14.5. Крупные водохозяйственные системы СССР
В настоящем параграфе приводится краткое описание некоторых наиболее значительных водохозяйственных комплексов СССР, построенных в 70-х годах и строящихся в настоящее время. Основным элементов каждого из них являются крупные и наиболее интересные по своему конструктивному решению магистральные каналы. Именно на этих сооружениях проходят производственную и эксплуатационную проверку многие технические решения, формирующие прогресс в этой области гидротехнического строительства. Все рассмотренные ниже сооружения являются объектами комплексного назначения и предназначены для удовлетворения потребностей ирригации, водоснабжения, обводнения, гидроэнергетики, рекреации и др. с различным удельным весом каждой отрасли в конкретном объекте.
Канал Иртыш — Караганда предназначен для обеспечения водой развивающегося Карагандинского промышленного комплекса, а также орошения и обводнения прилегающих к каналу земель. Суммарная площадь орошаемых на базе канала земель достигает 150 тыс. га.
Трасса канала, имеющего длину от водозаборного узла до Караганды 458 км, проходит по территории Павлодарской и Карагандинской областей. Водозаборный узел расположен на притоке Иртыша Белой и включает водозабор плотинного типа с насосным подъемом воды. На протяжении первых 173 км между Иртышом и р. Шидертой трасса канала проходит в западном направлении по Прииртышской низменности. Шестью насосными станциями вода на этом участке поднимается на 108 м. На 173-м км трасса канала входит в долину р. Шидерты и далее практически до Караганды поднимается на высоту 310 м. Общая длина этого участка канала около 240 км, из которых первые 80 км канал проходит по системе десяти водохранилищ, связанных между собой каналами и насосными станциями, а далее на длине 60 км трасса канала проходит по левому склону долины р. Шидерты. Затем канал пересекает водораздел рек Шидерты и Нуры и на 458-м км разветвляется на две ветви. По одной из них вода подается в районный водопровод городов Караганды и Темиртау, а по другой — в Самаркандское водохранилище. На трассе канала создано два резервных водохранилища — Экибастузское и Туздинское.
Головной расход канала 75 м7с. Общий подъем воды на 418 м осуществляется примерно равными ступенями от 15 до 20 м с помощью 22 насосных станций, имеющих одинаковое оборудование и однотипную конструкцию. Здание станции представляет собой замкнутый многогранник с круговым подводом воды, в нем размещаются четыре насосных агрегата с насосами ОПЮ-185 (подача каждого 14—19 м3/с).
Канал имеет трапецеидальное сечение (см. рис. 14.3), откосы закреплены слоем щебня или горной массы. На трассе канала имеется много других сооружений, в том числе 14 земляных плотин высотой от 8 до 30 м, перегораживающие сооружения, водосбросы, водовыпуски и др.
Канал Днепр — Донбасс предназначен для промышленного и коммунально-бытового водоснабжения ряда областей центрального и восточного Донбасса и Харьковского промышленного района, а также орошения прилегающих к каналу земель на площади около 130 тыс. га. Питание канала осуществляется из Днепродзержинского водохранилища на Днепре. Водохозяйственная система канала Днепр — Донбасс включает комплекс сооружений основного магистрального канала от Днепра до Северского Донца, трубопроводную подачу воды в Харьков и канал, подающий воду из основного магистрального канала до Донецка. Переброска части стока Днепра в Северский Донец позволяет увеличить водоотбор из этой реки для нужд промышленности и сельского хозяйства Донецкой, Ворошиловградской и Ростовской областей.
Основной магистральный канал имеет длину 263 км и головной расход 120 m/c. По условиям рельефа и характеру водоподачи трасса канала имеет три характерных участка: участок машинного подъема, водораздельный участок и самотечный участок. Участок машинного подъема длиной 193 км протрассирован в пойме рек Орели и Орельки. Двенадцатью насосными станциями, расположенными на этом участке канала, вода поднимается на водораздел Днепра и Северского Донца на высоту 63 м. Водораздельный участок имеет длину около 10 км причем под наиболее высокой частью водораздела на длине 3,3 км канал проходит двумя туннелями диаметром 4,8 м. Самотечный участок канала длиной около 58 км конструктивно выполнен в виде системы сопряженных перепадов, расположенных в поймах рек Попельная, Бритай и Берека. Первым из этих перепадов является Краснопавловское водохранилище объемом 410 млн. м3, предназначенное для регулирования расходов воды, подаваемой по каналу, и образования резервной емкости.
Поперечное сечение канала — трапецеидальной формы с шириной по дну 20 м и глубиной воды около 5 м. Верхняя часть откосов канала в зоне волнового воздействия закреплена щебнем. С обеих сторон канал защищен дамбами, исключающими попадание в него паводковых вод рек Орели и Орельки, а также склонового стока, который вместе со стоком притоков перебрасывается через канал дюкерами.
Участок канала машинного подъема разбит на практически равные ступени подъема, что позволило унифицировать насосное оборудование и строительную часть 11 насосных станций. Все станции имеют высоту подъема 4,5—6,6 м, на них установлено по 6 горизонтальных насосных агрегатов типа ОПГ-220Г (см. рис. 14.8) с подачей 20—24 м3/с каждый. Водоприемник насосной станции совмещен со зданием станции.
Пойменное расположение канала Днепр — Донбасс позволило сократить до минимума вывод из оборота ценных сельскохозяйственных угодий и полностью исключить возможность повышения уровня грунтовых вод в зоне канала. Кроме того, появилась возможность широкого применения гидромеханизации, что резко упростило выполнение земляных работ.
Каршинский магистральный канал предназначен для подачи воды на орошение Каршинской степи на юге Узбекистана, где начато освоение крупнейшего в стране орошаемого массива общей площадью около одного миллиона гектаров для выращивания ценных тонковолокнистых сортов хлопчатника. При общей длине 165 км магистральный канал состоит из двух характерных участков: участка машинного подъема длиной около 75 км и рабочего участка. Пропускная способность участка машинного подъема в нормальном режиме 175 м3/с и в форсированном 200 м3/с, рабочий участок имеет пропускную способность соответственно 312 и 350 м3/с.
Вода в Каршинский канал забирается из Кзыл-Аякского гидроузла на Амударье шестью насосными станциями, расположенными на участке канала машинного подъема, поднимается на высоту 130 м. Первая насосная станция располагается в 20 км от водозабора, шестая — в 75 км. Для удовлетворения резко возрастающих потребностей в воде в вегетационный период и сокращения параметров сооружений на участке канала машинного подъема в начале рабочей части канала создается наливное Талимарджанское водохранилище общим объемом около 1,6 млрд. м3. Наполнение его осуществляется в межвегетационный период из магистрального канала дополнительной насосной станцией. В вегетационный период следующего года вода из водохранилища дополняет сток на участке рабочей части магистрального канала. Магистральный канал заканчивается Шорсайским водохранилищем.
Насосные станции оборудованы поворотно-лопастными осевыми насосами ОП-260 подачей 20—40 м3/с, при этом на первой насосной станции установлено шесть насосов ОП-11-260 с напором 17—22 м, на остальных — по шести насосов ОП-10-260 с напором до 28 м.
Поперечное сечение магистрального канала — трапецеидальное с заложением откосов 1 : 2,5; глубина воды в канале 6 м, ширина канала по дну на участке машинного подъема 18 м, на рабочем участке 42 м. На всей длине откосы и дно канала облицованы бетоном, а на участке канала длиной 78 км для уменьшения фильтрационных потерь уложен полиэтиленовый экран с защитой бетона.
Каховская оросительная система общей площадью около 1,2 млн. га располагается на наиболее засушливой территории южной Украины. После завершения ирригационного строительства она станет крупнейшей зоной страны по гарантированному производству товарного зерна и других сельскохозяйственных продуктов.
Питание главного магистрального канала Каховской оросительной системы осуществляется из Каховского водохранилища на Днепре. Главная насосная станция (рис. 14.9) имеет производительность 530 м3/с и высоту подачи воды 24 м; основным насосным оборудованием станций являются 12 осевых насосов ОП-260Г производительностью 40 м3/с. На всем протяжении Каховского магистрального канала длиной 130 км движение воды самотечное. По длине канал разбит перегораживающими сооружениями на пять участков. С целью снижения потерь воды на фильтрацию и защиты прилегающей территории от подтопления на участках канала, проходящих в макропористых грунтах, устроен пленочный экран с защитным грунтовым покрытием (см. рис. 14.6). Участки откосов канала, подверженные волновым воздействиям, на всей длине закреплены бетоном также по пленочному экрану, выполненному, как и в первом случае, из полиэтиленовой стабилизированной пленки толщиной 0,2 мм, уложенной в два слоя. Защитное грунтовое покрытие имеет толщину 1 м, бетонное покрытие 16 см. Общая длина канала с пленочным противофильтрационным экраном около 100 км.
Большой Ставропольский канал является характерным примером самотечного канала. Он предназначен для орошения и обводнения засушливых районов Ставропольского края, водообеспечения Невинномысского промышленного района, водоснабжения городов-курортов Кавказских минеральных вод.
Водохозяйственный комплекс Большого Ставропольского канала состоит из следующих частей: объекты питания и регулирования стока, головной участок магистрального канала, Барсучковский сбросной канал и ирригационный канал. Питание канала осуществляется из Кубани в верхней части, причем для этого потребовалось выполнить в ее бассейне перераспределение и регулирование стока. Часть стока левых притоков Кубани — рек Большого и Малого Зеленчуков — перебрасывается специальным каналом в Кубань выше головного узла Большого Ставропольского канала; в бассейне Зеленчуков и в головной части канала создаются регулирующие водохранилища общим объемом около 1,0 км3.
Головной участок магистрального канала имеет длину 128 км, расход в его начальном участке 180 м3/с (после расширения 220 м3/с). По этому каналу вода подводится к основному регулирующему водохранилищу системы — Кубанскому, расположенному на 47 км канала, и далее к истокам р. Калаус. Кубанское водохранилище объемом 0,5 км3
(после расширения — около 0,83 м3) наливное, сработка его производится с помощью обратимой насосной станции (см. рис. 14.10). На 128-м км магистральный канал разделяется на две ветви: ирригационный канал и Барсучковский сбросный канал. По Барсучковскому каналу длиной 35 км, имеющему пропускную способность 110 м3/с, вода подводится к Невинномысскому промышленному району и Невинномысскому каналу, в который сбрасываются излишки воды из Большого Ставропольского канала. Ирригационный участок канала имеет длину около 330 км и расход 60 м3/с. По этому каналу вода подводится к основным орошаемым площадям системы. Б зоне Большого Ставропольского канала будет орошаться 210 тыс. га плодородных земель.
Суммарный перепад уровней между перебросным каналом Зеленчуки — Кубань и концевой точкой Барсучковского канала — около 700 м. Этот перепад используется для попутной выработки электроэнергии на 7 гидроэлектростанциях суммарной мощностью 900 тыс. кВт и годовой выработкой электроэнергии 3,2 млрд. кВт-ч. Гидроэлектростанции сгруппированы в три каскада. Каскад Зеленчукских ГЭС из 3 станций мощностью 530 тыс. кВт использует перепад уровней в 330 м между перебросным каналом Зеленчуки — Кубань и головным узлом магистрального канала. Каскад Кубань-Калаусских ГЭС из двух станций мощностью 220 тыс. кВт создан на перепадах головного участка магистрального канала с общим падением 170 м. Каскад Барсучковских ГЭС из двух станций мощностью 160 тыс. кВт использует перепады Барсучковского канала с общим падением 115 м.
Сложные топографические и инженерно-геологические условия канала, обусловленные его расположением в предгорном районе Северного Кавказа, а также комплексный характер использования потребовали создания большого числа разнообразных сооружений, в том числе: плотин, ГЭС и насосных станций, туннелей с общей длиной около 20 км, дюкеров; сооружений, поддерживающих в каналах необходимый режим уровней; водозаборных узлов, перепадов, быстротоков и т. д. В связи со сложными гидрогеологическими условиями на трассе канала на отдельных его участках была выполнена противофильтрационная облицовка в виде экрана из связных грунтов или бетоно-пленочного покрытия.
