Классификация гидросооружений

Требования к эксплуатации

При компоновке гидроузла стремятся к тому, чтобы он был компактным, а все сооружения  гидроузла наилучшим образом выполняли свои функции в период эксплуатации и допускали возможность их ввода  во временную эксплуатацию при неполном напоре. Необходимо создание в верхнем и нижнем бьефах благоприятного режимов, особенно при пропуске через водосливные сооружения паводковых вод и льда. Направление и значение скоростей течения не должны допускать размывов в зоне расположения сооружений и отложение наносов с верхней стороны. Все сооружения гидроузла должны быть связаны дорогами и доступны для выполнения ремонтных работ.

Технико-экономические условия

Так как компоновка каждого гидроузла носит индивидуальный характер и представляет собой сложную задачу, поэтому ее осуществляют на основании техн.-эконом. сравнения ряда возможных вариантов. Отдается предпочтение тому варианту, при котором сооружения работают наиболее эффективно и не вызывают трудностей при проведении строительных, монтажных  и ремонтных работ, а гидроузел имеет наименьшую стоимость

При компоновке гидроузла и особенно узлов комплексного значения следует учитывать:

1. Современное и перспективное размещение потребителей энергии и воды для орошения и водоснабжения;
2. Возможное развитие гидроузла в будущем - повышение напора, стр-во судоходного шлюза или судоподъемника, стр-во водозабора и т. п.
3. Обеспечение надежной транспортной связи с внешними магистральными дорогами;
4. Использование сооружений гидроузла в качестве мостового перехода для автомобильного и ж/дорожного транспорта.

Проектируемые гидроузлы в зависимости от природных условий и создаваемых ими напоров подразделяются на безнапорные, низконапорные (до 25м), средненапорные (до 75м) и высоконапорные (свыше 75м).

Безнапорные гидроузлы

К безнапорным гидроузлам относятся бесплотинные поверхностные водозаборы, осуществляющие отбор воды из реки в канал при бытовом уровне воды в реке для целей ирригации, обводнения, промышленного и х/бытового водоснабжения.

По условиям отбора воды из реки в маг. канал водозаборы делятся на регулируемые и нерегулируемые. При нерегулируемых расход в канал зависит от уровня воды в реке. Для регулируемых подача воды в канал осуществляется или с помощью регулятора или насосной станции, которая дает возможность подавать нужный расход при любом уровне воды в реке.

Местоположение и компоновка безнапорных гидроузлов, а также тип водозабора определяются следующими факторами:

1. Условиями и величиной отбора воды из реки;
2. Топографическими условиями;
3. Геологическими и гидрологическими условиями участка реки;
4. Климатическими условиями района и др.

Наиболее простым из них является открытый канал для ирригации, отходящий под острым углом от реки. Устройство в начале канала головного сооружения позволит регулировать подачу воды в канал.

Низконапорные гидроузлы

Они строятся на равнинных и горных реках для подъема уровня воды в них для обеспечения судоходства, лесосплава, отбора воды для ирригации и водоснабжения, а также в энергетических целях. В зависимости от характера реки и назначения гидроузла в его состав кроме плотины могут входить судоходные шлюзы, водозаборные сооружения и лесосплавные сооружения, здания гидроэлектростанций и рыбопропускные устройства.

Особенностью низконапорных сооружений является их расположение в русле реки и пониженной части поймы. Расположение транспортных сооружений и гидроэлектростанций осуществляется обычно на разных берегах реки для исключения отрицательного влияния скоростей течения на эти сооружения реки.

При недостаточной ширине русла реки некоторые сооружения выносятся на берег реки в специальную выемку, обычно, это гидростанцию.

Средненапорные гидроузлы

Средненапорные гидроузлы строятся либо на многоводных равнинных реках на широких поймах и нескальных грунтах, либо на предгорных или горных реках с неширокой поймой  на скальных и полускальных грунтах НБ.

Основное назначение этих гидроузлов энергетическое, но обычно они используются также для целей судоходства, ирригации, судоходные шлюзы, плотина из грунтовых промышленного и питьевого водоснабжения. В состав сооружений входят бетонная или ж/б водосливная плотина, здание ГЭС, плотина из грунтовых материалов с пойменной, русловой или полупойменной компоновкой.

Высоконапорные гидроузлы

Высоконапорные гидроузлы по характеру использования сооружений и их компоновке могут быть двух типов: на горных реках и на многоводных равнинных или предгорных реках. В состав сооружений этих гидроузлов входят высокая плотина, водосбросы, обеспечивающие пропуск строительных или эксплуатационных расходов, здание гэс с водозабором и водопроводящими сооружениями, ирригационные и хозяйственно-питьевые водозаборы. Иногда на узлах равнинных рек устраиваются шлюзы или судоподъемники, а также устройства для пропуска леса.

В широких створах равнинных рек компоновка определяется пропуском строительного или паводкового расходов. При этом основную часть русла занимают бетонная водосливная плотина и здание гэс, расположенной либо в водоподпорном фронте, либо позади глухой бетонной плотины, в зависимости от напора. Береговые участки русла реки обычно застраивают грунтовыми или глухими бетонными плотинами. Судоподъемные сооружения чаще всего располагаются в скальных берегах.

Охрана окружающей среды

При компоновке гидроузла необходимо предусмотреть мероприятия по охране окружающей среды как в районе расположения гидроузла, так и вдоль береговых линий ВБ и НБ.

К числу таких мероприятий относится:

1. Сохранение и улучшение общего природного ландшафта в районе створа гидроузла и вдоль трасс водосбросных и водозаборных сооружений;
2. Размещение отвалов грунта и карьеров строительных материалов в зоне водохранилища;
3. Создание благоприятных условий для миграции рыб к нерестилищам и обратного их скатывания и рыбной молоди в НБ;
4. Предотвращения переформирования русел и берегов рек в ВБ и НБ;

Обеспечение возможности использования полезных ископаемых в случае их затопления или подтопления;

5. Поддержание нормальных санитарных условий в зонах расположения и влияния гидроузла.

При выборе отметки НПУ необходимо уделять особое внимание на подпор, который создает водохранилище:

• предотвращение подтопления и заболачивания с/х земель и территорий занятыми населенными пунктами и промпредприятиями. Во всех случаях возникновения мелководий и подтоплений необходимо прорабатывать вопросы защитных мероприятий с оценкой эффективности их осуществления и выбором наиболее целесообразного.

Реконструкция гидротехнических сооружений

Реконструкцию постоянных гидротехнических сооружений следует проводить для:

• усиление основных ГТС и их оснований при повышении риска аварий из-за старения сооружений и оснований или увеличения внешних воздействий, а также увеличения масштаба экон-х, экол-х и соц-х последствий возможных аварий;
• обеспечение водопропускной способности основных ГТС;
• увеличение выработки электроэнергии;
• увеличение емкости хранилищ жидких отходов;
• замена оборудования в связи с его износом;
• повышение водообеспечения оросительных систем, улучшение режима грунтовых вод на орошаемых или осушаемых площадях;
• увеличение грузо- и судопропускной способности портов и судоходных сооружений;
• улучшение экол-х условий зоны влияния гидроузла;

Реконструкцию проводят также при изменении нормативных требований.

При реконструкции следует максимально использовать существующие сооружения, находящие в нормальном эксплуатационном режиме.

Реконструкцию следует производить без прекращения работы основных сооружений.

Техническое состояние реконструируемых сооружений и их элементов следует определять спец. исследованиями и расчетами на основе существующих  строительных материалов и грунтов оснований, принятых для проектов реконструкции.

Обеспечение безопасности ГТС

При разработке проекта ГТС следует руководствоваться законодательством РФ о безопасности ГТС и нормативными требованиям, направленными на обеспечение безопасности ГТС. В состав проекта ГТС следует разрабатывать спец. проект натурных наблюдений за их работой как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации для выявления различных дефектов и неблагоприятных явлений и принятие необходимых мер против аварий, улучшения режимов эксплуатации и оценки уровня безопасности и риска аварий.

В составе проекта ГТС должны быть разработаны критерии их безопасности, которые должны уточняться в процессе эксплуатации на основе результатов натурных наблюдений за состоянием  сооружений, нагрузок и воздействий, а также за характером изменений стройматериалов и оснований, конструктивных решений.

Повреждения, которые могут привести к чрезвычайным ситуациям на всех стадиях их создания и эксплуатации, подлежат декларированию безопасности (документ, в котором обосновывается безопасность ГТС и определяются меры по обеспечению безопасности ГТС с учетом его класса). Декларация безопасности является обязательной частью проекта с утверждением в органах надзора безопасности и подлежит корректировке в процессе эксплуатации.

В проектах ГТС для локализации и ликвидации возможных аварий предусматриваются тех. решения по СОЗДАНИЮ необходимых резервов грунта, транспорта и оборудования, мостов и подъездных путей, автономных и резервных источников электроэнергии и др. противоаварийных средств оперативного действия.

Должны быть предусмотрены конструктивно-технологические решения по предотвращению развития  возможных опасных повреждений и аварийных ситуаций в период строительства и эксплуатации.

В проекте ГТС выполняются расчеты по оценке возможных материальных и социальных последствий при нарушении напорного фронта и необходимо предусмотреть мероприятия по снижению негативных последствий.

В проекте водонапорных ГТС следует предусмотреть локальные системы оповещения населения, проживающего в НБ, о прорыве напорного фронта.

ФИЛЬТРАЦИЯ В НЕСКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЯХ ГТС

Задачи фильтрационных расчетов

Фильтрационные расчеты ГТС производят с целью определения:

1. фильтрационного  давления на подошву ГТС;

2. положения  кривой депрессии фильтрационного  потока в грунтовых плотинах  и на участках примыкания плотин к берегу;

3. фильтрационных  расходов;

4. градиентов  и скоростей фильтр. потока в  основании бет. сооружений, в теле  и основании земляных сооружений  и в зонах обходной фильтрации.

Определяемые расчетами фильтр. давление на бетонные сооружения и положения кривой депрессии в земляных сооружениях наряду с другими факторами позволяют установить устойчивость этих сооружений, а также наметить мероприятия по снижению их влияния на устойчивость. Фильтрационные расходы позволяют установить потери воды из водохранилища и необходимость выполнения тех или иных мероприятий для их снижения.

Сведения о градиентах и скоростях фильтр. потока при выходе его в НБ или дренажные устройства требуются для определения фильтр. прочности грунтов (выпор, суффозия, контактный размыв).

При фильтрационных расчетах ГТС важное значение имеют правильные в расчетных схемах гидрогеологических условий основания сооружений и береговых склонов, к которым примыкают эти сооружения (строение грунтов оснований, водопроницаемость грунтов, режим грунтовых вод в естественных условиях), а также характер и условия работы противофильтрационных устройств (проницаемость шпунтовых стенок, завес, понуров, экранов, диафрагм, бетона, возможность образования щелей и пр.)

Расчетные гидрогеологические  схемы фильтрации разрабатывают на основе данных инженерно- гидрогеологических изысканий. Существующие методы фильтр. расчетов делятся на три группы:  гидромеханические (основаны на математическом анализе и применяются для решения простых задач); гидравлические (приближенные) и экспериментальные.

Основные положения теории фильтрации.

Фильтрация воды в порах грунта происходит под влиянием силы тяжести при наличии разности напоров воды в отдельных точках потока

Движение фильтрационных вод подчиняется закону Дарси:

Q = kф ωl

Закон Дарси можно также выразить: υ = kф I, где υ = Q/ώ, где υ – фиктивная скорость фильтрации, отнесенная к полной площади сечения потока ω.

Действительная скорость течения воды в порах грунта: υ = υ/m где m – твердые частицы грунта.

Основное  диф. уравнение движения грунтовых вод выводят на основе закона Дарси без учета сил инерции.  Для установившегося плоского дв-ия эти уравнения имеют вид: