Назначение гидротехнических сооружений. Характеристика и виды гидротехнических сооружений. Общие сведения о гидротехнике

Вода – это источник жизни. Но несмотря на то что испокон веков поселенцы селились возле рек и озер, они не переставали опасаться силы потока. Наводнения, половодья, изменения русла и другие природные напасти могут за один раз изменить всю привычную жизнь. Чтобы «одомашнить» воду необходимо строить плотины и другие заградительные конструкции. В этой статье мы расскажем про гидротехнические сооружения – что это такое и что относится к таким объектам.

Для чего устанавливают гидросооружения

Ответить на этот вопрос поможет СП 58.13330.2012 и СНиП 33-01-2003 – это основные документы, которые регламентируют все проектные и строительные работы. В разделе «Термины» свода правил есть указание на то, что такое водные конструкции. Они могут принадлежать к разным группам, в зависимости от чего будут помогать исполнять одну из следующих целей:

• Охрана водных ресурсов от негативного воздействия людей и их жизнедеятельности.
• Предотвращение влияния загрязненных вод на окружающую среду.
• Защита от разрушений берегов.
• Хранение жидких отходов после производства или сельского хозяйства.
• Для причаливания судов и купания населения.
• Сообщение с производством – подача воды из водоема и сброс использованной жидкости.

Таких целей множество. Фактически любое сооружение, которое находится частично или полностью на водном ресурсе естественного или искусственного заглубления, считается гидросооружением. Чаще всего, когда используется, например, речная вода на производстве, то комплексы мер и задач не сходятся на одной, производственной. Также обязательными являются охранительные функции гидротехники, которые компенсируют вред, нанесенный водоему.

Из-за обилия конструкций, которые можно отнести к этой категории, трудно дать четкую классификацию всех построек. Мы выделим основные черты, а затем приведем примеры проектов гидротехнических сооружений.

Проектирование построек невозможно без качественного софта. Компания «ЗВСОФТ» предлагает многофункциональный САПР . Его возможности также можно расширить, если установить модули – и . Эти программные продукты позволяют автоматизировать процесс создания проекта и сопутствующей документации.

Временная и постоянная гидротехника

Среди тех гидросооружений, которые работают круглосуточно, выделяют основные и второстепенные объекты. К первым относятся все конструкции, поломка которых повлечет за собой сбой работы крупных предприятий. Это может быть привязка водопровода, оросительной системы, перекрытие судоходной реки без такого рода дамб, и прочее.

Второй сорт построек обычно не влияет на производство или иной процесс, а только его регулируют. Однако из-за поломки не произойдет полной остановки работы.

Кроме перечисленных, есть временные гидроузлы. Это техника, которая устанавливается на определенный период, например, на время проведения ремонтных работ на основном гидросооружении.

Разновидности гидротехнических сооружений в зависимости от взаимодействия с водным ресурсом

Большинство конструкций представляет собой преграду, которая делает уровень между двумя водными потоками различным. Перепад обеспечивает силу напора, а участок между двумя дамбами может использоваться как водохранилище. Рассмотрим классификацию по признаку обращения с рекой.

Водоподпорные

Такие заграждения выстраиваются наперекор руслу. Они предназначены для того, чтобы перегородить течение, за счет чего добиться искусственного перепада уровней. Это несоответствие объему воды и нормальному течению приводит к появлению напора. Таким механизмом пользуются станции, которые используют гидротехническое сооружение как объект энергетики. Сила воды в напоре преобразуется в энергию.

Еще одна функция водоподпорной конструкции – создавать искусственные затоны, водохранилища. Нижним и верхним бьефом называются две точки с максимальной разницей в уровнях. Такие постройки обеспечивают контроль за климатическими изменениями, которые могут нарушить инфраструктуру целого города, если произойдет затопление. Поэтому такие дамбы считаются самыми опасными в случае неправильного проектирования или строительства, дальнейшего обслуживания.

Они же являются самыми необходимыми. Такая искусственная преграда дает возможность строить дома вдоль русла реки, не опасаясь наводнений и прочих напастей.

Водозаборные

Из названия уже понятно, что функция таких конструкций – руководить потоком. Не только забирать кубометры воды, но и перемещать их по определенным территориям, запуская в шлюзы и отводя от определенного русла. Такая система используется в судоходстве, когда нужно поставить на мель или, напротив, вывести из порта загруженное судно.

Небольшие водозаборы регулируют и выводят излишки жидкости из водохранилищ и других искусственных водных систем. Это небольшие клапаны, которые имеют отверстия в ниже располагающиеся стоки.

Кроме того, основное назначение водозаборных гидросооружений – поставлять необходимые объемы прохладной речной влаги на заводы и крупные предприятия. Кубометры необходимы для охлаждения, фильтрации или иных функций. Ряд производств производит вторичную фильтрацию и выводит жидкость обратно в водоканал. Для иных целей требуется только расход, например, для орошения. Полив крупных сельскохозяйственных угодий требует больших запасов воды. Вместе с тем осуществляется еще одна функция – очистка от льдов, мусора и иных примесей. На таких заборных пунктах устанавливается более крупная или мелкая фильтрация, которая убирает ненужные элементы.

Водозабор может осуществляться:

• с поверхности реки или озера – это легко в проектировании гидросооружения, но часто бывает неэффективно из-за поверхностных загрязнений, которые требуют более тщательной очистки;
• с глубины – уровень забора проходит значительно ниже поверхности, это труднее в строительстве, но это снимает необходимость строить защиту от наледи, а также гарантирует, что подача влаги будет осуществляться даже в засушливые периоды, когда уровень воды сильно падает;
• со дна – это самый устойчивый и монументальный вариант, который долго прослужит, но его особенность в мощности конструкции (сопротивление давлению водной массы) и глубокой фильтрации от ила; а также становится более затруднительным проводить ремонтные работы и техническое обслуживание.

Крупные предприятия чаще всего делают разноуровневый водозабор. Так трубы с насосами устанавливаются на разных расстояниях, что дает постоянный напор.

По способу забора также есть различные конфигурации систем:

• Береговые. Они монтируются на крутом, обрывистом берегу с выносом передней стенки на землю. Крупные, массивные железобетонные полукольца делают обрыв пригодным для эксплуатации. Из бетонной стены выходят на определенном уровне трубы, которые предназначены для откачки жидкости.
• Русловые. Это также системы, которые находятся на берегу реки, но в отличие от предыдущих они менее монументальные и затратные, не требуют таких крупных сооружений. Они располагаются на пологих берегах, а оголовок выносится в русло.
• Плавучие. Такие островки находятся на баржах. На них вмонтированы насосы, они качают воду с поверхности и отправляют ее по трубопроводу на берег.
• Ковшовые. В такой конструкции есть ковш, то есть крупный резервуар на большое количество литров, который опускается и поднимается. При этом переливается влага.

Все их можно совмещать с насосным оборудованием, подводить к ним водопроводы.

Регуляционные или выправительные конструкции

Их предназначают для искусственного вмешательства в направление течения реки, то есть они меняют русло. Строения называют струенаправляющими. Они возводятся в несколько этапов – регулируются берега, ширина реки, затем, при необходимости, глубина. Этого можно достичь путем выстилания дна на определенном участке. Ограничители и струенаправители формируют поток и его скорость в уже подготовленных рамках. Так поддерживается оптимальный уровень фарватера, водоем не выходит из своего места, а ближайшее производство может воспользоваться водным ресурсом.

Для строительства водозаборных конструкций или дамб, которые обеспечивают направленный поток высокой мощности, иногда требуется правильно подвести русло. Для этого по предыдущей схеме обустраиваются берега и дно.

По мощности различают регуляционные конструкции двух типов:

• постоянные – многоярусные установки по полному выправлению русла, кривизны и скорости потока;
• временные – более легкие устройства, которые скорее помогают реке найти более оптимальный изгиб, чем меняют ее.

Первые состоят из крупных дамб, плотин, запруд, валов. В случае необходимости могут также подключить насосную станцию. Такой комплексный подход практически полностью дает взять контроль над стихией в человеческие руки.

Вторые же – это легкие насыпи, укрепления берегов. Такие меры скорее предохраняют от неправильного течения, немного изменяют направление.

Оросительные системы

Среди водозаборных отдельно стоят конструкции ирригационные. Расчет гидротехнического сооружения по орошению определенных участков делается еще на период решения о расположении водоема, так как для этих целей часто искусственно выкапываются пруды, а также делаются запруды из русла ближайшей реки. Если гидросооружение располагается на естественном водном ресурсе, то различают два типа:

• бесплотинные – когда для отвода воды выбирается оптимальный изгиб, чтобы течение не мутило жидкость;
• плотинные – строится специальная дамба, которая направляет русло и перекрывает его, образуя напор.

Водопропускные системы

Это конструкции, которые освобождают замкнутые водохранилища от излишков дождевых осадков. Когда их становится слишком много, то жидкость перетекает через гребень линейного сооружения. При достижении более обширного спектра целей могут быть налажены автоматизированные процессы – открытие и закрытие клапана водосброса.

ГТС специального назначения

Среди них:

• рыболовные;
• гидроэнергетические;
• судоходные;
• мелиоративные;
• отстойники для жидких отходов.

Общие нормы и основные положения проектирования и строительства гидротехнических сооружений (ГТС)

Все требования представлены в документах:

• СП 58.13330.2012;
• СНиП 33-01-2003.

Они обеспечивают безопасность и техническое регулирование построек. Основаниями являются законопроекты N 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений», N 184-ФЗ «О техническом регулировании» и N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Также ссылки осуществляются на правила и ГОСТы по строительству:

• СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах»;
• СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»;
• СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы»;
• СНиП 2.06.07-87 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения»;
• СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территорий от затопления и подтопления»;
• ГОСТ 19185-73 «Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения»;
• ГОСТ 26775-97 «Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях» и другие.

Основные положения проектирования ГТС

При составлении проекта нужно учитывать:

• схему градостроительства и инженерной застройки;
• технические показатели сооружения в зависимости от назначения;
• результаты проектных изысканий: геологических, экологических, сейсмических, гидрологических, метеорологических и других;
• возможность проведения тех или иных методов работ, строительства в определенных условиях;
• влияние на окружающую среду и население, уровень загрязнения вод и прочее;
• интенсивность эксплуатации;
• материалы для строительства – железобетон, трубы и пр.;
• необходимость использования насосного оборудования, а значит, подведение электричества.

Так как количество разновидностей ГТС очень большое, то нельзя выделить типовой проект и привести условия его разработки. Все проектные решения будут применяться в зависимости от задач, целей и назначения.

– помогает в прокладке трубопровода, позволяет учитывать на чертеже все пересечения, колодцы и сечения труб.

– автоматизирует изыскательные работы, в том числе гидрологические при вертикальной планировке на стадии генерального плана. Помогает создавать схемы и проектную документацию в соответствии с нормативами.

Проектируйте легче и быстрее вместе с многофункциональными программами от «ЗВСОФТ».

Рис. 5.1. Размещение водоподпорных гидротехнических сооружений по территории Российской Федерации

Состав водохозяйственного комплекса России

В составе водохозяйственного комплекса Российской Федерации находится свыше 65 тысяч гидротехнических сооружений (ГТС), значительную часть которых составляют водонапорные сооружения малых и средних водохранилищ и 37 крупных водохозяйственных систем, используемых для межбассейнового перераспределения стока рек из районов с избытком речного стока в районы с их дефицитом. Суммарная протяженность каналов переброски более 3 тыс. км, объем перебрасываемого стока около 17 млрд. куб. м.

Для регулирования речного стока построено около 30 тысяч водохранилищ и прудов общей вместимостью более 800 млрд. куб. м, в том числе 2290 водохранилищ с объемом свыше 1 млн. куб. м каждое, из них 110 – крупнейших с объемом свыше 100 млн. куб. м каждое. Для защиты поселений, объектов экономики и сельскохозяйственных угодий построено свыше 10 тыс. км защитных водооградительных дамб и валов.

Распределение наиболее значимых ГТС (комплексов) по федеральным округам и субъектам федерации представлено в табл. 5.1 .

Таблица 5.1

Перечень гидротехнических сооружений, в т.ч. бесхозяйных, по субъектам
Российской Федерации

Субъект Российской Федерации	Количество ГТС	В т.ч. бесхозяйные ГТС
В целом по России
Центральный ФО
Московская обл.
Белгородская обл.
Брянская обл.
Владимирская обл.
Воронежская обл.
Ивановская обл.
Калужская обл.
Костромская обл.
Курская обл.
Липецкая обл.
Орловская обл.
Рязанская обл.
Смоленская обл.
Тамбовская обл.
Тверская обл.
Тульская обл.
Ярославская обл.
Северо-Западный ФО
Вологодская область
Республика Карелия
Мурманская область
Архангельская область
Ненецкий автономный округ
Республика Коми
Псковская область
Новгородская область

Калининградская область
Ленинградская область и г. Санкт-Петербург
Южный ФО
Ростовская область
Волгоградская область
Республика Калмыкия
Астраханская область
Краснодарский край
Республика Адыгея
Ставропольский край
Кабардино-Балкарская Республика
Карачаево-Черкесская Республика
Республика Северная Осетия-Алания
Республика Дагестан
Республика Ингушетия
Чеченская Республика
Приволжский ФО
Кировская область
Нижегородская область
Пензенская область
Ульяновская область
Республика Марий Эл
Республика Мордовия
Республика Татарстан
Удмуртская Республика
Чувашская Республика
Саратовская область
Самарская область
Оренбургская область
Пермский край
Республика Башкортостан
Уральский ФО
Свердловская обл.
Курганская обл.
Тюменская обл.
ХМАО-Югра
Челябинская обл.
Сибирский ФО
Новосибирская обл.
Кемеровская обл.
Омская обл.
Томская обл.
Красноярский край

Республика Тыва
Республика Хакасия
Иркутская обл.
Забайкальский край
Республика Бурятия
Алтайский край
г. Норильск
Республика Алтай
Дальневосточный ФО
Сахалинская область
Еврейская АО
Камчатский край
Республика Саха (Якутия)
Приморский край
Чукотский АО
Хабаровский край
Амурская область
Магаданская область

Все гидротехнические сооружения и системы различаются по назначению, ведомственной принадлежности, формам собственности и техническому состоянию.

В государственной собственности находится немногим более 3% водохранилищ емкостью менее 1 млн. куб. м, около 8% водохранилищ объемом более 1 млн. куб. м и свыше 25% накопителей жидких отходов.

Наибольшую потенциальную опасность представляют плотины гидроэлектростанций с напорами от 20 до 250 м, большая часть которых введена в эксплуатацию свыше 35 лет назад. Абсолютное большинство водоподпорных ГТС представлены плотинами малых и средних водохранилищ, многие из которых эксплуатируются без реконструкции и ремонта и являются объектами повышенной опасности.

Размещение водоподпорных гидротехнических сооружений по территории Российской Федерации приведено на рис. 5.1.

Распределение различного вида гидротехнических сооружений приведено на рис. 5.2.

В ведении Минсельхоза России в состав мелиоративно-водохозяйственного комплекса федеральной собственности входит более 60 тысяч различных гидротехнических сооружений, в том числе – 232 водохранилища,2,2 тысячи - регулирующих гидроузлов, 1,8 тысячи – подающих и откачивающих воду стационарных насосных станций, более 50 тыс. км – водопроводящих и сбросных каналов, 5,3 тыс. км – трубопроводов, 3,3 тыс. км – защитных валов и дамб, объекты производственных баз с общей балансовой стоимостью 87,0 млрд. рублей.

Наибольшего внимания требует осуществление мер по предупреждению аварий сооружений на водохранилищах, из которых 44 являются крупными (емкостью более 10 млн. м) и 155 средними (от 1 до 10 млн. м).

Значительная часть этих сооружений была построена в 60–70 годы минувшего столетия. Так, до 1970 г. было построено 24 гидросооружения, образующих крупные водохранилища (54% от наличия), с 1970 по 1980 г. – 7, и после 1980 г. – 13 гидросооружений.

Из 155 гидросооружений, образующих средние водохранилища, до 1970 г. введено в эксплуатацию 14 сооружений, с 1970 по 1980 г. – 45, с 1981 по 1990 г. – 93, и после 1990 г. – 3 сооружения.

Рис. 5.2. Распределение ГТС по видам в Российской Федерации, в % к итогу

В ведении Минсельхоза России находится немало гидротехнических сооружений, не относящихся к мелиоративному комплексу.

Из. 232 гидротехнических сооружений, подлежащих декларированию, к первому классу капитальности относится 1, ко второму – 18, к третьему – 44, к четвертому – 169 ГТС.

Водохозяйственные системы, находящиеся в ведении Минсельхоза России, служат для решения следующих основных задач:

1) регулирование водно-воздушного и теплового режимов в корнеобитаемом слое почв для получения высоких и качественных урожаев сельскохозяйственных культур;

2) осуществление обводнения территорий;

З) обеспечение подачи воды для водоснабжения сельского населения и производственных нужд;

4) защита населения, объектов экономики, а также земель сельскохозяйственного назначения от вредного воздействия вод;

5) межрегиональное распределение водных ресурсов в южных регионах страны. Особое значение имеют находящиеся в ведении Минсельхоза России

гидротехнические сооружения комплексного назначения, предназначенные для защиты от затопления и подтопления населенных пунктов, объектов экономики, рыборазведения, выработки электроэнергии. Среди них зона инженерной защиты Костромской низины в Некрасовском районе Ярославской области, инженерная защита Озеро-Руткинской сельхознизины в Республике Марий Эл, защитные сооружения на реках Неман и Матросовка в Калининградской области, берегоукрепительные, регулирующие и защитные сооружения на горных реках в Республике Северная Осетия-Алания и в Карачаево-Черкесской Республике, на р.Кума в Ставропольском крае, государственные водные тракты зоны Западно-подстепных ильменей в Астраханской области.

В Северо-Кавказском регионе функционирует находящийся в ведении Минсельхоза России комплекс гидросооружений на реках Кубань, Терек, Кума, Баксан. В состав комплекса входит первая очередь Большого Ставропольского канала, Терско-Кумский канал, КумоМанычский канал, система магистральных каналов межреспубликанского водораспределения.

Большой Ставропольский канал с пропускной способностью 180 куб. м воды в секунду обеспечивает подачу воды на орошаемые земли Карачаево-Черкесской Республики и Ставропольского края на площади более 100 тыс.гектаров. на обводнение

2,6 млн.гектаров засушливых территорий, на водоснабжение городов Усть-Джегута, Черкесск, а также городов-курортов Кавказских Минеральных вод, Невинномысского промышленно-энергетического комплекса, Буденовского завода пластмасс и пяти районов Ставропольского края. На водотоке канала действуют четыре гидроэлектростанции с выработкой 1,2 млрд.квт.часов электроэнергии в год.

По Терско-Кумскому магистральному каналу пропускной способностью 100 куб.м в секунду подается вода из р.Терек на орошение земель а республиках Северная Осетия, Ингушетия, Ставропольском крае на площади 86 тыс.гектаров и обводненние 580 тыс.га засушливых территорий. Кроме того, обеспечивается выработка 2,6 млн.кВт.часов в год электроэнергии гидростанцией, построенной на Павлодольской плотине.

По Кумо-Манычскому магистральному каналу пропускной способностью 60 куб.м в секунду осуществляется подача воды из реки Кумы на орошение 58 тыс.гектаров орошаемых земель в Ставропольском крае и Республике Калмыкия, а также переброска водных ресурсов из бассейна р.Терек в Чограйское водохранилище для обеспечения устойчивого водоснабжения г.Элиста и обводнения земель.

Через систему межреспубликанских магистральных каналов из рек Баксан, Малка, Терек производится подача воды на нужды орошения и обводнения на территории Кабардино-Балкарской Республики, Ставропольского края, Чеченской Республики и Республики Северная Осетия-Алания.

Тиховский гидроузел в Краснодарском крае (расчетный расход 1300 мЗ/ сек) обеспечивает самотечный водозабор на Петровско-Анастасиевскую рисовую оросительную систему площадью более 40,0 тыс.га, а также автономное шлюзование судов и пропуск рыбы в реки Кубань и Протока.

Межрегиональное водораспределение водных ресурсов также обеспечивается через водные тракты Сарпинской оросительно-обводнительной системы Волгоградской области, Верхнее-Сальской оросительно-обводнительной системы Ростовской области, Родниковской и Лево-Егорлыкской оросительных систем Ставропольского края.

По водным трактам Палласовской оросительной системы Волгоградской области вода подается в Республику Казахстан.

Значительная часть гидротехнических сооружений, находящихся в оперативном управлении Минсельхоза России была построена в 60-70 годы минувшего столетия.

По данным проведенной инвентаризации водохозяйственных объектов в АПК в настоящее время подлежат реконструкции и восстановлению сооружения 72 водохранилищ, 240 регулирующих гидроузлов и 1,2 тыс.км защитных дамб и валов, имеющих износ основных фондов более 50 процентов.

На их реконструкцию требуется около 48 млрд.рублей, в том числе в Южном федеральном округе - 25 млрд.рублей.

По федеральной целевой программе (ФЦП) «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы и на период до 2012 года» выполнено работ капиатального характера, в т.ч. по реконструкции гидротехнических сооружений на сумму: 2006 г. - 3,1 млрд. рублей, 2007 г. - 3,5 млрд. руб., 2008 г. - 5,1 млрд. руб., 2009 г. - 4,9 млрд. рублей.

А для проведения в необходимых объемах работ на требуемых реконструкции гидротехнических сооружениях дефицит финансовых средств составляет около 36 млрд. рублей.

В целях обеспечения безопасности эксплуатации гидротехнических сооружений их реконструкцию необходимо осуществить в ближайшие 10 лет, что потребует выделение ежегодно на эти цели финансовых средств в сумме 4 млрд.рублей при уровне фактического финансирования 1,5 - 2 млрд.рублей.

Важнейшим фактором сохранения (повышения надежности гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации) является проведение в требуемых объемах профилактических мероприятий. Ежегодная потребность затрат на текущие ремонты сооружений составляет около 2 млрд.рублей при фактическом выделении бюджетных средств на эти цели около 0,8 млрд.рублей.

В связи с продолжительной эксплуатацией и недостаточными объемами проводимых ремонтно-восстановительных работ происходит разрушение основных конструкций сооружений, заиление водохранилищ, и создается высокая вероятность чрезвычайных ситуаций, особенно при прохождении весенних половодий и паводков.

В зонах риска только крупных водохранилищ (емкостью более 10 млн.куб.м), расположено около 370 населенных пунктов с численностью населения до 1 млн.человек, а также находятся многочисленные объекты экономики.

Непредсказуемые социально-экономические последствия могут повлечь аварийные ситуации и на других гидросооружениях. Так, аварии на сооружениях Большого Ставропольского канала приведут к прекращению хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения пяти районов Ставропольского края, городов УстьДжегута, Черкесск, городов-курортов Кавказских Минеральных вод, Невинномысского промышленно-энергетического комплекса, Буденовского завода пластмасс.

В ведении Минтранса России находятся судоходные гидротехнические сооружения (СГТС), расположенные на внутренних водных путях,в составе 113 гидроузлов, включающих в себя 313 гидросооружений, находящихся в федеральной собственности. Все СГТС эксплуатируются государственными бассейновыми управлениями водных путей и судоходства и ФГУП «Канал им.Москвы» Федерального агентства морского и речного транспорта (Росморречфлот). Структура основных судоходных ГТС приведены на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Структура судоходных ГТС, в % от общего количества

Судоходные ГТС, входящие в состав комплексных энергетических гидроузлов, отнесены к I классу сооружений, остальные к II – IV классам. 106 судоходных гидротехнических сооружений, включенных в отраслевой Регистр, отнесены к категории критически важных объектов, подлежащих круглосуточной охране.

В ведении Федерального агентства водных ресурсов Минприроды России находятся 138 гидротехнических сооружений федеральной собственности. По классу капитальности распределение ГТС следующее: первого класса2, второго класса – 18, третьего – 64, четвертого-49 и по пяти ГТС класс капитальности не определен.

Состояние ГТС по уровню безопасности распределяется следующим образом: в нормальном состоянии находятся 85 ГТС, в пониженном –47 , неудовлетворительном – 4, в опасном – 1.

В рамках выполнения задачи по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений Росводресурсами было профинансировано выполнение работ на сумму 3,28 млрд. руб. Работы по реконструкции, капитальному и текущему ремонту завершены по 228 объектам, в т.ч. 73 - подведомственным Росводресурсами, 22 - сосбственности субъектов Российской Федерации, 113 - муниципальной собственности, 20 - бесхозяйных ГТС.

Надзор за безопасностью гидротехнических сооружений в России

В соответствии с действующим законодательством на собственников гидротехнических сооружений и эксплуатирующие организации возложены обязанности по обеспечению соблюдения норм и правил безопасности гидротехнических сооружений при их строительстве, вводе в эксплуатацию, эксплуатации, ремонте, реконструкции, консервации, выводе из эксплуатации и ликвидации, разработке и реализации мер по обеспечению технически исправного состояния гидротехнических сооружений и другие. Собственники гидротехнических сооружений и эксплуатирующие организации несут ответственность за безопасность гидротехнических сооружений.

Контроль и надзор за соблюдением собственниками гидротехнических сооружений и эксплуатирующими их организациями норм и правил безопасности ГТС в соответствии с действующими нормативными актами в 2009 г. осуществляют Ростехнадзор и Ространснадзор.

Ведение Российского регистра гидротехнических сооружений выполняется в соответствии с административным регламентом исполнения государственной функции по государственной регистрации гидротехнических сооружений, утвержденным Приказом Минприроды России и Минтранса России от 27 апреля 2009 г. N 117/66 Росводресурсами, Ростехнадзором и Ространснадзором.

Перечень ГТС, зарегистрированных в базе данных РРГТС содержит информацию непосредственно по комплексам ГТС, включенным в базу данных РРГТС: код регистрации комплекса ГТС; наименование комплекса; собственник сооружений; эксплуатирующая организация; орган надзора за безопасностью ГТС; наличие декларации безопасности ГТС, ее номер и срок действия; сведения о ГТС, входящих в комплекс, включая код отдельных ГТС (если такой существует), наименование ГТС, оценку уровня безопасности ГТС.

В 2009 году в базу данных были включены сведения по 48 гидротехническим сооружениям.

Сведения об уровне безопасности ГТС по субъектам Российской Федерации содержатся в базе данных автоматизированной информационной системы Российского регистра гидротехнических сооружений (АИС РРГТС), обобщенные данные по которым приводятся в приложении «Обобщенные данные РРГТС по субъектам ФО» .

По сведениям ФГУП «Центр Регистра и Кадастра» Росводресурсов обобщенные данные уровня безопасности ГТС по федеральным органам надзора представлены в табл. 5.2 .

Таблица 5.2

Обобщенные данные по органам надзора за безопасностью ГТС
(по данным Центра Регистра и Кадастра Росводресурсов)

Орган надзора	Количество комплексов ГТС внесенных в регистр			Уровень безопасности	количество
Ростехнадзор (энергетика)
				нет данных
	по декларациям			нормальный
	по заявлениям			пониженный
				неудовлетворительный

Орган надзора	Количество комплексов ГТС внесенных в регистр			Уровень безопасности	количество
Ростехнадзор (промышленность)
				нет данных
	по декларациям			нормальный
	по заявлениям			пониженный
				неудовлетворительный
Ростехнадзор
				нет данных
	по декларациям			нормальный
	по заявлениям			пониженный
				неудовлетворительный
Ростехнадзор
				нет данных
	по декларациям			нормальный
	по заявлениям			пониженный
				неудовлетворительный
Ространснадзор
				нет данных
	по декларациям			нормальный
	по заявлениям			пониженный
				неудовлетворительный
				нет данных
	по декларациям			нормальный
	по заявлениям			пониженный
				неудовлетворительный

Деятельность Ростехнадзора по надзору за безопасностью ГТС

Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору осуществляет надзор и контроль за соблюдением собственниками ГТС и эксплуатирующими организациями норм и правил безопасности ГТС предприятий промышленности и энергетики во всех федеральных округах Российской Федерации силами своих территориальных органов. Кроме того, в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 30 ноября 2009 г. №970 Ростехнадзору переданы функции надзора за безопасностью ГТС ранее выполняемые Росприроднадзором Минприроды России.

Сведения об уровне безопасности ГТС поднадзорным Ростехнадзору и внесенных в Российский регистр гидротехнических сооружений представлен в табл. 5.2 и в приложении «Обобщенные данные РРГТС по субъектам РФ» .

Государственный надзор и контроль за безопасностью ГТС осуществлялся 31 территориальным управлением Ростехнадзора в 83 субъектах Российской Федерации, в семи федеральных округах.

Общее количество поднадзорных Ростехнадзору комплексов ГТС промышленности, энергетики и водохозяйственного комплекса составляет 37 250, из них: 748 комплексов ГТС жидких промышленных отходов, в том числе: 336 комплексов ГТС хвостохранилищ и шламохранилищ в горнодобывающей промышленности; 274 комплекса ГТС хранилищ отходов предприятий химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях; 100 комплексов ГТС накопителей отходов металлургической промышленности; 38 комплексов ГТС хранилищ отходов прочих предприятий промышленности; 324 комплекса ГТС топливно-энергетического комплекса, в том числе: ГЭС -113, ГРЭС - 61, ТЭЦ - 138, ГАЭС - 3, АЭС - 9; 36 178 ГТС водохозяйственного комплекса, в том числе: в ведении Минсельхоза России - 281, в ведении Росводресурсов - 310 (рис. 5.4 ).

Рис. 5.4. Общее количество поднадзорных Ростехнадзору комплексов ГТС

В 2009 году инспекторским составом территориальных органов Ростехнадзора проведено 3917 мероприятий по осуществлению государственного контроля и надзора за соблюдением собственниками и эксплуатирующими организациями норм и правил безопасности ГТС в поднадзорных организациях, что в два раза больше, чем в 2008 году (1934).

В то же время, выявлены и предписаны к устранению 17 029 норм и правил безопасности ГТС, что в два раза больше, чем в 2008 году (8562).

Основными нарушениями являются:

отсутствие соответствующей рабочей документации - 3210 случаев (18,9 %);

наличие различных неисправностей, зашламование, снижение пропускной способности водосбросных и водоотводных сооружений - 1716 случаев (10,0 %);

отсутствие разработанных и утвержденных в установленном порядке критериев безопасности ГТС, деклараций безопасности, инструкций и проектов мониторинга безопасности - 3363 случая (19,7 %);

несоответствие проекту и нормативным документам квалификационного уровня службы эксплуатации - 1190 случаев (7,0 %);

отсутствие согласованного плана ликвидации возможных аварий - 1096 случаев (6,7 %);

отсутствие или несоответствие проекту мониторинга безопасности контрольно-измерительной аппаратуры и контрольно-измерительных приборов - 276 случаев (1,6 %).

По результатам проведенных обследований (проверок) ГТС привлечено к дисциплинарной и административной ответственности 663 должностных лица, что на 56 % больше, чем в 2008 году (425), общая сумма штрафов составила 3937 тыс. руб., что на 74 % больше, чем в 2008 году (2258), заслушано 152 руководителя организаций на коллегиях округов и совещаниях в инспекциях, проверено с участием инспекторов знаний требований правил и норм по безопасности гидротехнических сооружений у 765 работников, из них оказались неподготовленными 10 человек.

В территориальных управлениях Ростехнадзора осуществлялись постоянный контроль за подготовкой поднадзорных предприятий и организаций к пропуску весеннего паводка, а также за уровнем в водохранилищах и водоемах водохозяйственного назначения, за расходом воды через створы, а также изменениями уровней в верхнем и нижнем бьефе плотин электростанций, контроль за прохождением паводка на поднадзорных объектах эксплуатирующих ГТС.

При подготовке к пропуску паводка поднадзорным предприятиям и организациям также было рекомендовано руководствоваться анализом эффективности противопаводковых предупредительных мероприятий на контролируемых территориях за прошлых год и рекомендациями по снижению риска чрезвычайных ситуаций, связанных с весенним паводком 2009 года.

Деятельность Ространснадзора по контролю за судоходными гидротехническими сооружениями

В ведении Ространснадзора находится 313 ГТС в составе 115 комплексов. Надзор за судоходными гидротехническими сооружениями (СГТС)состоит из двух основных направлений:

Декларирование безопасности судоходных гидротехнических сооружений;

Проверки соблюдения требований безопасной эксплуатации.

Одним из основных направлений надзорной деятельности по СГТС является комплекс работ связанных с декларированием безопасности гидротехнических сооружений.

В этот комплекс работ входят: утверждение критериев безопасности, участие в работе комиссии по преддекларационному обследованию гидротехнических сооружений, утверждение деклараций безопасности и экспертных заключений, выдача разрешений на эксплуатацию судоходных гидротехнических сооружений, ведение отраслевого раздела Российского регистра гидротехнических сооружений.

На все судоходные гидротехнические сооружения имеются действующие декларации безопасности. В 2009 году проводилась работа по рассмотрению и утверждению деклараций безопасности, по которым срок действия предыдущих деклараций завершался.

За 2009 год рассмотрено и утверждено 34 декларации безопасности судоходных гидротехнических сооружений.

На начало 2009 года аварийных было 12 гидросооружений, предаварийных - 57 гидросооружений. На конец года – аварийных – 6, предаварийных – 53, ограничено работоспособных – 178, работоспособных – 74. В 2009 г. наметилась тенденция к снижению числа аварийных и предаварийных сооружений.

Анализ деклараций безопасности показывает, что помимо объективных причин снижения уровня безопасности, таких как длительный период недофинансирования ремонтных работ, имеются и субъективные причины. К таким причинам относятся:

а) сроки выполнения планируемых мероприятий, направленных на повышение надежности и безопасности, указанные в декларациях безопасности не соблюдаются. Выполнение работ в основном планируется на более поздние сроки;

б) при планировании и выполнении работ, направленных на повышение безопасности гидросооружений, отсутствует комплексный подход, состоящий в устранении всех дефектов, определяющих неудовлетворительный и опасный уровень безопасности гидротехнического сооружения; в результате этого выполнение значительного объема работ на гидротехническом сооружении не приводит к повышению его безопасности;

в) по ряду гидротехнических сооружений не происходит своевременного планирования и выполнения ремонтных работ по устранению имеющихся дефектов, в результате чего дефекты прогрессируют, и состояние и уровень безопасности гидросооружения ухудшается;

г) при планировании работ необоснованно затягивается выполнение работ, которые позволяют повысить безопасность гидротехнического сооружения и при этом не требуют больших финансовых затрат.

Проверки безопасной эксплуатации судоходных гидротехнических сооружений осуществляются инспекторами территориальных управлений морречнадзора. В ходе этих работ проверяется соблюдение эксплуатирующими организациями требований правил технической эксплуатации и инструкций по наблюдениям и исследованиям, осуществление эксплуатирующими организациями мониторинга технического состояния гидросооружений, соответствие гидротехнических сооружений декларациям безопасности. В

2009 году проведено 53 проверки судоходных гидротехнических сооружений, в результате которых выявлено 106 нарушений. Для устранения выявленных нарушений выданы предписания, включающие в себя 100 пунктов.

Произведены проверки всех гидроузлов, в которые входят аварийные и предаварийные гидротехнические сооружения. Всего проверено 181 гидротехническое сооружение, в том числе 70 при участии сотрудников Управления государственного морского и речного надзора. По остальным сооружениям проверки будут проведены в 2010 году. По результатам проверок совместно с Росморречфлотом составлен план необходимых ремонтных работ.

В 2009 году инспекторы территориальных управлений и Управления государственного морского и речного надзора приняли участие в работе 80 комиссий работавших на судоходных гидротехнических сооружениях.

Бесхозяйные гидротехнические сооружения

По состоянию на 2009 г. в ведении Ростехнадзора находится 37250 ГТС, из которых 5791 составляют бесхозяйные ГТС, т.е. ГТС, которые не имеют собственника или собственник которых неизвестен, либо ГТС, от права собственности на которые собственник отказался.

Бесхозяйные ГТС представляют собой преимущественно сельскохозяйственные пруды для мелиоративных и животноводческих комплексов, небольшие дамбы, эксплуатирующиеся для местных нужд и не являющиеся источниками потенциальной опасности. Указанные гидротехнические сооружения были построены ликвидированными или обанкротившимися сегодня сельскохозяйственными организациями для решения местных задач, как правило, без составления проектной – сметной документации. Такие ГТС не были поставлены на учет как недвижимое имущество, сведения о них не вносились в Российский регистр гидротехнических сооружений. В энергетике, промышленности, водном транспорте ГТС, не имеющих собственника, не выявлено.

Большинство бесхозяйных ГТС в соответствии со СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения» относятся к IV классу (6144 ГТС – 99,6 %), 22 ГТС – к III классу, одно сооружение – II класса.

В ходе проведенной инвентаризации Ростехнадзором выявлено 366 потенциально опасных бесхозяйных ГТС, требующих принятия первоочередных мер по приведению их к нормальному уровню безопасности.

По уровню безопасности бесхозяйные ГТС характеризуются следующим образом: 39,4% – нормативный, 43,0% – пониженный, 12,2% – неудовлитворительный, 5,4% – опасный.

Органами государственной власти более чем 40 субъектов Российской Федерации созданы Межведомственные комиссии по вопросам безопасности гидротехнических сооружений, которые обеспечивают координацию действий органов государственной власти субъектов Российской Федерации, территориальных органов федеральных органов исполнительной власти и органов местного самоуправления по вопросам обеспечения безопасности гидротехнических сооружений, в том числе выявлению бесхозяйных гидротехнических сооружений, обеспечению их безопасности, решению вопросов закрепления таких сооружений в собственность.

Проблема бесхозяйных гидротехнических сооружений полностью решена на территории республик: Башкортостан, Татарстан, Ингушетия, Калмыкия, Коми, Чеченской и Кабардино-Балкарской Республик, Ханты-Мансийского автономного округа – Югры, Ямало-Ненецкого автономного округа, Хабаровского края, Липецкой и Мурманской областей.

В остальных субъектах Российской Федерации идет процесс постановки бесхозяйных ГТС на учет и обращения в муниципальную собственность. Из 10 бесхозяйных ГТС, расположенных в Республике Чувашия, 8 находятся в стадии оформления в установленном гражданскимзаконодательствомпорядкевмуниципальнуюсобственность. ВСвердловской области из 46 бесхозяйных ГТС оформлено в муниципальную собственность 31 ГТС. В Московской области в отношении 139 из 543 бесхозяйных ГТС завершается процесс передачи в муниципальную собственность.

Кроме того, за счет субсидий из федерального бюджета Росводресурсами в пределах бюджетных ассигнований осуществляется финансирование капитального ремонта бесхозяйных ГТС, требующих в приоритетном порядке приведения их к нормальному уровню безопасности. В 2009 г. были завершены работы на 20 бесхозяйных ГТС, на которые было израсходовано 111,1 млн. руб. средств федерального бюджета и 14,7 млн. руб. средств субъектов Федерации.

Каналы

Для межбассейнового перераспределения стока, судоходства, орошения и других целей используются искусственные русла-каналы. Крупнейшие из них представлены в табл. 5.3

Таблица 5.3

Крупнейшие судоходные каналы и магистральные каналы оросительных систем Российской Федерации

	Длина, км	Пропускная способность, км/год	Река или бассейн	Год создания	Назначение
Беломоро-Балтийский			Белое море – Онежское оз.		Судоходство
Приладожские каналы			Ладожское оз.		Судоходство
Сайменский			Сайменское оз. – Бал-		Судоходство
Волжско-Северодвин ский			р. Волга – р. Сев. Двина		Судоходство
Волго-Балтийский	361 (Мариинская система)		р. Нева – р. Волга		Судоходство
Канал им. Москвы			р. Москва – р. Волга		Судоходство
Волго-Донской			р. Волга – р. Дон		Судоходство
Волго-Каспийский			дельта Волги – Каспий-		Судоходство
Донской магистральный			реки Дон-Сал-Маныч		Орошение
Большой Ставропольский			р. Кубань		Орошение
Невинномысский			р. Кубань		Комплексное назначение
Терско-Кумский					Комплексное назначение
Ногайское ГУ ЭОС	108 Дельтовый 139 Дзержинский				Орошение
Кумо-Манычский			реки Кума – р. Маныч		Судоходство Орошение
Саратовский			реки Волга – р. Бол. Иргиз

Беломорско-Балтийский канал соединяет Белое море с Онежским озером. Общая длина пути 227 км, из них искусственного – 37 км. Канал берет начало у пос. Повенец на Онежском озере и у г. Беломорска выходит в Белое море. Канал оборудован 19 шлюзами, 15 плотинами, 49 дамбами и 12 водоспусками. Беломорско-Балтийский канал, как и другие каналы Северо-Западного региона, эксплуатируется только в период летней навигации (115 дней).

В состав Беломорско-Балтийского водного пути входят Приладожские каналы, предназначенные для прохода судов в обход Ладожского озера с выходом в р. Свирь. Их общая протяженность составляет 169 км. Первый участок канала начинается у истока р. Невы вблизи г. Петрокрепость и соединяет Неву и Волхов возле г. Новая Ладога. Его протяженность составляет 111 км. Второй участок соединяет Волхов и Сясь и имеет протяженность 11 км (г. Новая Ладога – пос. Сясьские рядки). Третий участок канала находится между реками Сясь и Свирь, его длина 47 км (пос. Сясьские рядки – пос. Свирица).

Канал им. Москвы , соединяющий р. Москву с р. Волгой, имеет общую длину водного пути 128 км, из них 19,5 км проходит по водохранилищам. Канал берет начало на правом берегу р. Волги у г. Дубны – в 8 км выше устья р. Дубны. Здесь создано Иваньковское водохранилище. Трасса канала идет на юг к г. Москве, пересекая возвышенную КлинскоДмитровскую гряду. На трассе канала расположено 9 шлюзов. На волжском склоне – от Иваньковского водохранилища до водораздела (124 м над уровнем моря) – 5 ступеней, на московском склоне – 4 ступени. Кроме Иваньковского в систему входят Химкинское, Клязьминское, Пяловское, Учинское, Пестовское и Икшинское водохранилища. На трассе канала находятся 8 ГЭС и Иваньковская ТЭС. Канал решил проблему водоснабжения г. Москвы и обеспечил водный путь из Балтийского в Каспийское и Чёрное моря.

Волго-Каспийский канал . Общая длина канала составляет 210 км. Он начинается из протоки Бертюль, в 21 км ниже Астрахани, и заканчивается в глубоководной зоне Каспийского моря. Канал обеспечивает в межень судоходство через дельту Волги.

Первые 90 км канала проходят по естественному руслу западного рукава р. Волги – Бахтемиру, а далее он разработан до глубин для судового хода и ограничен от мелководий дельты искусственными песчаными грядами. Это вдольбереговые возвышения, достигающие высоты 1-2, иногда до 3 м над меженным уровнем, или искусственные острова. Ширина островов 150-200 м, длина от 1 до 10 км. Последние 64 км канала не имеют надводных берегов, его борта скрыты под водой на 1-3 м от поверхности.

Гидрологический режим канала определяется Волгоградской ГЭС и вододелителем в дельте Волги. Наибольшая годовая амплитуда уровня воды на р. Волге (г. Астрахань) составляет 4,45 м, а на Волго-Каспийском канале в 137 км ниже Астрахани – 1,14 м. В среднем амплитуда уровней на канале находится в пределах 0,5-0,7 м.

Волго-Донской судоходный канал соединяет Волгу и Дон в месте наибольшего их сближения. Длина водного пути составляет 101 км, из них 45 км – по водохранилищам. Канал берет начало у Сарептского затона Волги (южная часть Волгограда), идет по долине р. Сарпы, далее проходит по водоразделу Волги и Дона, выходит в долину р. Червленой. Трасса пути далее идет через Варваровское, Береславское, Карповское водохранилища и у г. Калач-на-Дону выходит в Дон, т.е. в Цимлянское водохранилище (у Цимлянской ГЭС).

На волжском склоне, на протяжении 20 км,расположено9однокамерныходнониточных шлюзов, обеспечивающих подъем на 88 м, на донском склоне – 4 таких же шлюза со спуском на 44 м. Канал питается донской водой, подаваемой тремя насосными станциями, часть воды используется на орошение. Габариты шлюзов допускают пропуск судов грузоподъемностью 5 тыс. т.

От Волги канал проходит по долине р. Сарпы, затем по Волго-Донскому водоразделу, используя долину рек Червленой и Карповки, выходит к Дону (залив Цимлянского водохранилища) 10 км ниже г. Калача. Продольный профиль его делится на три участка.

Первый – Волжский склон протяженностью 21 км, с девятью шлюзами, второй водораздельный бьеф (Варваровское водохранилище) протяженностью 26 км. Третий проходит по Донскому пологому склону, имеет протяженность 54 км, четыре шлюза и два водохранилища: Береславское и Карповское.

Каждый из 13 шлюзов является ступенькой канала высотой около 10 м. Девятый шлюз расположен на Волго-Донском водоразделе на высоте 88 м над уровнем Волги. На водораздельном участке шлюзов нет. Здесь в долине р. Червленой создано Варваровское водохранилище, занимающее площадь 26,7 км. Чаша его вмещает 124,8 млн. куб. м воды, которой питается весь волжский склон судоходного канала. Из этого водохранилища к югу прорыт канал длиной 42 км, и по нему вода поступает на поля орошения.

Девятый шлюз является первой ступенью «Донской лестницы». За ним находится Береславское водохранилище, которое имеет площадь 15,2 км и вмещает 52,5 млн. м воды. На берегах водоема расположены поля и овощные плантации. Самое большое водохранилище на трассе канала – Карповское, площадь его 42 км, объем воды 154,1 млн. м. За 13-м шлюзом канал выходит в Цимлянское водохранилище.

Большой Ставропольский канал – канал комплексного назначения, обеспечивающий водой четыре ГЭС и группу городов Кавказских Минеральных Вод. Канал забирает воду из р. Кубани в количестве до 180 м/с. Расчетная протяженность канала - 460 км, в настоящее время она составляет 159 км. Глубина наполнения ок. 5 м, ширина по дну 23 м.

Источником питания Терско-Кумского канала является р. Терек. Водозабор обустроен наносоперехватывающим сооружением производительностью до 300 тыс. м3 донных отложений в год (150 дней в течение года). Кроме Терека донором канала служит Терская система.

Расчетный расход канала составляет 100 м/с, протяженность 148,4 км. Канал сдан в эксплуатацию в 1960 г., предназначен для комплексного использования.

Невинномысский канал введен в эксплуатацию в 1948 г., имеет комплексное назначение. Канал забирает воду из р. Кубани, годовой водозабор обеспечивается также попусками из Большого Ставропольского канала. Максимальный расчетный расход составляет 75 м3/с, длина 49,2 км.

Для защиты поселений, объектов экономики и сельскохозяйственных угодий на территории Российской Федерации построено свыше 10 тыс. км защитных водооградительных дамб и валов.

В 2009 г. завершены работы по реконструкции и капитальному и текущему ремонту на 228 ГТС, из них 73 – подведомственных Росводресурсам, 22 – собственности субъектов РФ, 113 – муниципальной собственности, 20 – бесхозяйных.

Вероятный предотвращённый ущерб за счёт объектов, завершённых в 2009 г. составил 17,2 млрд. руб.

Для обеспечения безопасного пропуска паводков 2009 г.:

– проведено предпаводковое обследование паводкоопасных участков русел рек;

– на проблемных участках проведены ледокольные работы и работы по ослаблению прочности льда;

– сформированы бассейновые комплексные планы действий по предупреждению и снижению ущербов от наводнения;

– осуществлено оснащение организаций Росводресурсов техникой и механизмами, а также создание и пополнение аварийного запаса необходимых строительных и горючесмазочных материалов;

– организован информационный обмен с оперативными службами МЧС России, Росгидрометом, Росэнерго, Роспотребнадзором, Россельхознадзором, Росморречфлотом, Ростраснадзором, Росприроднадзором и другими.

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня в нашем мире практически нет ничего невозможного: выстроить гигантский небоскреб - пожалуйста, опуститься на сотни метров под воду - не вопрос. Инженерная мысль и технический прогресс идут гигантскими шагами. Еще в середине прошлого века повернуть реки вспять было необыкновенным решением. Чего уж говорить: на каждом уважающем себя садовом участке или даче все так и норовят сделать свой пруд или «свой», домашний водопад. Всеми этими высокотехнологичными промышленными сооружениями и домашними водяными причудами занимаются специалисты по гидротехническому строительству. Только у каждого масштаб свой: кому ГЭС установить на сибирской реке - обычный вопрос ближайшего десятилетия, а кому - берег реки в городской черте облагородить и сохранить надо.

КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Гидротехническое сооружение - это сооружение, которое используется для водных ресурсов, а также для борьбы с вредным воздействием вод. Примеров таких сооружений - море (и в прямом и в переносном смысле...). Есть очень известные: дамбы рек, причалы, гидроэлектростанции, каналы, порты. Есть и очень специализированные: гидромелиоративные системы (применяются в сельском хозяйстве), судоходные сооружения (речное и морское пароходство), водоводы и отстойники, и многое, многое другое. Одни строятся исходя из принципов развития той или иной отрасли хозяйства, другие - защищают людей от водной стихии.

В зависимости от местоположения, гидротехнические сооружения могут быть морскими, речными, озерными, прудовыми. Различают также наземные и подземные гидротехнические сооружения. В соответствии с обслуживаемыми отраслями водного хозяйства, гидротехнические сооружения бывают: водноэнергетические, мелиоративные, воднотранспортные, лесосплавные, рыбохозяйственные, для водоснабжения и канализации, для использования водных недр, для благоустройства городов, спортивных, эстетических целей.

Различают гидротехнические сооружения - общие, применяемые почти для всех видов использования вод, и - специальные, возводимые для какой-либо одной отрасли водного хозяйства. К общим относятся:

Водоподпорные. Создают напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним. Самые известные примеры: плотины (важнейший и наиболее распространённый тип гидротехнического сооружения), перегораживающие речные русла, и речные долины, поднимающие уровень воды, накапливаемой в верхнем бьефе; дамбы (или валы), отгораживающие прибрежную территорию и предотвращающие её затопление при паводках и половодье на реках, при приливах и штормах на морях и озёрах;

Водопроводящие. Служат для переброски воды в заданные пункты: каналы, гидротехнические туннели, лотки, трубопроводы. Некоторые из них, например каналы, из-за природных условий их расположения, необходимости пересечения путей сообщения и обеспечения безопасности эксплуатации, требуют устройства других гидротехнических сооружений, объединяемых в особую группу сооружений на каналах (акведуки, дюкеры, мосты, паромные переправы, заградит, ворота, водосбросы, шугосбросы и др.);

Регуляционные. Предназначены для изменения и улучшения естественных условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек от размывов, отложения наносов, воздействия льда и др. При регулировании рек используют струенаправляющие устройства (полузапруды, щиты, дамбы и др.), берегоукрепительные сооружения, ледонаправляющие и ледозадерживающие сооружения;

Водозаборные (водоприёмные) сооружения. Их устраивают для забора воды из водоисточника и направления её в водовод. Кроме обеспечения бесперебойного снабжения потребителей водой в нужном количестве и в требуемое время, они защищают водопроводящие сооружения от попадания льда, шуги, наносов и др.;

Водосбросные. Служат для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов. Они могут быть русловыми и береговыми, поверхностными и глубинными, позволяющими частично или полностью опорожнять водоёмы. Для регулирования количества выпускаемой (сбрасываемой) воды водосбросные сооружения снабжают гидротехническими затворами. При небольших сбросах воды применяют также водосбросы-автоматы, автоматически включающиеся при подъёме уровня верхнего бьефа выше заданного. К ним относятся открытые водосливы (без затворов), водосбросы с автоматическими затворами, сифонные водосбросы.

Специальные гидротехнические сооружения:

Сооружения для использования водной энергии здания гидроэлектрических станций, напорные бассейны и др.;

Сооружения водного транспорта - судоходные шлюзы, судоподъёмники, маяки, и др.;

Сооружения по обстановке судового хода - плотоходы, бревноспуски и пр.;

Портовые сооружения - молы, волноломы, пирсы, причалы, доки, эллинги, слипы и др.;

Мелиоративные - магистральные и распределительные каналы, шлюзы-регуляторы на оросительных и осушительных системах;

Рыбохозяйственные - рыбоходы, рыбоподъёмники, рыбоводные пруды и т.п.

В ряде случаев общие и специальные сооружения совмещают в одном комплексе, например водосброс и здание гидроэлектростанции (совмещенная ГЭС) или другие сооружения для выполнения нескольких функций одновременно. При осуществлении водохозяйственных действий, гидротехнические сооружения, объединённые общей целью и располагаемые в одном месте, составляют комплексы - узлы гидротехнических сооружений (гидроузлы). Несколько гидроузлов образуют водохозяйственные системы, например энергетические, транспортные, ирригационные и т.п.

В последнее время появилась третья группа гидротехнических сооружений. Пока их не много (и некоторыми это называется «блажь») - индивидуальное гидротехническое строительство. Это строительство частных «рек», «озер», «прудов» и «водопадов». То есть та же вода, только для настроения, для украшения, как эстетическое оформление водного ландшафта. В прайсах некоторых фирм уже давно появилась такая услуга - «экологическое гидротехническое строительство». Конечно, это в первую очередь касается экологического сохранения естественного русла реки (в городской черте, например), берегов озер и других водоемов вблизи дорог, набережные и т.д. Но ведь и милый искусственный пруд в саду - вопрос немаловажный. Это вмешательство в экосистему пусть небольшого, но кусочка природы. Поэтому-то строительством больших и малых гидротехнических сооружений должны заниматься высококвалифицированные специалисты.

гидротехнический сооружение строительство вода

Гидротехническими сооружениями называются объекты, предназначенные для использования водных ресурсов (рек, озер, морей, грунтовых вод) или предотвращения вредного воздействия воды на окружающую среду (борьба с наводнениями, размывами берегов и пр.). С помощью гидротехнических сооружений осуществляются различные виды водохозяйственной деятельности: создаются водохранилища, регулируются расходы и уровни воды, осуществляется водный транспорт и пр.

Гидротехнические сооружения бывают различного назначения и строятся в разнообразных природных условиях.

По роду водотока или водоема, на котором они построены, гидротехнические сооружения разделяют на речные, морские, озерные или прудовые, внутрисистемные или сетевые (на гидротехнических системах) и подземные.

Сетевые мелиоративные сооружения разделяют на регулирующие (регуляторы или шлюзы-регуляторы, водовыпуски, перегораживающие и сбросные вододелители),
водопроводяшие (дюкеры, трубы, акведуки, ливнепроводы и пр.) и сопрягающие (перепады, быстротоки и пр.).

По условиям взаимодействия с водотоком или водоемом и по характеру выполняемых функций различают гидротехнические сооружения:

Водоподпорные (плотины, дамбы и др.), которые перегораживают водоток или ограждают водохранилище и воспринимают напор воды. Участок водотока (водоема) выше водоподпорного сооружения называется верхним бьефом, ниже - нижним бьефом. Разница уровней воды в верхнем и нижнем бьефе непосредственно около сооружения называется напором на сооружении;

Водопроводяшие (каналы, трубопроводы, гидротехнические туннели, лотки и др.), служащие для подачи воды к местам потребления, например из реки на орошаемые земли;

Водозаборные, служащие для забора воды из водотоков и водоемов;

Водосбросные (водосливы, глубинные водосбросы и пр.) - для сброса излишков воды (паводков) и полезных «попусков» в нижний бьеф, для поддержания необходимых санитарных условий в нижнем бьефе, глубин для судоходства и пр.;

Регуляционные (струенаправляющие дамбы, берегоукрепительные сооружения и пр.), предназначенные для регулирования взаимодействия потока с руслом (борьба с размывами и отложениями наносов), защиты берегов от воздействия волн и течений .

По целевому назначению гидротехнические сооружения разделяют на сооружения общего назначения и специальные. К сооружениям общего назначения относятся водоподпорные, водопроводящие, водосбросные и регуляционные сооружения, используемые для различных отраслей водного хозяйства и предназначенные для обеспечения требуемого подпора и емкости водохранилища, пропуска предполагаемого паводкового расхода и т.п. К специальным относятся сооружения, предназначенные для нужд одной отрасли водного хозяйства. Специальные сооружения бывают: мелиоративные (каналы, насосные станции и др.); водноэнергетические (здания гидростанций, деривационные каналы и туннели, уравнительные резервуары и другие сооружения, предназначенные для использования энергии воды); воднотранспортные (каналы, судоходные шлюзы, причалы, волноломы и пр.); лесосплавные (бревноспуски, лесозадерживающие сооружения и др.); рыбохозяйственные (рыбоходы, рыбоподъемники, рыбоводные пруды и др.); для водоснабжения и водоотведения (водозаборы, насосные станции, каналы, коллекторы, очистные станции и др.); для борьбы с наводнениями, селями, эрозией почвы (защитные дамбы, ливнестоки и др.); для использования грунтовых вод (подземные водозаборы и др.); для создания хвостохранилищ, шламонакопителей (дамбы, трубопроводы и др.).

В ряде случаев применяют совмещенные сооружения, которые одновременно выполняют несколько функций, например совмещенные здания ГЭС (с водосбросными отверстиями), судоходные шлюзы - водосбросы, совмещенные с водозаборами, и др.

По условиям использования речные гидротехнические сооружения разделяются на постоянные, используемые при постоянной эксплуатации, и временные. При этом к временным относятся сооружения, используемые только в период строительства или ремонта постоянных сооружений.

Постоянные гидротехнические сооружения разделяются на основные и второстепенные. К основным относятся гидротехнические сооружения (плотины, дамбы, водосбросы, каналы, туннели, трубопроводы, водозаборные сооружения, здания ГЭС и насосных станций, судоходные шлюзы и судоподъемники, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения и др.), разрушение которых приводит к нарушению нормальной работы электростанций, прекращению или уменьшению подачи воды в оросительные системы, подтоплению осушаемой и затоплению обвалованной территории, прекращению или сокращению судоходства, лесосплава. К второстепенным относятся гидротехнические сооружения (ремонтные затворы, струенаправляющие и раздельные стенки и дамбы, палы судоходных шлюзов, берегоукрепительные и ледозащитные сооружения и др.), разрушение которых не влечет за собой указанных выше последствий .

Постоянные гидротехнические сооружения разделяют на четыре класса (1-4). При установлении класса ГТС учитывают последствия при возможной аварии, их высоту, материал и вид грунта основания.

В зависимости от последствий нарушения эксплуатации ГТС, в соответствии со СНиП (11-50-74. Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования), класс назначают по данным табл. 1.1 .

Таблица 1.1

Определение класса гидротехнических сооружений в зависимости
от последствий нарушения их эксплуатации

Объект гидротехнического строительства и его показатель	Класс сооружения
	основные	второстепенные
Гидротехнические сооружения гидравлических, гидроаккумулирующих и тепловых электростанций мощностью, млн. кВт: 1,5 и более
Гидротехнические сооружения атомных электростанций мощностью, тыс. кВт: 500 и более 100 и менее
Гидротехнические сооружения на внутренних водных путях: сверхмагистральных магистральных и местного значения местного значения на малых реках
Сооружения речных портов с навигационным грузооборотом, тыс. усл. т:
Речные гидроузлы и магистральные каналы оросительных систем при площади орошения более 400 тыс. га
Речные гидроузлы и магистральные каналы мелиоративных систем при площади орошения и осушения, тыс. га

Примечания:

1. Внутренние водные пути должны относиться к сверхмагистральным, магистральным путям местного значения или к малым рекам по действующим нормам проектирования подмостовых габаритов на внутренних водных путях.

2. Классы гидротехнических сооружений, проектируемых на сверхмагистральных и магистральных водных путях, а также на оросительных магистральных каналах, участвующих в создании напорного фронта, следует повышать на единицу против указанных в табл. 1.1.

3. Класс рыбопропускного сооружения, участвующего в создании напорного фронта, устанавливают таким же, что и класс водоподпорных сооружений.

4. Класс сооружений узла насосной станции переброски стока устанавливается â зависимости от хозяйственного значения данной системы с учетом указанного относительно назначения класса гидросооружений комплексных гидроузлов.

5. Категории надежности подачи воды системами хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения, включая насосные станции, устанавливают в соответствии с главой СНиП по проектированию наружных сетей и сооружений водоснабжения.

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Общие положения

Отрасль науки и техники, которая с помощью разработки специальных комплексов сооружений, оборудования и устройств занимается использованием водных ресурсов и ведет борьбу с их вредным действием, называется гидротехникой.

В гидротехнике определились следующие основные отрасли ее применения:

использование водной энергии, при котором энергия движущейся (падающей) воды преобразуется в механическую, а затем в электрическую;

мелиорация (улучшение) земель путем орошения (ирригации) засушливых районов и осушения заболоченных, а также путем защиты от вредного действия вод (затопления, подтопления, эрозии и т.п.);

водный транспорт - улучшение судоходных условий рек и озер, строительство портов, шлюзов, каналов и т.п.;

водоснабжение и канализация населенных мест и промышленных предприятий.

Все перечисленные отрасли гидротехники не являются обособленными, а тесно связаны между собой и переплетаются при комплексном решении проблем водного хозяйства.

По своему назначению гидротехнические сооружения подразделяются на общие и специальные. К первым, используемым во всех отраслях гидротехнического строительства, относятся: водоподъемные сооружения, создающие напор и поддерживающие его, - плотины, дамбы и т.п.; водопропускные, служащие для полезного водозабора или сброса излишних вод; водопроводящие - каналы, лотки, трубопроводы и тоннели; регуляционные - для регулирования русел, защиты берегов от подмыва и т.п.; сопрягающие, служащие для сопряжения бьефов и различных гидротехнических сооружений, - перепады, быстотоки, устои, раздельные быки; льдо- и шугосбросные и наносоудаляющие. К специальным гидротехническим сооружениям, применяемым только в определенных условиях, относятся: гидроэнергетические - машинные здания ГЭС, деривационные сооружения; воднотранспортные - шлюзы, каналы, портовые сооружения; гидромелиоративные - водозаборы, водоводы, очистные сооружения.

Гидротехнические сооружения возводят обычно в виде комплекса сооружений, включающих водоподъемные, водопропускные, водосборные, транспортные, энергетические и др. Такой комплекс сооружений называют гидроузлом. В зависимости от назначения могут быть энергетические, ирригационные или судоходные (транспортные) гидроузлы. Однако в большинстве случаев строят комплексные гидроузлы, решающие одновременно несколько водохозяйственных задач.

Гидротехническое строительство создает интенсивное инженерное воздействие на природные условия, меняя на участке водохранилища положение базиса эрозии окружающей территории, вызывая изменение условий питания и движения подземных вод, активизируя склоновые процессы (оползни), меняя микроклимат района и т.д. Кроме того, создание водохранилищ с большим запасом вод может вызвать при аварии катастрофические затопления долины реки ниже сооружения. Все это требует особенно тщательного изучения территории размещения гидроузлов.

В процессе проектирования, исходя из назначения сооружений и конкретных природных условий, производится выбор наиболее рационального створа расположения основных сооружений гидроузла, его компоновки, выбор типа и параметров водонапорных сооружений, глубины врезки и опирания на породы основания, сопряжения с массивом пород в примыканиях к бортам долины, а также схемы производства строительных работ.

История плотин показывает, что те из них разрушение которых вызвало ужасные катастрофы, обрушились в 2/3 случаях не благодаря допущенным ошибкам в расчетах или в выборе материала, а из-за недостатков оснований - на плохих грунтах, часто водонасыщенных, что являлось следствием недостаточной осведомленности о геологических и гидрогеологических условиях грунтов основания. Пример этому катастрофа на водохранилище Вайонт в Италии.

В 1959 г. на VI конгрессе по большим плотинам, итальянские гидротехники Л. Семенца, Н. Биадене, М Панчини докладывали о самой высокой в мире арочной плотине на р. Вайонт, высотой 265,5 м (70 км севернее Венеции). В докладе очень подробно освещались конструктивные особенности плотины. Для сброса паводковых вод на гребне плотины предусматривался водослив с 10 отверстиями, каждый по 6,6м, два туннельных и один донный водоспуски. Для укрепления основания плотины предусмотрена площадная цементация скалы, с объемом буровых работ 37000 м3. Для предотвращения фильтрации под плотиной и в берегах была устроена цементационная завеса с объемом буровых работ 50000 м3. Расчет плотины проводился 4 аналитическими методами (независимых арок, пробных нагрузок и др.). Кроме того конструкция плотины была подвергнута изучению на двух моделях в институте в г. Бергамо (в масштабе 1:35). Модельные испытания позволили облегчить плотину за счет некоторого сокращения ее толщины. Про геологические условия было лишь сказано, что долина Вайонт сложена известняками и доломитами, характерными для восточных Альп, что пласты падают вверх по течению реки и это благоприятно для опирания плотины (рис. 1).

Постройка плотины была закончена в 1960 г., а 9 октября 1963 г. произошла одна из самых ужасных катастроф в истории гидротехнического строительства, в результате которой погибло более 2600 человек. Причиной послужил оползень, обрушившийся в водохранилище. Высочайшая в мире тонкая арочная плотина уцелела, все расчеты проектировщиков оказались правильными. Как показал анализ материалов после катастрофы: геологи не учли того, что слои известняков образуют синклинальную складку, ось которой совпадает с направлением долины. При этом северное крыло рассечено разломом. В 1960 г. на левом берегу вблизи плотины образовался оползень объемом 1 млн. м3.

В 1960-1961 гг. был пробит 2-километровый тоннель катастрофического водосброса, если оползни возобновятся. Для наблюдения за развитием оползневых процессов была заложена сеть геодезических реперов, но как оказалось репера не подсекли главную поверхность скольжения. С 1961-1963 гг. наблюдался непрерывный гравитационный крип. Поздно вечером 9 октября 1963 г. 240 млн. м3 грунта сместилось в водохранилище за 30 секунд, со скоростью 15-30 м/с. Огромная волна высотой 270 м за 10 секунд пересекла 2-километровой резервуар водохранилища, перехлестнула через плотину и, сметая все на своем пути, обрушилась на долину. Сейсмические сотрясения были зарегистрированы в Вене и Брюсселе.

Рис. 1. Геологический разрез долины р. Вайонт (Италия): 1 - верхний мел; 2 - нижний мел; 3 - мальм; 4 - доггер; 5 - лейас. Цифры в кружках: 1- главная поверхность скольжения; 2 - оползший блок; 3 - разлом; 4 - дно ледниковой долины; 5 - направление древних трещин; 6 - направление молодых трещин; 7 - водохранилище

2. Гидроузлы

Гидроузел энергетического назначения на равнинной реке включает гидроэлектростанцию. Для того чтобы турбины гидроэлектростанции работали, требуются не только непрерывный расход воды, но и напор - разность уровней между верхним и нижним бьефами, т.е. участками реки выше и ниже гидроэлектростанции по течению. Напор концентрируется в удобном для использования месте в результате возведения плотины или другого водоподпорного сооружения и наполнения водохранилища. Эти два элемента являются важными составными частями гидроузла. Водохранилище необходимо также для регулирования неравномерного стока реки, приведения его в соответствие с водопотреблением, т.е. в данном случае с графиком электрической нагрузки гидроэлектростанции. Гидроэлектростанции на многоводных равнинных реках располагаются в их русле и носят названия или русловых низконапорных, или приплотинных, если напор достаточно большой.

Поскольку аккумулировать в водохранилище редкие многоводные паводки экономически нецелесообразно и поскольку потребление электрической энергии, т.е. использование запаса воды, может вследствие аварии прерваться, в составе гидроузла должен быть водосброс для пропуска воды из верхнего бьефа в нижний помимо турбин во избежание переполнения водохранилища и перелива воды через плотину с вытекающими разрушительными последствиями. Пропуск воды в нижний бьеф помимо турбин в случае остановки агрегатов гидроэлектростанции может быть необходим также и при ненаполненном водохранилище, если без поступления этой воды потерпят ущерб расположенные ниже по реке водопользователи - гидроэлектростанции, водный транспорт, оросительные системы и т.д. Для решения этой задачи в составе гидроузла строят водопропускные сооружения с глубинными отверстиями - водовыпуски.

Пропуск воды в нижний бьеф может понадобиться также с целью опорожнения водохранилища для осмотра и ремонта сооружений гидроузла. Тогда в его составе должны быть предусмотрены водоспуски с глубинными или донными отверстиями. Чтобы подать большое количество воды по основному назначению - к турбинам гидроэлектростанции, очистив ее от опасных включений - льда, шуги, наносов, сора и т.п., необходимы специальные сооружения - водоприемники.

Гидроэлектростанция может быть расположена на горной реке не у плотины, а ниже по течению на берегу; вода к ней подводится от водоприемника специальным водоводом и отводится от нее в реку тоже специальным водоводом, которые в совокупности называют деривацией, а порознь - подводящей и отводящей деривациями. Цель устройства деривации та же, что и постройка плотины, концентрация напора для удобного его использования. В горных реках вода ниспадает с большим уклоном поверхности, рассеивая свою потенциальную энергию. Проложенный по берегу с минимальным уклоном канал подводит воду к гидроэлектростанции с уровнем поверхности, мало отличающимся от уровня верхнего бьефа.

В результате станция использует больший напор, падение большего участка реки не только благодаря подпору плотины, но и за счет разности уклонов реки и канала. Аналогична роль отводящей деривации; уровень воды в ней мало отличается от уровня воды в реке в конце деривации, так что в начале отводящей деривации у гидроэлектростанции уровень оказывается ниже, чем рядом в параллельно текущей реке. Так, станция приобретает еще больший напор, используя падение дополнительного участка реки. Деривационные гидроузлы имеют большое протяжение, поэтому в их составе выделяют головной узел с плотиной, водосбросом и водоприемником, станционный узел с напорным бассейном, завершающим подводящую деривацию, трубопроводами, подводящими воду к турбинам, и зданием гидроэлектростанции и упомянутые ранее элементы деривации.

Рис. 2. Русловой низконапорный гидроузел с гидроэлектростанцией и судоходным шлюзом

На рис. 3 изображена гидроэлектростанция с коротким деривационным каналом на горной реке. В составе головного узла - бетонная водосливная плотина, водоприемник с отстойником для наносов. В составе станционного узла - напорный бассейн и холостой водосброс. На рис. 9 изображена, частично в разрезе, подземная гидроэлектростанция с туннельной деривацией. Видны высокая водосливная плотина, глубинный водоприемник, а также уравнительный резервуар в конце напорной подводящей части деривации.

Рис. 3. Гидроэлектростанция с деривационным каналом

В составе гидроузла при наличии плотины должны быть водосбросы, а также водовыпуски, необходимые судоходству. Обе эти функции часто совмещаются в одном сооружении. Вследствие постройки плотины между бьефами возникает перепад (разность уровней), для преодоления которого судам как идущим вверх по течению, так и спускающимся вниз необходимы судопропускные сооружения (шлюзы, судоподъемники. Часто рядом с гидроузлом строят порт с защищенной от штормовых волн акваторией, причалами, затоном для зимовки судов.

Подходные каналы к судопропускному сооружению, верховой и низовой, образуют своего рода деривацию, по которой идут суда, но течет мало воды, только для наполнения и опорожнения камеры шлюза в процессе шлюзования судов. Иногда эти каналы приобретают значительную длину, если необходимо миновать неудобный для судоходства участок реки - спрямить крутую излучину, обойти пороги. Каналы большой протяженности с многими шлюзами соединяют разные реки между собой.

Использование водных ресурсов для орошения сельскохозяйственных земель и обводнения засушливых территорий требует возведения своих комплексов гидротехнических сооружений, предъявляет свои требования к регулированию стока реки. Площадь орошаемых земель обычно очень велика, а расположенные на ней гидротехнические сооружения столь многочисленны, что комплекс их нельзя назвать гидроузлом, их называют оросительной системой. Часть сооружений, компактно расположенная на используемой реке, в составе плотины, образующей водохранилище для регулирования стока реки, водосброса для пропуска паводка, водоприемника и отстойника для осаждения наносов из воды, взятой на орошение, называется головным узлом оросительной системы.

От головного узла к орошаемым землям вода подается магистральным водоводом, чаще всего каналом. Его длина измеряется десятками и сотнями километров, по пути от него ответвляются распределители, от них - оросители. Неиспользованные остатки воды с полей собираются коллекторам и отводятся в водоток. Если часть орошаемых земель расположена выше уровня воды в магистральном канале, вода для этих земель подается насосными станциями. На самой оросительной сети располагаются регуляторы, перепады, сбросные сооружения и т.д.

Осушительные системы в районах избыточного увлажнения земель, распространения болот, естественно, не требуют возведения плотин. В комплекс сооружений этих систем входят дренажи, малые и большие каналы, различные сооружения на осушительной сети; выполняются выправительные работы на водотоках (спрямление, расчистка, углубление, береговые дамбы). Осушительная система может быть самотечной, однако, если рельеф территории слишком ровный, могут потребоваться насосные станции на сети и для перекачки воды в водоток.

Весьма сложны и разнообразны комплексные системы водоснабжения - водоотведения (канализации). Разнообразие зависит в основном от вида водопотребителя - коммунально-бытовое или промышленное водоснабжение. Для многих отраслей промышленности требуется непрерывная подача больших масс воды, к ним относятся, например, целлюлозно-бумажная, металлургическая, химическая, тепловые (и атомные) электростанции (для охлаждения конденсаторов). Прежде чем оставшаяся часть этой воды, измененная в своем качестве (сточные воды), будет сброшена в водоток или возвращена на производство (оборотное водоснабжение), она должна быть очищена, обеззаражена, охлаждена и т. п. В состав комплексной системы водоснабжения-водоотведения, кроме головного узла сооружений на реке и сети водоводов у потребителя, входят насосные станции и система очистки воды, забираемой из водотока, а также более сложная система очистки воды, отводимой от потребителя.

3. Водохранилища

Водохранилище - искусственный водоем значительной вместимости, образованный обычно в долине реки водоподпорными сооружениями для регулирования ее стока и дальнейшего использования в народном хозяйстве. В табл. 1 приведены крупнейшие водохранилища мира.

Таблица 1. Крупнейшие водохранилища мира

В водохранилище различают следующие основные элементы и зоны (рис. 4).

Рис. 4. Основные элементы и зоны водохранилища. Основные элементы режима: 1 - меженный уровень воды до подпора; 2 - половодный уровень до подпора; 3 - нормальный подпорный уровень; 4 - половодный уровень в условиях подпора

Пропускная способность гидроузла (его турбин, водосливных пролетов, донных отверстий, шлюзов) по экономическим и реже техническим соображениям ограничена. Поэтому когда по водохранилищу идет расход очень редкой повторяемости (раз в сто, тысячу, а то и десять тысяч лет), гидроузел не в состоянии пропустить всю массу воды, идущую по реке. В этих случаях уровни воды на всем водохранилище и у плотины повышаются, увеличивая его объем иногда на значительную величину; одновременно увеличивается пропускная способность гидроузла. Такой подъем уровня выше НПУ в период прохождения высоких половодий редкой повторяемости называется форсированием уровня водохранилища, а сам уровень - форсированным подпорным (ФПУ). На водохранилищах, используемых для водного транспорта или лесосплава, сработка уровня в период навигации ограничивается уровнем, при котором речной флот по состоянию глубин может продолжать нормальную работу. Этот уровень, находящийся между НПУ и УМО, называется уровнем навигационной сработки (УНС). Уровни воды, в особенности при НПУ и ФПУ, у плотины, в средней и верхней зонах водохранилища не одинаковы. Если у плотины уровень соответствует отметке НПУ, то по мере удаления от нее он повышается вначале на сантиметры, а затем и на десятки сантиметров. Это явление носит название кривой подпора.

Помимо большой и несомненной пользы, которую приносят водохранилища, после их наполнения возникают сопутствующие, часто негативные последствия. К ним относятся следующие. Наибольший ущерб народному хозяйству приносит постоянное затопление территорий с расположенными на них населенными пунктами, промышленными предприятиями, сельскохозяйственными угодьями, лесами, недрами, железными и автомобильными дорогами, линиями связи и электропередачи, археологическими и историческими памятниками и другими объектами. Под постоянно затопляемыми подразумеваются территории, расположенные ниже нормального подпорного уровня. Временное затопление территорий, находящихся на берегах водохранилищ в пределах от нормального до форсированного подпорного уровня, тоже приносит ущерб, но происходит редко (1 раз в 100 - 10 000 лет).

Повышение уровня грунтовых вод на прилегающей к водохранилищу территории ведет к ее подтоплению - заболачиванию, затоплению подземных сооружений и коммуникаций, что также убыточно.

Переформирование (переработка) берегов водохранилищ волнами и течениями может привести к разрушению больших участков полезной, освоенной территории. По берегам водохранилищ возникают или активизируются оползневые процессы. Коренным образом изменяются условия судоходства и лесосплава на реке, река превращается в озеро, глубины возрастают, скорости падают. Уменьшаются подмостовые габариты, требуемые для водного транспорта.

Сильно изменяется зимний режим реки, удлиняется ледостав на водохранилище, пропадает шуга, если она была. Мутность уменьшается, так как наносы осаждаются в водохранилище.

В числе мероприятий по компенсации ущерба, приносимого затоплением и подтоплением земель, осуществляют перенос и восстановление на новых незатопляемых местах городов, рабочих поселков, колхозных усадеб, а также промышленных предприятий. Переносят отдельные участки дорог, наращивают их полотно, укрепляют откосы насыпей и т.п. Переносят или защищают памятники истории и культуры, а если это невозможно, изучают и описывают их. Поднимают пролетные строения мостов и переустраивают мостовые переходы. Речные суда заменяют озерным флотом, молевой сплав - буксировкой плотов. Производят лесосводку и лесоочистку территории водохранилища. Заканчивают разработку полезных ископаемых (например, угля, руды, строительных материалов и пр.) или обеспечивают возможность их последующей разработки при наличии водохранилища. Иногда оказывается экономически целесообразным вместо выноса хозяйственных объектов и населенных пунктов из зоны затопления водохранилища осуществить меры их инженерной защиты.

В комплекс гидротехнических и мелиоративных мероприятий, объединяемых названием инженерная защита, входят обвалование или ограждение объектов и ценных земель, осушение подтопленных или обвалованных территорий с помощью дренажа и откачки воды, укрепление берегов на отдельных участках водохранилища и др.

4. Плотины

Плотиной называется перегораживающее водоток сооружение, которое подпирает воду до более высокого, чем бытовой, уровня и концентрирует, таким образом, в одном месте удобный для использования напор, т. е. разность уровней воды перед и за плотиной. В составе любого напорного гидроузла плотина занимает важное место.

Плотины возводятся в различных климатических и природных условиях - в северных широтах и в районах вечной мерзлоты, а также на юге, в тропических и субтропических зонах, с высокими положительными температурами. Местом их расположения бывают многоводные равнинные реки, текущие в руслах, сложенных нескальными грунтами - песками, супесями, суглинками и глинами, а также горные реки, протекающие в глубоких скалистых ущельях, где часто повторяются сильные землетрясения. Разнообразие природных условий, целей создания плотин, масштабов и технической оснащенности строительства привело к множеству их типов и конструкций. Как и другие сооружения, плотины можно классифицировать по многим признакам, например по высоте, материалу, из которого они возводятся, возможности пропуска воды, характеру их работы как подпорных сооружений и др.

Гидротехнические водоподпорные сооружения, к которым относятся плотины, воспринимают различные по происхождению, характеру и продолжительности действия силы, суммарное воздействие которых значительно больше и сложнее, чем воздействие сил на здания и сооружения промышленно-гражданского типа.

Чтобы понять условия работы водоподпорных сооружений, рассмотрим схему бетонной плотины с основными нагрузками, действующими на нее. Как и все протяженные бетонные сооружения, плотина разрезается на секции швами, позволяющими секциям свободно деформироваться при температурных воздействиях, усадке и осадках, что предотвращает образование трещин. На каждую секцию плотины длиной L, высотой Н и шириной по основанию В действуют следующие силы.

Вес секции плотины G определяется по геометрическим ее размерам и удельному весу бетона g=rґg (как известно, удельный вес вещества равен произведению его плотности на ускорение свободного падения).

Рис. 5. Поперечные профили современных плотин в сопоставлении с силуэтами других сооружений (размеры в метрах): 1 - Днепровская; 2 - Бухтарминская; 3 - Красноярская; 4 - Братская; 5 - Чарвакская; 6 - пирамида Хеопса; 7 - Токтогульская; 8 - Чиркейская; 9 - Саяно-Шушенская; 10 - Усойский завал; 11 - Нурекская; 12 - Московский госуниверситет; 13- Ингурская

Давление фильтрующейся воды на подошву плотины возникает благодаря подземному току воды, протекающей под напором по порам и трещинам в грунте основания плотины из верхнего бьефа в нижний. Приближенно значение этой силы, называемой противодавлением, равно:

U=ґgBL,

где Н1, Н2 - глубины воды в бьефах; g- удельный вес воды; a - понижающий коэффициент, учитывающий влияние противофильтрационных устройств и дренажа в основании плотины.

Гидростатическое давление воды со стороны верхнего и нижнего бьефов определяется формулами:

W1=gH12L/2; W2 =gH22L/2.

Перечисленные выше силы относятся к категории главнейших и постоянно действующих. Помимо них, в необходимых случаях по особым формулам учитывают динамическое давление волн, давление льда, наносов, отложившихся в водохранилище, а также сейсмические силы. Дополнительное влияние на прочность бетонной плотины оказывают неравномерные колебания температуры. Охлаждение поверхностей плотины вызывает в них растягивающие напряжения, и в бетоне, слабо им сопротивляющемся, могут образоваться трещины. В условиях действия перечисленных сил и напора воды плотина должна быть прочной, устойчивой против сдвига и водонепроницаемой (это требование распространяется и на ее основание). Кроме того, плотина должна быть экономичной, т.е. из всех вариантов, удовлетворяющих упомянутым требованиям, должен быть выбран вариант, характеризуемый минимумом затрат.

Особое место в гидротехнике занимают вопросы, связанные с фильтрацией воды из верхнего бьефа в нижний. Явление это неизбежно, и задача гидротехники заключается в ее прогнозировании и организации, и предотвращении опасных или убыточных последствий при помощи инженерных мероприятий. Путями фильтрационных токов могут быть: тело сооружения, даже если оно возведено из бетона; основание сооружения, особенно когда оно представляет собой нескальные или трещиноватые скальные породы; берега в местах примыкания к ним напорных сооружений. Вредными последствиями фильтрации являются непроизводительные потери воды из водохранилищ, которая не используется, таким образом, для народнохозяйственных целей, противодавление, снижающее степень устойчивости напорного сооружения, и фильтрационные нарушения или деформации тела грунтовой плотины или нескального основания, в частности, в виде суффозии или выпора.

Суффозией обычно называется вынос фильтрационным потоком мелких частиц через поры между более крупными частицами; она происходит в несвязных (сыпучих) грунтах - разнозернистых песчаных, песчано-гравелистых. При химической суффозии растворяются соли, залегающие в скальных породах. Выпор - это вынос подземным потоком, фильтрующимся из-под напорного сооружения в нижний бьеф, значительных объемов грунта основания, состоящего из связных пород, например суглинков, глин и т п.

Для обеспечения нормальной работы сооружения и ликвидации опасных явлений при проектировании сооружения предусматривают рациональный подземный контур (рис. 6). Это достигается увеличением пути фильтрации под сооружением, созданием водонепроницаемого покрытия в верхнем бьефе (понура) и мощного водобоя в нижнем бьефе, закладкой шпунтовых или иных завес, зубьев или другими мероприятиями.

Рис. 6. Схема плотины на фильтрующем основании (по С.Н. Максимову, 1974): 1 - тело плотины, 2 - водобой, 3 - рисберма, 4 - понур, 5 - линии тока, 6 - шпунты

Плотины из грунтовых материалов.

Древний тип напорных гидротехнических сооружений - это плотины из грунтовых материалов. В зависимости от используемых грунтов плотины бывают однородные и неоднородные, в поперечном профиле тело последних состоит из нескольких видов грунтов. Для возведения однородной грунтовой плотины используются различные маловодопроницаемые грунты - пески, морена, лесс, супеси, суглинки и др. По конструкции плотины и ее сопряжению с основанием - это наиболее простой тип напорного сооружения.

Неоднородные грунтовые плотины, в свою очередь, делятся на плотины с экраном из маловодопроницаемого грунта, укладываемого со стороны верхового откоса плотины, и плотины с ядром, у которых маловодопроницаемый грунт располагается в середине профиля плотины. Вместо грунтового ядра могут применяться негрунтовые диафрагмы из асфальтобетона, железобетона, стали, полимеров и др. Экраны также могут выполняться из указанных негрунтовых материалов.

В зависимости от способа производства работ грунтовые плотины бывают насыпные, с механическим уплотнением насыпаемого грунта, и намывные, возводимые с помощью средств гидромеханизации; последний способ возведения грунтовых плотин при наличии соответствующих условий (обеспечение водой, энергией и оборудованием, наличие подходящего состава грунтов и пр.) отличается высокой производительностью, доходящей до 200 тыс. м3/сут.

Каменно-земляные плотины возводятся в основной части объема из наброски камня; их водонепроницаемость достигается устройством экрана или ядра, укладываемых из маловодопроницаемых грунтов (суглинков и т.п.). Между камнем и мелкозернистым грунтом устраиваются обратные фильтры - переходные слои из песка и гравия с возрастающей в сторону камня крупностью, чтобы предотвратить суффозию грунта противофильтрационных устройств.

Такие плотины нашли широкое применение в высоконапорных гидроузлах на горных реках. Так, высота плотины Нурекской ГЭС на р. Вахше составляет 300 м.

Преимуществом их, по сравнению с другими типами плотин, является использование имеющихся на месте строительства камня и грунта, возможность широкой механизации основных видов работ (наброска камня и отсыпка грунтов), а также доста точная сейсмостойкость. По сравнению с другими типами грунтовых плотин каменно-земляные отличаются большей крутизной откосов, т.е. меньшим объемом материалов.

Малая ширина малопроницаемого контакта каменно-земляной плотины с основанием усложняет конструкцию их водонепроницаемого сопряжения. В нескальных грунтах требуется забивка шпунтового ряда или закладка бетонной шпоры, а в скальных устраивают цементационную завесу путем нагнетания цементного раствора через пробуренные скважины в трещины породы. Подобные сопряжения предотвращают опасные фильтрационные явления в основании напорных сооружений.

Каменно-набросные плотины возводятся путем наброски или отсыпки камня, а их водонепроницаемость обеспечивается экраном на верховом откосе или диафрагмой в середине профиля, сооружаемыми из негрунтовых материалов (железобетон, дерево, асфальтобетон, сталь, пластмассы и др.). Каменные плотины возводятся из сухой каменной кладки, что также требует устройства экранов, или из каменной кладки на растворе. Эти плотины в настоящее время строят редко.

Плотины из искусственных материалов.

Деревянные плотины являются одним из старейших типов напорных сооружений, насчитывают много сотен лет существования. В этих плотинах основные нагрузки воспринимаются деревянными элементами, а устойчивость их против сдвига и всплывания обеспечивается закреплением деревянных конструкций в основании (например, забивкой свай) или загрузкой балластом из камня или грунта (в ряжевых конструкциях). Деревянные плотины строят для малых напоров, от 2 до 20 м.

Тканевые плотины начали возводить сравнительно недавно в связи с появлением прочных водонепроницаемых синтетических материалов. Основными элементами конструкции тканевых плотин являются сама оболочка, наполненная водой или воздухом и играющая роль затвора (водослива), анкерные устройства для прикрепления оболочки к бетонному флютбету, система трубопроводов и насосное или вентиляторное оборудование для наполнения и опорожнения оболочки. Область применения тканевых плотин редко выходит за предел напоров в 5 м.

Бетонные плотины имеют широкое применение в гидротехническом строительстве. Они строятся в различных природных условиях и допускают перелив воды через специальные пролеты на их гребне (водосбросные плотины), что невозможно или нерационально в плотинах из грунтовых материалов. Конструктивные формы их весьма различны, что зависит от многих факторов. Наибольшая высота бетонной плотины гравитационного типа Гранд Диксанс (Швейцария) составляет 284 м. В России возведена Саяно-Шушенская плотина арочно-гравитационного типа на Енисее высотой 240 м. Плотина имеет скальное основание. Водосбросные плотины гидроузлов Свирского и Волжского каскадов возведены на нескальном основании в сложных геологических условиях. Облегченные бетонные плотины появились позже массивных и имеют в России сравнительно небольшое распространение. По конструкции бетонные плотины подразделяются на три разновидности: гравитационные, арочные и контрфорсные. Наиболее известной разновидностью этих плотин являются контрфорсные плотины. Преимуществом их перед массивными является меньший объем бетонных работ. В то же время они требуют более прочного бетона, усиления его арматурой.

Гравитационные плотины при воздействии на них основных сил гидростатического давления обеспечивают достаточное сопротивление сдвигу, в основном благодаря большому собственному весу. В целях борьбы с фильтрацией воды в основании плотины устраивают цементационные завесы (в скальных основаниях), забивают шпунтовые ряды (в нескальных основаниях). Для повышения устойчивости плотины организуют дренажи, устраивают полости, снижающие противодавление, и другие мероприятия.

Арочные плотины криволинейные в плане с выпуклостью в сторону верхнего бьефа, сопротивляются действию гидростатического давления и других горизонтальных сдвигающих нагрузок в основном за счет упора их в берега ущелья (или устои). При возведении арочных плотин обязательным требованием является наличие достаточно прочных и мало податливых скальных пород в береговых примыканиях. Эти плотины не требуют подобно гравитационным значительного веса бетонной кладки, они экономичнее гравитационных плотин. Радиусы кривизны их арочных элементов увеличиваются снизу вверх.

Контрфорсные плотины состоят из ряда контрфорсов, форма которых в боковом фасаде близка к трапеции, расположенных на определенном расстоянии друг от друга; на контрфорсы опираются напорные перекрытия, воспринимающие действующие со стороны верхнего бьефа нагрузки. На контрфорсы сверху опираются пролеты мостового перехода. В свою очередь контрфорсы передают нагрузку на основание. Наиболее известны следующие разновидности контрфорсных плотин: массивно-контрфорсные, с плоскими перекрытиями, многоарочные. Контрфорсные плотины бывают как глухими, так и водосбросными. Они возводятся на скальных и нескальных грунтах; в последнем случае у них появляется дополнительный конструктивный элемент в виде фундаментной плиты, назначение которой - уменьшить напряжения в грунте основания. Для придания большей сейсмостойкости контрфорсам в условиях поперечного сейсма (поперек реки) они иногда связываются между собой массивными балками.

Особенностью контрфорсных плотин являются увеличенная ширина по основанию и наклон верховой грани, что приводит к тому, что на последнюю передается значительная вертикальная составляющая давления воды, прижимающая плотину к основанию и обеспечивающая ей устойчивость против сдвига, несмотря на уменьшенный вес. Противодавление в таких плотинах меньше, чем в массивных гравитационных.

Контрфорсные плотины требуют меньших объемов бетона, чем гравитационные, однако затраты на повышение качества бетона, арматуру и усложнение производства работ делает их по экономическим показателям достаточно близкими друг к другу. Самая высокая контрфорсная (многоарочная) плотина Даниэль-Джонсон высотой 215 м. построена в Канаде.

5. Водосбросы

В составе гидроузла, помимо глухой плотины, большое значение имеют водосбросы, т.е. устройства для сброса излишков паводковых вод или пропуска расходов другого назначения. Имеется несколько различных решений расположения водосбросов в гидроузле.

Водосбросные пролеты могут быть устроены в гребне бетонной плотины в русле или на пойме реки; тогда сооружение примет вид водосбросной плотины. Водосброс может быть устроен независимо от плотины в виде специального сооружения, располагаемого на береговом склоне и потому называемого береговым водосбросом.

Как в теле плотины, так и на береговом склоне водосбросные отверстия могут быть размещены близко к отметке гребня плотины или глубоко под уровнем верхнего бьефа. Первые носят название поверхностных, вторые - глубинных или донных водосбросов.

Поверхностные пролеты водосбросных плотин могут быть открытыми (без затворов), но обычно они имеют затворы, регулирующие уровень воды верхнего бьефа. Для предотвращения переполнения водохранилища затворы открывают частично или полностью, не допуская повышения уровня воды выше отметки нормального подпорного уровня (НПУ). Для улучшения условий пропуска воды через плотину гребню ее придают плавное, округленное очертание, которое далее переходит в круто падающую поверхность, заканчивающуюся вблизи уровня нижнего бьефа еще одним обратным закруглением, направляющим поток в русло реки. Вся длина водосбросного фронта делится при помощи быков на ряд пролетов. Быки, кроме того, воспринимают давление воды от затворов, а также служат опорами мостов, предназначаемых для обслуживания подъемных механизмов и затворов и транспортной связи между берегами.

Вода, сбрасываемая через плотину, обладает большим запасом потенциальной энергии, которая переходит в кинетическую. Борьба с разрушительной энергией сбрасываемого через плотину потока ведется различными способами. За водосбросной плотиной на водобойной массивной бетонной плите устраивают гасители энергии в виде отдельных бетонных массивов - шашек, пирсов или железобетонных балок. Иногда в нижнем бьефе водосбросной плотины организуют поверхностный режим путем устройства в нижней части водослива уступа и носка, срываясь с которого с большей скоростью, поток концентрируется у поверхности, а под ним образуется валец с умеренными обратными скоростями у дна.

За водосливными плотинами, имеющими в основании нескальные породы, за водобоями делается рисберма - укрепленный водопроницаемый участок русла реки.

Обычно на берегу водосбросы располагают в гидроузлах с плотинами из грунтовых материалов, не допускающими пропуска расходов воды через их гребень, а также в гидроузлах с бетонными плотинами в узких ущельях, где русло занято приплотинным зданием ГЭС. Типы их весьма разнообразны. Наиболее часто применяются поверхностные водосбросы, в которых сбрасываемый поток течет по поверхности берега в открытой выемке. Они размещаются на одном или на двух берегах, часто рядом с плотиной, и имеют следующие составные части: подводящий канал, собственно водосброс с водосливными пролетами, быками и затворами (или автоматического действия без затворов), отводящий канал в виде быстротока или ступенчатого перепада (применяется редко). Завершаются береговые водосбросы водобойными устройствами, аналогичными тем, которые устраиваются в нижнем бьефе водосбросных плотин - водобойным колодцем.

Если местные условия препятствуют трассировке отводящего канала, то его можно заменить отводящим туннелем; получится береговой водосброс туннельного типа. Туннельные береговые водосбросы имеют следующие составные части: подводящий канал, расположенный на высоких отметках берегового склона в верхнем бьефе, само водосбросное сооружение с затворами и отводящий туннель, заканчивающийся участком канала и водобойным устройством.

Глубинные и донные водосбросы размещаются на отметках, близких к дну водотока, на котором возводится гидроузел. Они устраиваются для следующих целей: для пропуска речного расхода в период строительства плотины в русле реки (строительные водосбросы), а в некоторых случаях для пропуска всего или части сбросного расхода. Основные разновидности их - туннельные и трубчатые водосбросы. Водосбросные туннели располагаются в скальных береговых массивах, в обход плотины, длина их составляет несколько сотен метров, размеры поперечного сечения определяются пропускаемым расходом. Форма сечения строительных водосбросов обычно подковообразная. Остальные туннели, работающие под большим напором, имеют круглое сечение.

Трубчатые водосбросы располагаются в гидроузле в зависимости от типа плотины. Если плотина бетонная (гравитационная, контрфорсная или арочная), то водосбросы представляют собой трубы, прорезающие ее тело от верхнего бьефа до нижнего и снабженные затворами. Если плотина грунтовая, то трубчатые водоспуски устраивают под плотиной, заглубляя их в основание. Они представляют собой башню, от которой берут начало стальные или железобетонные трубы круглого или прямоугольного сечения в зависимости от напора. Они могут быть одиночные или собранные в своеобразные "батареи" в зависимости от расхода. Во входной и выходной части труб размещают затворы и механизмы управления ими.

Затворы и подъемники. 0сновные затворы служат для регулирования сбросных расходов и уровней воды в верхнем бьефе, а также для пропуска в отдельных случаях леса, льда, сора, наносов. Ими можно полностью или частично закрывать водопропускные отверстия. Конструкция затворов зависит от их местоположения; затворы поверхностных отверстий, часто больших размеров, воспринимают сравнительно небольшое гидростатическое давление; затворы глубинных отверстий, имеющие значительно меньшие размеры, испытывают большое гидростатическое давление. Затворы изготовляют чаще всего из стали, при небольших напорах и пролетах перекрываемых отверстий - из дерева, в низконапорных неответственных сооружениях с большими пролетами -- из тканевых материалов (тканевые плотины). Наибольшее распространение в гидротехнических сооружениях получили плоские затворы, которые представляют собой металлическую конструкцию в виде щита, перемещающегося в вертикальных пазах быков и устоев. Составными частями плоского затвора являются: водонепроницаемая обшивка, воспринимающая давление воды верхнего бьефа, далее система балок, ферм и опорных конструкций, катящихся или скользящих по специальным рельсам, заложенным в пазах. Масса подвижной части затворов довольно существенна, при больших высотах и пролетах она превышает 100 т, что требует мощных подъемных механизмов. Чтобы уменьшить подъемное усилие механизмов, применяют сегментные затворы, которые при подъеме их и опускании вращаются вокруг шарниров, заделанных в быках и устоях. Такие затворы имеют также широкое применение, но стоимость их превышает стоимость плоских затворов.

6. Водоприемники

гидроузел плотина равнинный водохранилище

Назначение водоприемника. Водоприемниками называют части водозаборных сооружений, основное назначение которых - забор воды из водотока (реки, канала) или водоема (озера, водохранилища); действие, для которого они предназначены, можно называть водозабором.

Регулирует расход воды обычно потребитель. Забор воды должен быть обеспечен при любом подпорном уровне - от нормального (НПУ) до наинизшего - уровня мертвого объема (УМО).

В функции водозаборного сооружения входит очистка воды от примесей и инородных тел.

Конструкции водоприемника. Конструкция и оборудование водоприемника в значительной степени зависят от типа гидроузла и от вида водовода напорный или безнапорный. Поэтому описание конструкций и оборудования водоприемников и их работы возможно лишь отдельно для каждого типа. Размеры водоприемника характеризуются габаритами его входного сечения, где располагаются сорозадерживающие решетки (часто их называют сороудерживающими). Для облегчения очистки решеток и уменьшения потерь напора на решетках скорости течения на входе принимаются не более 1,0 м/с. Площадь входа водоприемников больших турбин измеряется сотнями квадратных метров.

Водоприемник этого типа, индивидуальный для каждой турбины, представляет собой прямоугольное отверстие в массиве плотины, постепенно суживающееся и переходящее в круглое сечение турбинного водовода.

Верхняя часть входа закрывается железобетонной стенкой - забралом, опущенным ниже УМО. Забрало воспринимает давление льда, задерживает плавающие предметы. В передней части входа в водоприемник устанавливается решетка 1 из стержней полосовой стали для задержания взвешенного в воде сора, могущего повредить турбину. В процессе эксплуатации накапливающийся у водоприемника и на решетке сор убирается механическими граблями, грейфером, так как при засорении решетки существенно возрастет ее сопротивление течению воды.

За решеткой в быках устраиваются пазы для установки затвора 3 и прекращения подачи воды в турбинный водовод. Чтобы иметь возможность содержать в исправности и ремонтировать быстродействующий затвор, впереди него устраиваются пазы 2 для ремонтного затвора. Попасть к затвору для осмотра и ремонта можно через смотровой люк 6.Ремонтный затвор проще, от него не требуют быстродействия, он опускается не в поток, а в спокойную воду. За затвором устраивается воздуховод 7 - труба для подачи в турбинный водовод воздуха, замещающего воду, уходящую через турбину в случае закрытия водоприемника аварийно-ремонтным затвором. Для удобства эксплуатации над водоприемником возводится здание, оборудованное мостовым монтажным краном. В благоприятных климатических условиях здание не строят и применяют монтажный кран портального типа.

Основной затвор регулирует расхода воды в соответствии с графиком водопотребления. Движение затвора осуществляется с помощью гидропривода.

При малых колебаниях уровня верхнего бьефа водозаборное сооружение располагают на высоких отметках берега, это так называемый поверхностный береговой водоприемник. При большом диапазоне эксплуатационных уровней водохранилища необходимо устраивать глубинный береговой водоприемник, располагая его немного ниже УМО.

7. Водоводы

Назначение водоводов. Вода, поступившая в водоприемник и очищенная от примесей, должна оставляться потребителю в соответствии с графиком потребления. Одно из основных требований к водоводам (напорным и безнапорным) - водонепроницаемость их стенок. Вода не должна теряться по пути, и эти потери не должны заболачивать прилегающую территорию. Для гидроэлектростанции необходимо также, чтобы потенциальная энергия потока возможно меньше терялась по пути, уклон его свободной или пьезометрической поверхности был невелик. Для этого стенки водовода должны быть гладкими, характеризоваться малым сопротивлением течению. Гладкие стенки нужны водоводам и оросительных систем и систем водоснабжения - чем выше будет подведена вода, тем легче обеспечить ее самотечную подачу потребителям, тем меньше затраты энергии на работу насосных станций. Только для судоходных каналов шероховатость стенок не имеет значения, поскольку скорости в них малы или равны нулю.

Стенки водоводов не должны размываться скоростями течения и волнением (волны возникают, например, при движении судов по каналам).

Размеры поперечного сечения водовода определяются на основе технико-экономических расчетов. Тип и конструкцию водовода также определяют на основе технико-экономических сопоставлений. В зависимости от назначения водовода, его размеров, природных условий и условий строительства и эксплуатации в качестве водовода могут применяться каналы, лотки, трубопроводы, туннели. Первые два типа - безнапорные, третий - напорный; туннель может быть и напорным и безнапорным (если он не заполнен водой доверху). Часто оптимальное решение достигается последовательным сочетанием участков водовода разного типа.

Простейшим и наиболее дешевым типом водовода является обычно канал. Каналы распространены во всех областях гидротехнического строительства. Трассу канала желательно прокладывать на плане так, чтобы вода в нем находилась в выемке, высота дамб была небольшая. Форма сечения - трапецеидальная (иногда более сложного очертания), крутизна откосов определяется их устойчивостью; грунт не должен оползать.

В скальном грунте сечение канала приближается к прямоугольному. Ширина сечения канала больше его глубины, чтобы уменьшить потери воды на фильтрацию из канала, увеличить скорость течения и снизить сопротивление течению, т.е. уклон поверхности, дно и откосы канала покрывают облицовкой чаще всего бетонной или железобетонной. Под облицовкой укладывается слой крупнозернистого грунта (гравия) в качестве дренажа.

Туннель - самый дорогой тип водовода в расчете на единицу его длины. Если туннель прокладывается в слабых, нескальных грунтах, то его стоимость особенно возрастает. В связи с этим его можно предпочесть поверхностным типам деривации только в том случае, если он значительно короче, позволяет спрямить трассу или если береговой склон, по которому может быть проложена трасса, малопригоден для поверхностной деривации - сильно пересеченный рельеф, большая крутизна, оползни, лавины.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Классификация промышленных гидротехнических сооружений. Проектирование гидротехнических сооружений. Влияние различных факторов на качество строительства. Современные материалы для строительства. Мероприятия, обеспечивающие требуемое качество воды.

реферат , добавлен 21.03.2012


Понятие о гармонизации - системной методологии проектирования гидросооружений. Основные принципы и методология инженерных расчетов. Вероятностный метод расчета гидротехнических сооружений. Решение гидротехнических задач в вероятностной подстановке.

реферат , добавлен 11.01.2014


Классификация гидротехнических сооружений и их применение. Разведочное и эксплуатационное бурение. Островные сооружения, платформы для глубин более 50 м. Конструкции систем подводной добычи. Опыт эксплуатации ледостойких нефтегазопромысловых сооружений.

реферат , добавлен 12.02.2012


Компоновка гидроузла, выбор удельного расхода. Проектирование водобойного колодца. Выбор числа и ширины пролётов плотины. Конструирование водосливного профиля. Устройство и применение плоских затворов. Техническая безопасность гидротехнических сооружений.

курсовая работа , добавлен 29.07.2012


Характеристика района возведения гидроузла. Выбор основных размеров профиля плотин. Определение отметки гребня в глубоководной зоне. Откосы, бермы и дренажные устройства. Фильтрационный расчет грунтовой плотины. Проектирование водовыпускного сооружения.

курсовая работа , добавлен 25.04.2015


Физико-географические условия формирования стока. Водные объекты Краснодарского края: реки, озера, лиманы, водохранилища. Загрязнение водных объектов. Проблема нецентрализованных источников водоснабжения. Современное состояние гидротехнических сооружений.

дипломная работа , добавлен 20.07.2015


Географическое положение Березовского водохранилища. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия участка реконструкции. Определение объемов земляных работ и организация строительства проектируемых сооружений при реконструкции водохранилища.

курсовая работа , добавлен 25.01.2015


Расчет магистрального канала гидротехнического сооружения, определение равномерного движения жидкости по формуле Шези. Определение канала гидравлически наивыгоднейшего сечения, глубин для заданных расходов. Вычисление многоступенчатого перепада.

курсовая работа , добавлен 12.07.2009


Трассирование линейных сооружений. Цели инженерно-геодезических изысканий для линейных сооружений. Геодезические работы при проектировании линейных коммуникаций и при прокладке трасс сооружений. Установление положения автодороги в продольном профиле.

контрольная работа , добавлен 31.05.2014


Гидрологические характеристики района проектирования. Определение полезного, форсированного и мертвого объемов водохранилища. Выбор створа плотины, трассы водопропускных сооружений. Построение плана и поперечного профиля плотины. Расчет входного оголовка.