он был компактным, а все сооружения могли наилучшим образом выполнять свои функции в пе риод эксплуатации и допускали возможность их ввода во временную эксплуатацию при неполном напоре. Необходимо создание в верхнем н нижнем бьефах благоприятного гидравлического режима, особенно при пропуске через сооружение паводковых вод и льда. Направления и значения скоростей течения должны обеспечивать плавный подход воды к во допропускным сооружениям и исключать как размыв берегов в зоне расположения сооружений, так и отложение наносов с их верховой стороны. Все сооружения гидроузла должны быть связаны автомобильными дорогами и доступны для выполнения ремонтных работ [15, 16].
При компоновке всех гидроузлов и особенно гидроузлов комплексного назначения наряду с указанными выше факторами следует учитывать: современное и перспективное размещение потребителей энергии и воды для орошения и водоснабжения; возможное развитие гидроузла в будущем — повышение напора, строительство судоходного шлюза или судоподъемника, строительство нового водозабора и т. п.; обеспечение надежной транспортной связи с внешними магистральными дорогами; использование сооружений гидроузла в качестве мостового перехода для транзитного автомобильного и железнодорожного транспорта.
Проектируемые гидроузлы в зависимости от природных условий н создаваемых ими напоров подразделяют на безнапорные, низконапорные (напор до 10 м), средненапорные (напор от 10 до 50 м) и высоконапорные (напор 50 м и более).
К безнапорным гидроузлам относят бесплотинные поверхностные водозаборы, осуществляющие в основном самотечный отбор воды из реки в канал при бытовых уровнях в реке. Эти водозаборы устраивают главным образом для целей ирригации, обводнения, промышленного и питьевого водоснабжения.
По условиям отбора воды из реки в магистральный канал водозаборы делят на два типа: нерегулируемые и регулируемые. В нерегулируемых водозаборах забираемый расход определяется уровнями реки. В регулируемых водозаборах подачу воды в канал осуществляют с помощью регулятора или насосной станции, позволяющих подавать требуемый расход воды при любом уровне воды в реке.
Местоположение и компоновка безнапорных гидроузлов, а также тип водозаборов определяются рядом факторов; условиями и величиной отбора воды из реки; топографическими, геологическими и гидрологическими условиями используемого участка реки; климатическими условиями района и др.
Низконапорные гидроузлы строят на равнинных и горных реках для подъема уровня воды в целях обеспечения судоходства, лесосплава, отбора воды на ирригацию и водоснабжение, а также в энергетических целях, в том числе при сооружении деривационных гидроэлектростанций.
В зависимости от характера реки и назначения гидроузлов в их состав кроме плотины могут входить судоходные шлюзы, водозаборные и лесосплавные сооружения, здания гидроэлектростанций и рыбопропускные устройства.
Особенностью низконапорных гидроузлов является их расположение в большинстве случаев в пределах русла реки и пониженной части ее поймы. Средненапорные гидроузлы строят либо на равнинных многоводных реках с широкой поймой, сложенных, как правило, нескальными грунтами, либо на горных и предгорных реках с неширокими поймами, протекающих в полускальных или скальных породах.
Основное назначение данных гидроузлов — энергетическое, но обычно они используются также для целей судоходства, ирригации, промышленного и питьевого водоснабжения. Почти на всех гидроузлах имеются судоходные сооружения.
В состав сооружений гидроузла входят бетонная или железобетонная водосливная плотина, здание гидроэлектростанции, судоходные шлюзы, плотина из грунтовых материалов.
При строительстве гидроузлов среднего напора на равнинных реках применяют три основные схемы компоновки: русловую, пойменную и полупойменную. При применении русловой схемы компоновки водосливную плотину и здание гидроэлектростанции располагают в русле реки, а поименные участки створа перекрывают земляной плотиной. При пойменной схеме водосливную плотину и здание гидроэлектростанции располагают в пойме, а русло и другие участки поймы перекрывают плотиной из грунтовых материалов. Полупойменная схема компоновки отличается меньшей врезкой бетонных сооружений в берег, так как часть их располагают в русле.
Высоконапорные гидроузлы по характеру использования сооружений и их компоновке могут быть двух типов [11]:
1) на горных реках в глубоких относительно узких ущельях в условиях скальных оснований и берегов при сравнительно небольших максимальных расходах воды (до 4—6 тыс. м3/с);
2) на предгорных и равнинных многоводных реках с максимальными расходами воды 10—20 тыс. м3/с и более в условиях скальных оснований. В состав сооружений высоконапорных гидроузлов входят высокая плотина; водосбросы, обеспечивающие пропуск строительных и эксплуатационных расходов воды; здание гидроэлектростанции с водозабором и отводящими устройствами; ирригационные водозаборы. Иногда в узлах второго типа устраивают судоподъемники и судоходные шлюзы, а также устройства для пропуска леса.
Источник: biblio.arktikfish.com
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве основные термины и определения в области гидротехники.
1.2. Термины и определения, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, технической и справочной литературе.
Введение
Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Для отдельных терминов приведены в качестве справочных их краткие формы, которые разрешается применять, когда исключена возможность их различного толкования.
Термины, содержащие в себе признаки, необходимые и достаточные для определения выражаемого ими понятия, приведены в стандарте без определений.
1.5. Стандартизированные термины набраны полужирным шрифтом; их краткие формы, в том числе представленные аббревиатурой, — светлым.
2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты и нормы:
ГОСТ 19179-73. Гидрология суши. Термины и определения.
ГОСТ 19431-84. Энергетика и электрификация. Термины и определения.
СНиП 33-01-2003. Гидроэнергетические сооружения. Основные положения.
СО 34.21.307-2005. Безопасность гидротехнических сооружений. Основные понятия. Термины и определения.
3. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
3.1. Общие понятия
3.1.1 гидротехника: Отрасль науки и техники, решающая задачи использования, охраны водных ресурсов и борьбы с вредным воздействием вод при помощи инженерных сооружений и мероприятий.
3.1.2 гидротехническое сооружение, гидросооружение — по СНиП 33-01-2003 : Сооружение, подвергающееся воздействию водной среды, предназначенное для использования и охраны водных ресурсов, предотвращения вредного воздействия вод, в том числе загрязненных жидкими отходами.
Примечание . При статических расчетах допустимо принимать действующий напор на сооружении равным разности отметок верхнего и нижнего бьефов.
3.1.21 подтопление: Повышение на участке территории уровня подземных вод, приводящее к нарушению хозяйственной деятельности, деградации земель, изменению условий произрастания растений и обитания животных.
Источник: gostrf.com