2. Район строительства, назначение гидроузла

И КЛАСС ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

В этой главе указывают географическое положение объекта, дают краткую климатическую характеристику района строительства. Приводят краткую гидрологическую характеристику реки, а также геологические и гидрогеологические условия створа и чаши водохранилища. Дают геотехнические характеристики грунтов, сведения о наличии местных строительных материалов, дорог, связи, источников энергоснабжения и т.д.

Гидроузел с плотиной из грунтовых материалов обычно обеспечивает решение следующих задач:

- аккумуляция паводковых расходов воды в водохранилище с целью её дальнейшей подачи потребителю и с целью уменьшения паводковых расходов на водотоке;

- обеспечение водой потребителей (орошение, водоснабжение, обводнение и пр.) в соответствии с графиком водоподачи;

- поддерживание необходимых расходов и уровней воды в нижнем бьефе гидроузла;

- создание зон отдыха (рекреации) на территории, прилегающей к водохранилищу.

Уточнив у руководителя конкретный круг задач, которые обязан решить проектируемый гидроузел, студент должен назначить класс гидротехнических сооружений, который зависит от технических характеристик основных подпорных сооружений, видов грунтов основания и народнохозяйственным значением объектов, входящих в состав гидроузла [ 8,3 ].

Следует подчеркнуть, что окончательное оформление этой главы проекта возможно лишь после параллельной проработки всех 4 разделов следующей главы.

3. Створ гидроузла, состав и рациональная схема

КОМПОНОВКИ ЕГО СООРУЖЕНИЙ

3.1. Створ гидроузла

Створ гидроузла выбирают в соответствии с целым комплексом условий (топографические, инженерно-геологические, гидрологические, экологические и т.д.), учитывая при этом интересы водо- и землепользователей. Выбор створа гидроузла обычно ведут в определенной последовательности. Вначале определяют район строительства, исходя из естественных условий и общей схемы комплексного использования водоисточника. В выбранном районе намечают несколько створов, по каждому из которых проводится эскизная компоновка гидроузла в целом и отдельных сооружений, входящих в его состав. После технико-экономического сравнения утверждается проектный створ, в котором по возможности одновременно:

- гидроузел будет наиболее полно удовлетворять поставленным водохозяйственным задачам и экологическим требованиям (получение необходимого полезного объёма воды, глубины, площади зеркала, недопущения подтопления прилегающих территорий и т.д.)

- наиболее удобные условия компоновки гидроузла (отдельные сооружения должны наилучшим образом выполнять своё назначение, быть экономичными, не мешать работе других сооружений);

- наиболее удобные природные условия (геологические, гидрогеологические, гидрологические и др.), малы фильтрационные потери воды из ложа водохранилища и т.п.;

- наиболее благоприятные технико-производственные условия (наличие удобной строительной площадки и хороших условий пропуска строительного расхода, источника энергоснабжения, дорог, связи, трудовых и материальных ресурсов и т.д.).

Как правило, гидроузел располагают выше (по течению) населённых пунктов, вдали от оврагов и выработок, ниже притоков, вблизи карьеров и т.п. Сооружения гидроузла должны располагаться на достаточно прочном основании [ 9 ].

В связи с напряжённым графиком выполнения курсового проекта площадка створа гидроузла выдаётся студенту в задании, что значительно облегчает выбор створа плотины. С целью получения минимальных объёмов земляных работ по устройству плотины, её створ стараются расположить в наиболее узкой части долины перпендикулярно горизонталям поймы. На выбор оси плотины большое влияние оказывает водосбросное сооружение, поэтому целесообразно выбор створа плотины и назначение типа и трассы водосброса производить одновременно. По выбранной оси плотины строится продольный разрез, где показывается геологическое строение основания.

3.2. Состав гидроузла и назначение его сооружений

В состав проектируемого гидроузла входят: грунтовая плотина, водосбросное сооружение, водозабор, водовыпуск и водоспуск.

В данных указаниях рассматривается вариант земляной насыпной плотины, которая выполняет роль водоподпорного сооружения. Водосброс предназначен для сброса в нижний бьеф гидроузла той части объёма паводка, которая не может быть аккумулирована в водохранилище при нормальных условиях его эксплуатации во избежание превышения установленных проектом уровней воды в верхнем бьефе. Водозаборное сооружение устраивают для забора воды из водохранилища в оросительные, обводнительные и водопроводные системы. Водовыпуск служит для подачи в нижний бьеф тех расходов воды, которые необходимы там для нужд ирригации, водоснабжения и т.п. Водоспуск предназначен для полного или частичного опорожнения водохранилища, пропуска в нижний бьеф бытовых или санитарных расходов воды. Водовыпуск и водоспуск в этом проекте рекомендуется объединить в одно сооружение, которое можно использовать также и для пропуска строительного расхода, частичной промывки верхнего бьефа от наносов, для пропуска части паводкового расхода редкой повторяемости.

3.3. Тип водосбросного сооружения

Водосбросные сооружения при грунтовых плотинах устраивают для пропуска расчётных максимальных расходов половодья или дождевых паводков реки в естественном состоянии с учётом их трансформации в водохранилище [ 8 ]. Расчётные максимальные расходы воды надлежит принимать исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности в %), устанавливаемой в зависимости от класса сооружений для двух расчётных случаев - основного и поверочного.

Тип водосброса выбирают с учётом:

- напора на плотину (перепад уровней воды в верхнем и нижнем бьефах);

- гидрологического режима реки (паводковых и строительных расходов, скорости подхода воды и направления течения, состава наносов) и ледовых условий;

- топографических, геологических и гидрогеологических условий;

- схемы организации и технологии производства работ;

- эксплуатационных особенностей;

- результатов технико-экономических сопоставлений.

Согласно одной из классификаций, водосбросы могут быть:

- регулируемые (управляемые) с порогом водослива, расположенным ниже НПУ и оборудованные затворами;

- нерегулируемые (автоматические) с порогом водослива, расположенным на отметке НПУ и не имеющие затворов.

В автоматических водосбросах расчётные максимальные расходы воды пропускаются при форсированных подпорных уровнях, в то время как в регулируемых водосбросах основной расход пропускается при НПУ, а поверочный - при ФПУ. Автоматические водосбросы не требуют постоянного наблюдения за изменением уровня воды в водохранилище и своевременного маневрирования затворами как у регулируемых водосбросов, что ведёт к уменьшению эксплуатационных затрат. В то же время, пропуск любого, даже маленького расхода через автоматический водосброс неизбежно сопровождается форсировкой (превышением) уровня воды в водохранилище выше НПУ, что приводит к временному дополнительному затоплению прибрежной полосы. Кроме того, очень часто при прочих равных условиях высота плотины гидроузла с автоматическим водосбросом получается больше по сравнению с управляемым водосбросным сооружением, что требует дополнительных единовременных капитальных затрат.

Автоматические водосбросы применяют при малых сбросных расходах (менее 30 ... 40 м³ /с) и подразделяют на открытые береговые (при расходах 20 ... 40 м³ /с) и трубчатые (ковшовые, сифонные, шахтные и др.), которые предпочтительны при необходимости устройства проезда в пределах сооружения.

Регулируемые водосбросы устраивают в случаях:

- когда по каким-либо условиям ограничен или нежелателен подъём уровня водохранилища выше НПУ;

- при необходимости быстрой сработки водохранилища;

- при больших расчётных расходах.

Регулируемые сбросные сооружения могут быть береговой компоновки в виде открытого водосбросного тракта в состав которого обычно входят: подводящий канал, шлюз-регулятор, сопрягающий канал, бьефосопрягающее сооружение и концевая часть с гасителями и отводящим каналом. Пойменная или русловая компоновка регулируемых водосбросов обычно предпочтительна при расходах больше 100 м³ /с и значительных колебаниях уровней воды. При этом конструкция водосброса может быть в виде водосливной плотины, облегчённой конструкции проф. Сенкова, ячеистой, сборно-монолитной с решётчатым сливом.

В качестве водосброса для одних и тех же условий часто можно применять несколько типов сооружений. Поэтому при проектировании приходится рассматривать эскизные наброски нескольких вариантов конструкций, выбрать один из них в качестве проектного и после консультации с руководителем произвести его детальную разработку.

Выбрав тип водосбросного сооружения и наметив его ориентировочный состав, определяют отметку ФПУ в верхнем бьефе, используя при этом типовые проектные решения и гидравлические расчёты.

3.4. Компоновка сооружений гидроузла

Компоновка гидроузла включает в себя выбор створа плотины, трасс и местоположения всех водопропускных сооружений. Расположение сооружений в гидроузле зависит от назначения, типа и конструкции отдельных сооружений, от естественных условий и т.п. Поэтому вопрос компоновки решается параллельно с выбором створа и типов всех сооружений и в каждом случае имеет индивидуальное решение. Основная цель при компоновке гидроузла - добиться наиболее простой и удобной для возведения и эксплуатации схемы расположения сооружений при минимальных затратах. После изучения типовых компоновок гидротехнических узлов [ 16 ], студент представляет руководителю проекта 1-2 схемы компоновки своего гидроузла для утверждения. Принятую схему компоновки гидроузла обосновывают и описывают, после чего можно приступать к конкретному конструированию и расчёту отдельных сооружений.