Общие понятия о гидротехнических сооружениях

Сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов (рек, озер, морей, грунтовых вод) или для борьбы с разрушительным действием водной стихии называются гидротехническими. Они могут быть общие, применяемые почти для всех видов использования вод, и специальные, возводимые для какой-либо отрасли водного хозяйства.

К общим гидротехническим сооружениям относят:

· водопроводные сооружения – создают напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним (плотины, дамбы, запруды и т.д.);

· водопроводящие (водоводы) – для переброски воды в заданные пункты: каналы, гидротехнические туннели, лотки, трубопроводы;

· регуляционные (выправительные) – для изменения и улучшения естественных условий протекания водотоков и защиты русел рек от размывов, отложения наносов, воздействие льда и др.;

· водозаборные (водоприемные) – устраивают для забора воды из водоисточника и направления ее в водовод;

· водосбросные – служат для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов и напорных бассейнов.

К специальным гидротехническим сооружениям относят:

· сооружения для использования водной энергии – здания гидроэлектрических станций, напорные бассейны и др.;

· сооружения водного транспорта – судоходные шлюзы, судоподъемники, маяки и др., сооружения по обстановке судового хода, плотоходы, бревноспуски и пр.;

· мелиоративные – магистральные и распределительные каналы, шлюзы – регуляторы на оросительных и осушительных системах;

· рыбохозяйственные – рыбоходы, рыбоподъемники, рыбоводные пруды т.п.

При осуществлении водохозяйственных мероприятий гидротехнические сооружения, объединенные общей целью и располагаемые в одном месте, составляют комплексы, называемые узлами гидротехнических сооружений или гидроузлами. Несколько гидроузлов образуют водохозяйственные системы: энергетические, воднотранспортные, ирригационные, водозаборные и т.д., например, Днепровский каскад гидроэлектростанций, характеристика которых показана в приложении 15.

Сооружения, входящие в состав гидроузла, подразделяются на основные и вспомогательные. Основные сооружения в свою очередь делятся на:

· общие сооружения, обеспечивающие необходимые напор и емкость водохранилища, а также для поддержания гидравлических условий, режима реки (плотины, поверхностные и глубинные водосбросы, сооружения для удаления льда, наносов, шуги, регуляционные, сопрягающие и др.);

· специальные сооружения, выполняющие те функции, для которых был создан гидроузел (ГЭС, судоходные шлюзы, судоподъемники, бревноспуски, плотоходы, рыбоходы).

К вспомогательным сооружениям относятся жилые и производственно- вспомогательные здания и их комплексы с соответствующими инфра-структурами.

Место расположения гидроузла, т.е. тех его сооружений, которые образуют, так называемый, напорный фронт, называют створом.

Основным сооружением гидроузла является плотина – это гидротехническое сооружение, которое перегораживает русло реки (или другого водотока) для подъема уровня воды перед ним, сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища.

С точки зрения жизнеобеспечения, водохозяйственное значение плотин многообразно:

· подъем уровня воды и увеличение глубины в верхнем бъефе благоприятствуют судоходству, лесосплаву, а также водозабору для нужд орошения и водоснабжения;

· сосредоточение напора у плотины создает возможность энергетического использования стока реки;

· наличие водохранилища позволяет регулировать сток, т.е. увеличивать расход воды в реке в меженные периоды и уменьшает максимальный расход в паводок, способный привести к разрушительным наводнениям.

Бъеф – это часть водоема, реки или канала, примыкающая к водоподпорному сооружению (плотине). Различают: верхний бъеф, распо-ложенный выше по течению, перед водоподпорным сооружением (плотиной, шлюзом) и нижний бъеф, который находится ниже по течению, по другую сторону водоподпорного сооружения (плотины или шлюза) (см. рис. 11).

Плотины могут быть земляные, каменные, каменно-земляные, бетонные. Станционная, шлюзовая, рыбоходная и водосбросная части плотины выполняются, как правило, из гидротехнического бетона, остальная часть – бетонная или земляная, каменно-земляная.

Водохранилище – искусственный водоем, образованный, как правило, в долине реки водоподпорным сооружением (плотиной) для накопления и хранения воды в целях ее хозяйственного использования. Для водохранилища характерны возрастание глубины по направлению к плотине, весьма замедленные, по сравнению с рекой, водообмен и скорость течения, неустойчивость летней термической и газовой стратификации (распределение плотности и температуры воды по вертикали).

На водохранилище различают:

· нормальный подпорный уровень (НПУ) или нормальный подпорный горизонт (НПГ) – высший подпорный уровень, который плотина может поддерживать в течение длительного времени при обеспечении нормальной эксплуатации всех сооружений гидроузла;

· форсированный подпорный уровень (ФПУ) – наивысший подпорный уровень, который плотина может поддерживать недолгое время в период пропуска паводка, обеспечивая сохранность сооружений;

· сниженный подпорный уровень (СПУ) или уровень мертвого объема (УМО) – минимальный уровень, допустимый в условиях нормальной эксплуатации (см. рис. 11).

Плотина и водохранилище существенно воздействуют на реку и прилегающие территории:

· изменяются режим стока реки, температура воды, продолжительность ледостава; затрудняется миграция рыбы; берега реки в верхнем бьефе затопляются;

· меняется микроклимат прибрежных территорий;

· уменьшаются половодья, в результате чего ухудшаются условия нереста рыб и произрастание трав на пойменных лугах;

· уменьшение скорости течения вызывает выпадение наносов и заиливание водохранилища;

· биомассы в водохранилище образуются интенсивнее, меняется видовой состав флоры и фауны и т.п.