Питание водой и сооружения на каналах

Объем воды, необходимый для поддержания судоходных глубин в канале, удовлетворения нужд других потребителей и покрытия потерь должен обеспечиваться за счет естественного, искусственного или смешанного питания.

Естественное (самотечное) питание осуществляется за счет естественного стока воды в водосборный бассейн канала: водораздельный бьеф или водохранилище. Для этой цели стремятся использовать ествественные водотоки (реки и озера), расположенные вблизи водораздельного бьефа и промежуточных бьефов между шлюзами (рис. 11.7).

Рис. 11.7. Схема водораздельного бьефа канала с естественным питанием:

1 – верхнее водохранилище; 2 – соединительный канал; 3 – нижнее водохранилище; 4 – питающий канал; 5 – водораздельный бьеф; 6 – шлюзы замыкающие водораздельный бьеф; 7 – подпорные сооружения с водосбросом; 8 – озеро, питающее водораздельный бьеф

При самотечном питании специально созданные водохранилища, снабжающие водой судоходный канал, располагают выше наивысшего расчетного уровня воды в бьефе канала. Для регулирования расхода воды, поступающего в канал, в составе подпорных сооружений на реках, озерах и водохранилищах устраиваются водосбросы с затворами. Примерами каналов с естественным питанием являются Волго-Балтийский и Беломорско-Балтийский.

Искусственное и смешанное питание каналов водой применятся в том случае, когда естественного стока воды в бассейн канала недостаточно. Питание в этих случаях осуществляется путем перекачки воды насосными станциями из нижних бьефов в верхние вплоть до водораздельного бьефа. Примерами каналов со смешанным питанием являются Волго-Донской и им. Москвы.

Насосные станции Волго-Донского канала располагаются в специально прорытых к ним подводящих каналах (рис. 11.8) и совмещены с водосбросами, которые служат для регулирования уровней воды в бьефах.

Рис. 11.8. Схема расположения насосной станции на Волго-Донском канале:

1 – судоходный шлюз; 2 – верхний подходной канал; 3 – отводящий канал; 4 – насосная станция; 5 – подводящий канал; 6 – эстакада с забральной балкой; 7 – нижний подходной канал;

Насосные станции канала им. Москвы снабжены обратимыми пропеллерными машинами, что позволяет им работать в насосном и генераторном (турбинном) режимах. В часы минимального потребления электроэнергии насосные станции используют избыточную электроэнергию энергосистемы для наполнения водохранилищ на канале, а в часы максимального потребления электроэнергии через насосные станции сбрасывается вода из водохранилищ и они, работая в турбинном режиме, вырабатывают электроэнергию.

Для исключения возможности перенаполнения или переопорожнения бьефов канала насосные станции работают в автоматическом режиме, а управление их работой – централизовано.

Необходимая мощность насосной станции определятся по формуле

, кВт, (11.21)

где: Q_н.с. – расчетный расход воды насосной станции, м³/с;

η_н – к.п.д. насосной станции, принимаемый равным 0,8;

ρ и g – плотность воды, т/м³; и ускорение силы тяжести, м/с².

Режимы работы насосных станций рассчитываются для трех характерных по водности лет с обеспеченностью 25, 50 и 90%. Число насосов станции определятся на основании суточного графика максимальной водоподачи в канал. К числу выбранных рабочих насосов дополнительно принимается один резервный.

На судоходных каналах возводятся различные по назначению сооружения. Они разделяются на общие, встречающиеся на всех каналах, и специальные, принимаемые для определенных водохозяйственных целей.

К общим сооружениям относятся водозаборные и водопроводящие сооружения, сооружения для пропуска наземного транспорта и населения, ремонтные и аварийные сооружения и др.

Водозаборные сооружения обеспечивают подачу воды из каналов на нужды водоснабжения, орошения, обводнения и др. цели. Водопроводящие сооружения возводят при пересечении трассы канала с водотоками и другими препятствиями: трубы, дюкеры, акведуки, селепроводы, сифоны, туннели и др.

К числу сооружений для пропуска наземного транспорта и перевозки населения относят мосты, эстакады, акведуки, паромные переправы, пристани и причалы. Для обеспечения безопасного прохода судов под мостовыми переходами и линиями электропередач устанавливаются их габариты (ширина пролета и высота от наивысшего судоходного уровня) в зависимости от типа перехода. Подмостовой габарит на шлюзах Волжско-Камского каскада и Волго-Балтийского водного пути, например, назначают не менее 16,5 м. Наименьшие расстояния от проводов воздушных линий электропередач определяют в зависимости от надводного габарита судна и запаса от несъемной части надстроек судна до проводов ЛЭП, который принимают в зависимости от энергонапряжения в проводах.

В качестве ремонтных и аварийных сооружений на каналах используют заградительные ворота, водосбросы и водоспуски. Заградительные ворота устанавливаются по краям водораздельного бьефа или в конце больших бьефов на склонах канала с целью предотвращения возможности опорожнения бьефов в случае аварий на сооружениях. Водопропускные сооружения (водосбросы и водоспуски) необходимы для регулирования объемов и уровней воды в канале, полного или частичного опорожнения бьефов при выполнении ремонтных работ. Водосбросы обеспечивают пропуск определенного расхода воды, а водоспуски – полное опорожнение бьефа канала.

К специальным сооружениям на каналах относятся судоходные шлюза, насосные станции, гидроэлектростанции, рыбозащитные и сороудерживающие сооружения.

На каналах транспортно-ирригационного назначения широко используются открытые и трубчатые регуляторы, водоспуски, водомеры, вододелители и другие сооружения.