Виды гидротехнических сооружений выделяют, прежде всего, по их функциональному назначению.

Различают следующие виды:

− водоподпорные сооружения;

− водосбросные сооружения;

− водоспускные и водовыпускные сооружения;

− водопроводящие сооружения;

− энергетические сооружения;

− судоходные сооружения;

− берегозащитные и берегоукрепительные сооружения и др.

Водоподпорные сооружения создают и поддерживают перепад уровней между верхним и нижним бьефами (напор).

Водосбросные сооружения должны обеспечивать:

− пропуск расходов половодья и дождевых паводков и других неиспользуемых расходов воды во избежание превышения проектных уровней воды в верхнем бьефе;

− пропуск льда, шуги, мусора и других плавающих предметов из верхнего бьефа в нижний, если это требуется по условиям эксплуатации гидроузла.

Эти функции водосбросных сооружений могут осуществляться как в период эксплуатации гидроузла, так и в период его строительства. В первом случае водосбросные сооружения называются эксплуатационными, во втором случае – строительными или сооружениями для пропуска строительных расходов.

Водоспускные сооружения необходимы для осуществления попусков воды из водохранилища, в частности, для поддержания в нижнем бьефе определенных санитарно-экологических условий (так называемые санитарные расходы воды, устанавливаемые санитарными правилами и нормами – СанПиН 3907-85).

Водопроводящие сооружения предназначены для передачи воды на некоторые расстояния.

Энергетические сооружения служат для использования энергии воды – это сооружения гидравлических (ГЭС), атомных (АЭС), тепловых (ТЭС) электростанций, а также сооружения насосных станций (НС).

Судоходные сооружения обеспечивают судоходство и лесосплав.

Берегозащитные и берегоукрепительные сооружения предназначены для защиты или укрепления берегов рек, каналов, водохранилищ от разрушения волнами, течением воды, льдом.

1.3. Гидротехнические сооружения городов

В условиях городов широко применяются:

– водоподпорные сооружения;

− водосбросные сооружения;

− водоспускные и водовыпускные сооружения;

− водопроводящие сооружения;

– водохранилища (пруды);

− берегозащитные и берегоукрепительные сооружения;

– сооружения для защиты территорий от оползневых явлений;

– сооружения для защиты территорий от затопления и подтопления.

2. Водоподпорные сооружения

2.1. Типы водоподпорных сооружений

В качестве водоподпорных сооружений наиболее широко применяются плотины. В зависимости от назначения гидроузла подпорными сооружениями могут быть здания ГЭС и насосных станций, устои, подпорные стенки и др.

Плотины возводят из различных материалов: грунта (камня), бетона и железобетона, дерева, синтетических материалов. В соответствии со СНиП 2.06.05-84* они подразделяются на типы (табл. 2.1).

Таблица 2.2

Типизация плотин из грунтовых материалов

Земляные насыпные плотины по конструкции тела и противофильтрационных устройств в теле и основании подразделяются (СНиП 2.06.05-84*) на основные виды (рис. 2.3 и табл. 2.3).

Таблица 2.3

Виды земляных насыпных плотин

Рис. 2.3. Виды земляных насыпных плотин:

1 – тело плотины; 2 – поверхность депрессии; 3 – дренаж; 4 – крепление откосов; 5 – верховая грунтовая противофильтрационная призма; 6 – диафрагма; 7 – верховая призма; 8 – низовая призма; 9 – переходный слой; 10 – экран из негрунтовых материалов; 11 – грунтовое ядро; 12 – центральная грунтовая противофильтрационная призма; 13 – шпунт или стенка; 14 – понур; 15 – инъекционная (цементационная) завеса (висячая); 16 – зуб; 17 – грунтовый экран; h – высота плотины; b – ширина плотины понизу; b um – ширина противофильтрационного устройства понизу; b up – ширина плотины по гребню; m h – коэффициент верхового откоса; m t – коэффициент низового откоса

Намывные плотины в зависимости от грунтов тела плотины и способов возведения подразделяют (СНиП 2.06.05-84*) на основные виды (рис. 2.4 и табл. 2.4).

Таблица 2.4

Виды земляных намывных плотин

Для организации отвода воды, фильтрующейся через тело и основание плотины, предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос, снижения депрессионной поверхности и для других целей в теле земляных плотин могут устраиваться дренажи (рис. 2.7).

Каменно-земляные и каменно-набросные плотины по конструкции противофильтрационных устройств и способу производства работ подразделяют (СНиП 2.06.05-84*) на основные виды (рис. 2.5 и 2.6, табл. 2.5).

Рис. 2.4. Виды намывных плотин:

1 – крепление верхового откоса; 2 – дренаж; 3 – намывное ядро; 4 - намывные промежуточные зоны; 5 – намывные боковые зоны; 6 – намывная центральная слабоводопроницаемая зона; 7 – боковые насыпные призмы (банкеты); 8 – сейсмостойкое крепление откоса; 9 – насыпное глинистое ядро

Таблица 2.5

Виды плотин из камня

Кроме плотин из грунтовых материалов, в качестве водоподпорных сооружений гидроузлов на малых реках иногда применяются плотины бетонные и железобетонные. В зависимости от конструкции и технологического назначения эти плотины подразделяются (СНиП 2.06.06-85) на основные виды (табл. 2.6).

Таблица 2.6

Виды плотин из бетона (железобетона)

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ, инженерные сооружения, предназначенные для осуществления различных водохозяйственных мероприятий. В зависимости от места расположения гидротехнические сооружения могут быть морскими, речными, озёрными, прудовыми.

Различают гидротехнические сооружения общие, обеспечивающие нужды практически всех отраслей водного хозяйства, и специальные, возводимые для какой-либо одной отрасли. В зависимости от характера воздействия на речной поток общие гидротехнические сооружения разделяют на водоподпорные, регуляционные, водопроводящие, водопропускные и водозаборные.

Водоподпорные сооружения существенно влияют на гидрологический режим водного потока (изменяются глубины, скорости течения, расходы воды, содержание наносов и тому подобное). К ним относятся плотины и дамбы (валы). Плотина (важнейший и наиболее распространённый тип гидротехнических сооружений) перегораживает речное русло и создаёт напор или разность уровней воды в верхнем и нижнем бьефах, что позволяет получать гидравлическую энергию, облегчает отвод воды для орошения полей и водоснабжения, перераспределяет речной сток во времени (регулирует его). Высота плотин в 1970-х годах превысила 300 м (плотина Нурекского гидроузла), длина по гребню - несколько километров. По материалу изготовления плотины могут быть грунтовыми (самый распространённый тип плотин), бетонными и железобетонными. Ранее сооружались также плотины из каменной кладки, ряжевые и деревянные (ныне встречаются крайне редко). Дамбы (валы) отличаются от плотин тем, что их строят не с целью образования напора, а для ограждения участков суши (от затопления паводками) или территорий и акваторий в портах (от воздействия приливов, ветровых нагонов воды). С помощью дамб сооружают искусственные бассейны (например, на гидроаккумулирующих и приливных электростанциях, так называемых хвостохранилищах и т.п.) и русла каналов.

Функции водоподпорного сооружения при небольших напорах могут выполнять и специальные гидросооружения - здания ГЭС, шлюзы, рыбоходы.

Регуляционные (руслорегулирующие) сооружения изменяют местный (в пределах русла) режим потока. Они предназначены для обеспечения необходимой глубины, скорости течения и формы русла для судоходства и сплава (леса) на реках; изменения направления и формы русла в интересах, например, судоходства (создание так называемых русловых каналов или судовых ходов); регулирования эрозионной деятельности водотока; защиты русла и берегов от размывов, отложения наносов, воздействия льда и др. Регуляционные сооружения представляют собой дамбы и каналы, возводимые в руслах; струенаправляющие устройства (буны, щиты и т.п.); берегоукрепительные сооружения и др.

Водопроводящие сооружения создают искусственные водные потоки; служат для переброски воды в заданные пункты. К ним относятся каналы, лотки, безнапорные трубопроводы, акведуки, гидротехнические туннели. Эти сооружения, длиной от нескольких метров до десятков и сотен километров, создают водные пути для судоходных, сплавных и других целей, подают воду в системы водоснабжения и орошения, а также к турбинам гидроэлектростанций и тому подобное.

Водопропускные сооружения обеспечивают отвод из водного объекта (водохранилища, канала, напорного бассейна и пр.) излишков воды, преимущественно во время весенних или дождевых паводков, с целью обеспечения безопасной эксплуатации гидроузла. Водопропускные сооружения (водосбросы, быстротоки, ступенчатые перепады и др.) изготавливаются из бетона, железобетона, металла, реже из дерева. По эксплуатационному признаку они разделяются на регулируемые и нерегулируемые (автоматического действия); по гидравлическому режиму - на безнапорные (с открытой водной поверхностью) и напорные.

Водозаборные сооружения обеспечивают отбор воды из водоисточника и направление её в водопроводящие или водосбросные сооружения. Наряду с обеспечением бесперебойного снабжения потребителей водой в нужном количестве и в требуемые сроки водозаборные сооружения защищают водопроводящий тракт от сора, наносов, льда, предотвращают попадание в него рыбы. В водозаборе предусматривается (устройством задвижек или затворов) возможность прекращения доступа воды из водного объекта.

Специальные гидротехнические сооружения - здания ГЭС, шлюзы, судоподъёмники, причальные стенки, пирсы, опоры морских буровых установок, очистные сооружения коммунального, промышленного и поверхностного стоков и др. - разнообразны и характеризуются многими индивидуальными особенностями.

Гидротехнические сооружения разного назначения объединяются в составе единого гидротехнического узла (гидроузла), состав которого определяется его назначением. Часто гидроузлы сооружаются для обеспечения нужд одновременно нескольких отраслей народного хозяйства; тогда их принято называть комплексными.

Комплекс гидротехнических сооружений, охватывающий значительную территорию и включающий в себя ряд гидроузлов, называется водохозяйственной (или гидротехнической) системой (гидроэнергетические, оросительные, осушительные, судоходные и др.). Многие водохозяйственные системы, как и отдельные гидроузлы, имеют комплексное назначение.

От других инженерных сооружений гидротехнические сооружения отличаются рядом особенностей, связанных с постоянным воздействием на них водного потока. Это воздействие может быть механическим (статические и гидродинамические нагрузки, суффозия грунтов и др.), физико-химическим (истирание поверхностей, коррозия металлов, выщелачивание бетона), биологическим (гниение деревянных конструкций, истачивание дерева живыми организмами и пр.). Условия возведения гидротехнических сооружений осложняются необходимостью пропуска через сооружения в период их постройки (обычно в течение нескольких лет) так называемых строительных расходов реки, льда, сплавляемого леса, судов и пр. Для возведения гидротехнических сооружений необходима широкая механизация строительных работ. Используются преимущественно монолитные и сборно-монолитные конструкции, реже сборные и типовые, что обусловливается различными неповторяющимися сочетаниями природных условий - топографических, геологических, гидрологических и гидрогеологических. Влияние гидротехнических сооружений, особенно водоподпорных, распространяется на обширную территорию, в пределах которой происходит затопление отдельных земельных площадей, подъём уровня грунтовых вод, обрушение берегов и тому подобное. Поэтому строительство таких сооружений требует высокого качества работ и обеспечения большой надёжности конструкций, так как аварии гидротехнических сооружений вызывают тяжёлые последствия - человеческие жертвы и потери материальных ценностей (например, аварии на плотине Мальпассе во Франции в 1959 и водохранилище Вайонт в Италии в 1963 году привели к человеческим жертвам, разрушению городов, мостов и промышленных сооружений).

Лит. смотри при ст. Гидротехника.

Глава 9 Гидродинамические аварии

9.1. Гидротехнические сооружения

Гидротехнические сооружения и их классификации

К гидротехническим сооружениям (TTC) относятся сооружения напорного фронта

и естественные плотины (плотины, шлюзы, дамбы, оросительные системы, перемычки, запруды, каналы, ливневая канализация и др.), создающие разницу уровней воды до и после них, предназначенные для использования водных ресурсов, а также для борьбы с вредными воздействиями вод.

Плотина - искусственное водоподпорное сооружение или природное (естественное) препятствие на пути водотока, создающее разницу уровней в своем верхнем и нижнем бьефе по руслу реки; является важным типом общего гидросооружения с водопропускными и другими устройствами, создаваемыми при ней.

Искусственные плотины создаются человеком для своих нужд; это плотины гидроэлектростанций, водозаборов в ирригационных системах, дамбы, перемычки, запруды, создающие водохранилище в своем верхнем бьефе. Естественные плотины являются результатом действий природных сил: оползней, селей, лавин, обвалов, землетрясений.

Бьеф - участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами.

Верхний бьеф плотины - часть реки выше подпорного сооружения (плотины, шлюза).Нижний бьеф – часть реки ниже подпорного сооружения.

Рисберма - укрепленный участок русла реки в нижнем бьефе водосбросного гидротехнического сооружения, защищающий русло от размыва, выравнивающий скорость потока.

Водохранилища могут быть долговременными или кратковременными. Долговременным искусственным водохранилищем является, например, водохранилище верхнего бьефа Ириклинской ГРЭС. Долговременное естественное водохранилище образуется из-за перекрытия рек обвалом твердых скальных пород (горы Тянь-Шаня, Памира и др.).

Кратковременные искусственные плотины сооружают для временного изменения направления русла реки при строительстве ГЭС или других гидротехнических сооружений. Они возникают в результате перекрытия реки рыхлым грунтом, снегом или льдом (заторы, запоры).

Как правило, искусственные и естественные плотины имеют водостоки: для искусственных плотин – направленные, для естественных – случайно образованные (стихийные).

Существует несколько классификаций гидротехнических сооружений.

По месту расположенияГТС делятся:

на наземные (прудовые, речные, озерные, морские);

подземные трубопроводы, туннели.

По характеру и цели использования выделяются следующие виды ГТС:

водно-энергетические;

для водоснабжения;

мелиоративные;

В. А. Макашев, С. В. Петров. «Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие»

канализационные;

водно-транспортные;

декоративные;

лесоплавильные;

спортивные;

рыбохозяйственные.

По функциональному назначению ГТС классифицируются следующим образом:

водоподпорные сооружения, создающие напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним (плотины, дамбы);

водопроводящие сооружения (водоводы), служащие для переброски воды в заданные пункты (каналы, туннели, лотки, трубопроводы, шлюзы, акведуки);

регуляционные (выправителъные) сооружения, предназначенные для улучшения условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек (щиты, дамбы, полузапруды, берегоукрепительные, ледонаправляющие сооружения);

водосбросные сооружения, служащие для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов, которые позволяют частично или полностью опорожнять водоемы.

В особую группу выделяют специальные гидротехнические сооружения:

ГТС для использования водной энергии – здания ГЭС и напорные бассейны;

ГТС для водного транспорта – судоходные шлюзы, бревноспуски;

мелиоративные ГТС – магистральные и распределительные каналы, шлюзы, регу-

рыбохозяйственные ГТС – рыбоходы, рыбоводные пруды;

комплексные ГТС (гидроузлы) – ГТС, объединенные общей сетью плотины, каналы, шлюзы, энергоустановки и т. д.

Классы гидротехнических сооружений

Гидротехнические сооружения напорного фронта в зависимости от возможных последствий их разрушения подразделяются на классы: гидроэлектростанции мощностью 1,5 млн кВт и более относится к I классу, а меньшей мощности – ко II–IV. Мелиоративные сооружения с площадью орошения и осушения свыше 300 тыс. га относятся к I классу, а с площадью 50 тыс. га и менее – к II–IV.

Класс основных постоянных сооружений напорного фронта зависит еще от их высоты и типа грунтов основания (табл. 16).

Таблица 16

Классы основных постоянных гидротехнических сооружений напорного фронта в зависимости от их высоты и типа грунтов основания

В. А. Макашев, С. В. Петров. «Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие»

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