Водохранилищные водозаборные сооружения

Многие реки в настоящее время превращены в каскады водохранилищ комплексно­го назначения. При проектировании водозаборов из водохранилищ необходим учет волнения и течений, ими возбуждаемых, движения наносов и переформирования побе­режья, особенностей шуголедовых явлений и биологических факторов.

Основным течением в водохранилище является транзитное. Структура его достаточно сложная, обусловленная изменением течений вследствие суточного и недельного регули­рования мощности ГЭС, а также различной шероховатостью русла и пойм, меньшими глубинами воды на поймах. Транзитное течение сопровождается циркуляционными тече­ниями на поймах, в бухтах, заливах и других местах. Структура этих течений может еще более усложниться в летний период, когда плотность верхних слоев уменьшается при их нагреве, а транзитные и циркуляционные течения могут стать плотностными, размещаясь в придонных более холодных и плотных слоях воды (стратифицированные течения воды).

Стратификация воды характеризуется температурным скачком на глубине 8-10 м. Забор более холодной воды для тепловых электростанций позволяет уменьшить расход забираемой воды и увеличить выработку энергии. Такой водозабор именуют глубинным или селективным; для его осуществления применяют водоприемники специальных кон­струкций, в том числе водоприемники с большой длиной и переменной высотой водо­приемных отверстий (для одинакового отбора воды по длине водоприемного «фронта»), водоприемники с горизонтальными козырьками над водоприемными отверстиями и др.

Волнение в водохранилище приводит к образованию ветроволнового течения, кото­рое накладывается на уже перечисленные течения. Кроме того, в прибойной зоне при косом подходе волн к берегу возникает вдольбереговое течение (рис. 6.73, а). При раз­рушении волн на мелководье и переохлаждении воды в предледоставный период возможно образование кристаллов льда с включениями песчаных частиц из взвешенных волнением наносов. Вдоль береговые течения с облаками из утяжеленной песчаными частицами шуги могут следовать за искривлениями линии берега (рис. 6.73, б), но при резком искривлении берега могут отклониться и вынести шугу в глубоководную часть водохранилища (рис. 6.73, а и в), где отмечались случаи закупорки такой шугой отвер­стий глубоко расположенных водоприемников (слоев внутриводного льда до 7 м). На рис. 6.73, г изображена одна из схем управления вдольбереговым течением с помощью криволинейной струенаправляющей дамбы.

Ориентировочно можно считать, что разрушение волн происходит на глубине, на­зываемой критической и равной 1,5-2,5 высоты волны, и что в зоне побережья с мень­шими глубинами волновое воздействие на дно особенно интенсивно. Водохранилище является отстойником значительных размеров, вследствие чего мутность воды в нем, как правило, меньше мутности в реке. Но в прибрежной зоне вследствие взмучивания отложений при волнении она может быть значительной; мут­ность уменьшается при удалении от зоны разрушения волн, но при длительном и силь­ном волнении она остается значительной даже на расстоянии 2-3 км.

Замедление стока в водохранилищах способствует развитию в них различных орга­низмов, в том числе фитопланктона, который в период прогревания воды вызывает ее «цветение». При штилевой погоде фитопланктон концентрируется в верхнем слое во­ды. Большая часть планктона состоит из сине-зеленых водорослей. При разложении планктона отмечается неприятный специфический запах. Выбор типа водозаборных сооружений определяется топографическими, гидроло­гическими, геологическими и гидрогеологическими, а также санитарными условиями, которые зависят от места расположения водозабора в приплотинной, средней зоне во­дохранилища или в его верховьях, в уширенной части водохранилища или в узком проливе, а также от климатических данных.

Приплотинные водозаборные сооружения можно совместить с башней донного во­доспуска или с сооружениями водосброса, водоприемник может находиться в теле бе­тонной плотины. При строительстве водозабора в верховьях водохранилища необхо­димо учитывать отложение наносов и возможность переформирования ложа водотока.

Водозаборные сооружения комбинированного типа состоят из береговых сооружений совмещенного типа для приема воды при высоких уровнях воды в водохранилище и дополнительно затопленных водоприемников, вынесенных в водохранилище и предна­значенных для приема воды при низких уровнях.

При расположении водозабора в средней части водохранилища применяют сооружения всех типов: раздельного и совме­щенного (в составе затопленного водоприемника, самотечных и сифонных водоводов, берегового сеточного колодца и насосной станции, отдельно стоящей или совмещен­ной с сеточным отделением); комбинированного (с береговым и глубинным приемом воды); берегового с водоприемным ковшом или подводящим канатом, а также островно­го (незатопляемый водоприемник, расположенный в акватории водохранилища, совме­щают с насосной станцией). Водозаборное сооружение последнего типа характеризуется сложностью строительства, но и большей бесперебойностью подачи воды, позволяя осу­ществлять различные эксплуатационные мероприятия. При эксплуатации берегового водозабора осложнения могут возникнуть вследствие отложений наносов, транспорти­руемых вдольбереговыми течениями, и нагона к водозабору волнением и ветром планк­тона, сора, шуги, битого льда, а также нагромождения льда в период ледохода.