ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
Водохранилищные плотины
Глава 12
Виды плотин
12-1. ЦЕЛИ УСТРОЙСТВА ПЛОТИН
Плотинами называют гидротехнические сооружения, преграждающие поток и тем самым поднимающие (подпирающие) уровень воды перед собой.
По назначению плотины разделяют на водоподъемные и водохранилищные. Водоподъемные плотины подпирают уровень воды обычно на небольшую высоту с целью создания более благоприятных условий для водозабора из реки, борьбы с захватом вредных наносов, использования водной энергии, водного транспорта и обеспечения командования уровнем воды над орошаемой площадью. Водохранилищные — это высокие плотины, создающие водохранилища большой емкости, регулирующие сток реки для лучшего его использования в социалистическом хозяйстве. Небольшие плотины, создающие пруды, также являются водохранилищными, но не регулирующими сток. Разделение плотин на водоподъемные и водохранилищные до некоторой степени условно, так как нередко трудно установить, что является преобладающим в назначении плотины — регулирование уровней или стока. Поэтому применяется деление плотин но высоте подъема воды на низконапорные с глубиной воды перед плотинами до 15 м; средненапорные — с глубиной воды 15—50 м и высоко напорные — с глубиной более 50 м.
Высоконапорные плотины в большинстве своем — водохранилищные; они предназначены для накопления больших запасов воды в целях удовлетворения нужд водного хозяйства.
Емкость современных крупных водохранилищ выражается десятками кубических километров (Куйбышевское — 58 км3, Волгоградское — 32 км3, Рыбинское — 25 км3, Братское на р. Ангаре — 179 км3).
Водохранилища используются для развития гидроэнергетики, орошения. судоходства, водоснабжения, обводнения, лесосплава, рыбного хозяйства, а также для борьбы с наводнениями. Обычно водохранилища являются комплексными, обеспечивая одновременно потребность в воде нескольких различных отраслей народного хозяйства. Водохранилище перераспределяет во времени (регулирует) бытовой режим рек в соответствии с требованиями водопользователей.
При выборе места под плотину и водохранилище учитываются топографические и геологические условия, а также экономические и санитарные требования. Для выполнения этих требований место строительства плотины должно представлять суженный участок долины, расширяющийся выше по течению при крутых берегах. Геологические условия должны быть благоприятны для устройства плотины, а чаша водохранилища должна обладать достаточной водонепроницаемостью.
Не разрешается строить мелкие водохранилища близ населенных пунктов, так как при их сработке обнажаются незатопленные площади и образуются мелководья, покрытые небольшим слоем воды до 0,5—0,8 м. Вода здесь быстро прогревается и зацветает, развивается водолюбивая растительность, создаются условия для развития очагов малярийного комара.
Однако создание крупных водохранилищ, помимо положительного народнохозяйственного значения, вызывает затопление территорий, месторождений полезных ископаемых и потерн сельскохозяйственных угодий, а также необходимость переноса населенных пунктов, транспортных сооружений, промышленных объектов. В некоторых случаях вместо переноса может быть целесообразным выполнение инженерной защиты затапливаемых объектов с оставлением их на месте.
В водохранилищах на реках с размываемым руслом происходит отложение наносов. Вследствие этого емкость водохранилища со временем уменьшается, причем интенсивность уменьшения емкости усиливается при оползнях, осыпях, обвалах и переработке берегов под действием волн. Занесение водохранилищ наносами может нарушить нормальную работу установок (энергетических, ирригационных и т. п.), вызвать постепенный подъем уровня воды водохранилища и увеличить площадь затопления.
Отложение наносов в водохранилищах вызывает переформирование русла в нижнем бьефе п развитие других процессов, которые необходимо учитывать в проектах. Освобожденная от наносов вода обладает повышенной размывающей способностью, и дно реки углубляется на значительном расстоянии от водохранилищ. Размыв русла реки происходит до тех пор, пока пе восстановится транзит наносов после занесения верхнего бьефа. Снижение базиса эрозии вызывает углубление русел притоков и, как следствие, понижение уровня грунтовых вод, иссушение земель и ухудшение водоснабжения. Размыв русел может вызвать подмыв опор мостов, фундаментов прибрежных речных сооружений и т. д.
Водохранилище вызывает подъем грунтовых вод и заболачивание прилегающих к нему земель, подтопление грунтовыми водами горных выработок (шахт, рудников), подземных хозяйств городов, подвальных помещений зданий и т. д.
Подъем грунтовых вод в случаях глубокого залегания до создания водохранилищ может иметь и положительный эффект, так как улучшаются условия водоснабжения, повышается почвенная влажность и урожайность сельскохозяйственных культур в засушливых районах.
Зону подтопления ориентировочно устанавливают в пределах, где поверхность земли выше МНУ на 3—4 м на заселенных территориях и на 1,5—2 м— на сельскохозяйственных угодьях. При подготовке чаши водохранилища к затоплению проводятся работы по сведению леса и кустарника, по выработке и выжиганию торфа, очистке от мусора, по сносу всех строений, сооружений и пр., попадающих в зону затопления, по разработке и вывозке ценных подземных ископаемых. Санитарная очистка чаши водохранилища предусматривает также мероприятия, как специальная санитарная обработка территорий кладбищ, скотомогильников, площадок кожевенных заводов и боен, заблаговременная перепашка и дезинфекция территорий свалок, полей ассенизации и др. Противомалярийные мероприятия в зоне чаши водохранилищ состоят в углублении мелководий и очистке их от растительности, обработке анофелогенных участков специальными препаратами, в разведении специальных пород рыб, уничтожающих личинок малярийного комара. Необходимо проводить санитарное обследование не только зоны затопления, но и всей площади водосбора для выявления факторов, которые могут отрицательно влиять на санитарное состояние водохранилищ. В связи с этим может возникнуть необходимость в устройстве нагорных канав, дюкеров, труб для отвода поверхностных загрязненных вод и т. д.
- массивные, обладающие большим весом и сопротивляющиеся сдвигающим усилиям со стороны воды силами трения по основанию и силами сцепления с основанием (бетонные гравитационные плотины, рис. 12—1, в);
- контрфорсные, в которых удерживающая сила трения создается преимущественно за счет давления воды на наклонную грань плотины, передаваемого через вертикальные опоры (контрфорсы) основанию; контрфорсные плотины выполняются преимущественно из железобетона; они относительно легки (рис. 12—1, е);
- арочные, работающие как арка, опертая на прочные скальные крутые берега (рис. 12—1, д); возводят их из бетона и из железобетона.
По условиям пропуска воды через плотины они разделяются на:
- так называемые глухие, не пропускающие через себя воду; для пропуска воды в нижний бьеф устраивают специальные сооружения. К таким плотинам относятся земляные, каменнонабросные, некоторые бетонные (рис. 12—1, а, б, в);
- водосливные, в которых вода сливается поверх плотин, как через свободный водослив, с тем или иным очертанием порога (рис. 12—1, г);
- водосбросные, в которых вода пропускается через поверхностные или глубинные отверстия, снабженные затворами.
