Гідровузли, їх елементи та компонування

Тема 4. Водогосподарські споруди

Питання.

Гідротехнічні споруди, їх класифікація, використання та призначення

Гідровузли, їх елементи та компонування

Греблі

Інженерно-геологічні умови основ гідротехнічних споруд

Водопропускні споруди

Будівлі й споруди гідроелектростанцій (ГЕС) та гідровузлів

Споруди на меліоративних системах

Споруди для водопостачання та каналізації

Природні й штучні водні шляхи

Судноплавні канали і споруди на них

Порти та портові споруди

Серед водогосподарських споруд виділяють гідротехнічні, меліоративні, споруди для водопостачання й каналізації, споруди на природних і штучних водних шляхах з портами й портовими спорудами.

Гідротехнічні споруди, їх класифікація, використання та призначення

Інженерні споруди, призначені для використання природних водних ресурсів, зокрема в річках, озерах, морях, водосховищах, або сприяють запобіганню шкідливій дії води на зовнішнє природне середовище, називають гідротехнічними спорудами.

Всі гідротехнічні споруди за цільовим призначеннямділять на 2 групи: загальні, які використовують у багатьох галузях господарства, і спеціальні - у будь якій спеціалізованій галузі.

Гідротехнічні спорудизагального призначення за характером дії на водний потік підрозділяються на водопідпірні, водозабірні, водопровідні, регуляційні, сполучені та водоскидні.

Водопідпірні споруди створюють і підтримують підпір води шляхом перегороджування природного або штучного водного потоку дамбами або греблями, або будівництвом гідровузлів.

Водозабірні споруди забезпечують водою кілька галузей економіки - зрошення, обводнення, водопостачання, енергетика тощо.

Водопровідні споруди, або водоводи, використовують для транспортування та підведення води до місця використання або її відведення. До них належать канали, трубопроводи, тунелі та інші штучні водоводи.

Регуляційні споруди призначені для регулювання русел річок з метою створення сприятливих умов для руху водного потоку та запобігання розмиванню русел і берегів водотоків, захисту населених пунктів та земельних угідь від затоплення. До них належать струмененапрямні та захисні дамби, льодозахисті стіни тощо.

Сполучні споруди здійснюють безпечне сполучення потоків при наявності значних ухилів і напорів. Для цього створюються сполучні швидкотоки та перепади.

Водоскидні споруди відводять воду з верхнього б'єфу до нижнього б'єфу або в яри, колектори чи озера.

До спеціальних гідротехнічних споруд відносяться галузеві споруди, які створені для даного, спеціального виду гідротехнічного будівництва. Серед них найбільш поширеними є гідроенергетичні, воднотранспортні, водопровідні, каналізаційні, гідромеліоративні, рибогосподарські споруди тощо.

За матеріалом гідротехнічні споруди можуть бути земляними, з кам'яної накиді, бетонними, дерев'яними. За способом будівництва гідротехнічні споруди поділяються на насипні, намивні, монолітні та збірні. За умовами використання гідротехнічні споруди бувають постійними і тимчасовими.

За капітальністю будівництва гідротехнічні споруди поділяють на 5класів:

І клас - постійно діючи високо напірні (понад 110 м), руйнування яких може призвести до катастрофічних наслідків;

П клас - постійно діючи з напором 70-100 м, іноді 50-100 м, руйнування яких може завдати значної шкоди економіці держави;

ІІІ клас - з напором 50-70 м, руйнування яких не пов'язане з катастрофічними наслідками і значними збитками;

IV клас - з напором 25-50 м, руйнування яких призводить до мінімальних збитків;

V клас - всі тимчасові гідротехнічні споруди.

Гідровузли, їх елементи та компонування

Група гідротехнічних споруд, об'єднаних за розміщенням та умовам спільної роботи називається гідровузлом. Основними спорудами, які входять до складу гідровузла, є: греблі (водозабірні та водовідвідні), будівлі гідроелектростанцій, судноплавні шлюзи, лісо- і рибопропускні споруди. Взаєморозташування та взаємозв'язок гідровузла та його споруд називають компонуванням гідровузла. Залежно від господарського призначення річкові гідровузли поділяються на воднотранспортні, енергетичні, водозабірні, водосховищні та комплексні. Комплексні гідровузли призначені для вирішення різних завдань: транспортних, енергетичних та водогосподарських. Прикладом такого гідровузла може бути Каховський гідровузол на Дніпрі.

Крім основних споруд, до складу гідровузла входять також допоміжні споруди: ремонтно-механічні майстерні, дороги, лінії зв'язку. Різноманіття природних умов, а також різниця у масштабах і призначенні призводять до різного компонування гідровузлів, відповідно до чого виділяють такі схеми розміщення споруд:

1. Річкові низьконапірні гідровузли, до складу яких входять греблі, машинні будівлі, шлюзи і водозабірні споруди (рис. 4.1) з підвідними і відвідними каналами в межах напірного фронту споруд. За цією схемою побудовані Київська та Канівська гідроелектростанції.

Рис. 4.1.Річковий низьконапірний гідровузол:

1 - гребля; 2 - машинна будівля; 3 - водозливна бетонна частина греблі;

Шлюз

2. Пригреблеві гідроелектростанції, до складу гідровузла яких входять такі ж самі споруди що і в першій схемі, але машинна будівля винесена до нижнього б'єфу за межі напірного фронту, і вода до турбін подається за допомогою турбінного трубопроводу (рис. 4.2). Такі гідроелектростанції будуються на рівнинних річках або в передгірських районах на річках з глибоким врізом долин, де можна будувати греблі із середнім або великим напором, як, наприклад, на Дніпрі біля м. Запоріжжя.

3. Дериваційні гідровузли (рис. 4.3) будують головним чином в гірських місцевостях. Відмінність будівництва дериваційних гідровузлів від перших двох полягає в тому, що тут напір створюється шляхом спрямування води до дериваційної споруди з ухилами, меншими за природне русло річки, і підведенням її напірними трубопроводами до турбін.

Рис. 4.2. Гідровузол з пригреблевою ГЕС:

1 - гребля; 2 - машинна будівля; 3 - турбінний трубопровід; 4 - водосховище;

Русло річки

Дериваційні гідровузли можуть бути як напірними, так і безнапірними. Такі гідровузли будуються в гірських районах Італії, Швейцарії, Росії та інших країнах.

Рис. 4.3.Дериваційний безнапірний гідровузол:

1 - водосховище; 2 - гребля; 3 - дериваційний канал; 4 - напірний басейн;

5 - турбінний трубопровід; 6 - машинна будівля; 7 - відвідний канал;

Русло річки

Греблі

Греблі є найбільш відповідальними водопідпірними спорудами, тому що вони перетинають водний потік для створення напору і накопичення запасів води в утворених ними водосховищах.

Частину водного потоку вище греблі називають верхнім б'єфом, а іншу частину з більш низьким рівнем води - нижнім б'єфом (рис. 4.4, а).

У водосховищі, яке утворюється внаслідок зведення греблі, виділяють такі рівні

- нормальний підпертий рівень (НПР) - найвищий рівень води при нормальній експлуатації;

- форсований горизонт (ФГ) - рівень, який тимчасово допускається у водосховищі при проходженні повені;

- горизонт мертвого об'єму (ГМО) - найнижчий рівень, який допускається при спорожненні водосховища.

Рис. 4.4. Гребля, водосховище та їх елементи:

1 - гребля; 2 - верхова (напірна) грань; 3 - низова грань; 4 - гребінь; 5 - підошва;

ВБ - верхній б'єф; НБ - нижній б'єф; Н₁ - Н₂ - напір на греблі; ФГ - форсований горизонт; НПР - нормальний підпертий рівень; ГМО - горизонт мертвого об'єму;

V_р- резервний об'єм; V_к - корисний об'єм; V_м — мертвий об'єм

Характерні об'єми водосховища є такими:

- повний об'єм - між НПР і дном водосховища;

- корисний об'єм - між НПР і ГМО - використовується для різних водогосподарських потреб;

- резервний об'єм - між НПР і ФГ - використовується для зняття піку проходження повені;

- мертвий об'єм - між дном і відміткою водоскидних отворів - необхідний для підтримки мінімального рівня води у водосховищі (рис. 4.4, б).

За основним матеріалом греблі поділяються на земляні, кам’янонакидні, бетонні та залізобетонні.

1. Земляні гребліспоруджуються з місцевих матеріалів - суглинків, супісків, пісків та глин на різних основах, навіть на тих, що сильно стискуються. За способом будівництва земляні греблі поділяються на насипні, коли греблю зводять шляхом насипання зі штучним ущільненням, і намивні, коли зведення відбувається із застосуванням різних засобів гідромеханізації. Контакт земляної греблі з основою повинен бути щільним, щоб запобігти фільтрації води з водосховища, або її зменшити. Конструктивно земляні греблі можуть бути таких типів (рис. 4.5):

тип 1 - греблі з однорідних піщано-глинистих слабоводопроникних ґрунтів: супісків, суглинків, глин (рис. 4.5, а).

тип 2 - греблі з неоднорідних ґрунтів, у яких слабопроникний ґрунт знаходиться з боку верхового укосу або в центральній частині тіла греблі, а решта об'єму виконана з водопроникного шару ґрунту (рис. 4.5, б);

тип 3 - греблі з екраном, що зводяться з водопроникних матеріалів, однак їх верхові укоси захищені від проникнення води екраном - шаром глини, суглинку, торфу, бетонними, залізобетонними плитами або спеціальним покриттям з органічних або полімерних матеріалів (рис. 4.5, в);

тип 4 - греблі з ядром, також споруджувані з водопроникних матеріалів, але їх внутрішня центральна частина (ядро) виконується з глини або суглинку, що забезпечує їх водонепроникність рис. 4.5, г);

тип 5 - греблі з діафрагмою, у яких у середній частині перерізу по лінії гребеня влаштовується водонепроникна перегородка із залізобетону, металу, бітумних матеріалів (рис. 4.5, д.).

Рис. 4.5. Типи земляних гребель:

а - з однорідних піщано-глинистих ґрунтів; б - з різнорідних щодо водопроникності ґрунтів; в - з екраном з водонепроникного матеріалу; г - з діафрагмою;

д - з ядром з водонепроникного матеріалу;

Поиск по сайту: