Стартовая >> Архив >> Генерация >> Основы гидротехники

Классификация гидротехнических сооружений - Основы гидротехники

Оглавление
Основы гидротехники
Введение
Особенности и условия работы гидротехнических сооружений
Классификация гидротехнических сооружений
Назначение и классификация плотин
Фильтрация воды и основание плотины и в ее теле
Плотины из местных материалов
Деревянные плотины
Бетонные плотины
Водосбросы и водоспуски плотин
Гидротехнические затворы
Способы возведения гидроузлов
Назначение и виды сооружении переходов
Мостовые переходы
Виды мелиорации
Водно-земельные ресурсы СССР
Использование водной энергии
Технические основы использования водной энергии
Графики нагрузки, колебания мощности и выработки энергии
Понятия о водяных двигателях
Гидроэнергетические сооружения
Силовые здания ГЭС
Гидроэнергетические узлы сооружений
Работа ГЭС в энергосистемах, показатели, типы
ГАЭС
Происхождение и формирование сточных вод
Виды загрязнений водных объектов
Мероприятия по борьбе с загрязнением полных источников
Законодательные и организационные мероприятия по охране от загрязнений
Назначение водохозяйственных расчетов и исходные данные для их выполнения
Водохранилища, их типы, параметры и характеристики
Потери воды из водохранилищ

Гидротехнические сооружения классифицируют по нескольким признакам.
В зависимости от того, воспринимают ли они напор воды, их делят на напорные и безнапорные. У напорных сооружений уровень воды перед сооружением всегда выше, чем за ним; эту разность уровней называют напором. У безнапорных сооружений уровни воды перед сооружением и за ним практически равны.
Часть реки или водоема по ту сторону напорного сооружения, где уровень воды более высок, называют верхним бьефом (сокращенно— в. б.), а по другую сторону—нижним бьефом (и. б.); в некоторых случаях вода в нижнем бьефе может отсутствовать.
Одни гидротехнические сооружения применяют во всех отраслях водного хозяйства, другие только в некоторых из них. В зависимости от этого их делят на сооружения общего и специального назначения.
К гидротехническим сооружениям общего назначения относятся следующие.
Водоподпорные (водоподъемные) сооружения, создающие и поддерживающие подпор воды, т. е. поднимающие уровень в реках и озерах до заданных отметок; к ним относятся все типы плотин и дамб, которыми перегораживают естественные и искусственные водотоки, приплотинные здания ГЭС, напорные водозаборы.
Водозаборные (водоприемные, водозахватные) сооружения, предназначенные для обеспечения забора из рек, озер и водохранилищ нужного количества воды в водопроводящие сооружения ГЭС. систем орошения, обводнения и водоснабжения. Их выполняют напорными, безнапорными и машинными в виде насосных станции.
Водопроводящие (водоподводящие) сооружения строятся для подачи воды из рек. озер, водохранилищ, прудов к местам ее потребления и использования; в зависимости от природных условий они бывают в виде каналов, лотков различных сечений и конструкций, трубопроводов и туннелей.
Регуляционные и берегоукрепительные сооружения (их называют также регулировочно-выправительными) предназначаются для регулирования речных русел в целях создания благоприятных условий для протекания в них водного потока и предотвращения его разрушающего действия на русло, защиты населенных пунктов и земельных угодий от затоплении; улучшения условий пропуска шуги, внутриводного и поверхностного льда на запорно-заторных участках рек и селен на селеопасных участках рек; улучшения условии подхода водных потоков к отверстиям мостовых переходов и дорожных труб. К этим сооружениям относятся струенаправляющие дамбы, запруды и полузапруды (буны), траверсы, прокопы, спрямляющие речные излучины, а также подпорные стенки, ограждения и укрепления («одежда») для предохранения берегов от размыва и др.
Сопрягающие сооружения служат для безопасного сопряжения потоков, озер, водохранилищ, расположенных на разных отметках, при их соединении между собой; для сопряжения с нижним бьефом потоков, протекающих через водосбросы плотин. Эти сооружения возводят при прокладке каналов в местах сосредоточенною падения местности, где возникает угроза размыва их русел. Сопрягающие сооружения устраивают при некоторых типах ГЭС, используя как аварийные сбросы воды.

По условиям протекания воды через сопрягающие сооружения их разделяют на две группы:
перепады (одноступенчатые и многоступенчатые) и консоли (консольные водосбросы), в которых водный поток по сооружению проходит только часть пути, а далее падает свободно в воздухе;
— быстротоки (трубы и туннели), в которых водный поток непрерывно движется по всему сооружению на всей его длине.
Водосбросные (водосливные, водоспускные) сооружения (водосбросы и водоспуски) предназначены для сброса излишков воды из водохранилищ в и. б. во избежание их переполнения в периоды половодий и паводков, а также для опорожнения водохранилищ.
К гидротехническим сооружениям общего назначения могут быть отнесены следующие типы, изредка встречающиеся в основ пых отраслях водного хозяйства.
Ледосбросные сооружения (ледосбросы и шугосбросы) применяют в составе гидроузлов на реках с тяжелыми условиями ледохода и шугоносных реках при необходимости пропуска льда и шуги из верхних бьефов (при малой их емкости) в нижние. Эти гидротехнические сооружения по своей конструкции имеют много общего с водосбросными сооружениями.
Отстойники и промывные устройства; первые служат для улавливания речных наносов перед входами в водозаборные сооружения и предохранения от заиления водопроводящих сооружений; вторые предназначены для удаления (промыва) задержанных наносов из отстойников в нижний бьеф.
Рыбопропускные сооружения (рыбоходы, рыбоподъемники) служат для обеспечения прохода рыб к нерестилищам через напорные гидротехнические сооружения.
К гидротехническим сооружениям специального (отраслевого) назначения относятся следующие.
Гидроэнергетические сооружения — возводят только при энергетическом использовании рек.
Транспортные гидротехнические сооружения — предназначаются для пропуска судов из одного бьефа гидротехнических узлов в другой (на судоходных реках), а лесопропускные для пропуска леса из верхнего бьефа в нижний (на сплавных реках).
Водопроводные, очистные и канализационные сооружения, применяемые в системах хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения и при канализации городов и промышленных предприятий.

Насосные станции наиболее ответственные гидротехнические сооружения в системах водоснабжения, обводнения, орошения, водного транспорта (с принудительным подъемом воды) и канализации, обеспечивающие подачу необходимого количества воды или промышленных и бытовых стоков под требуемым напором на заданную высоту. Они представляют собой комплекс из сооружений, устройств, механического оборудования. электроэнергетических установок, трубопроводов, водопроводной арматуры, контрольно-измерительных приборов, средств автоматизации и связи.
Различают водопроводные, канализационные и гидротехнические насосные станции. Водопроводные применяют при водоснабжении городов и поселков, предприятий, тепловых электростанций; канализационные для перекачки сточных вод; гидротехнические для подъема воды из источников обводнения и орошения в магистральные обводнительные и оросительные каналы, а также на этих каналах для перекачки воды на вышележащие участки, для откачки воды с осушаемых площадей, поверхность которых расположена ниже уровня воды в водоприемнике (польдерные системы осушения), для питания водой судоходных каналов, для откачки воды из шахт, рудников и пр.

Гидромелиоративные гидротехнические сооружения возводят только на оросительных и осушительных системах.
Рыбохозяйственные гидротехнические сооружения создают для искусственного разведения ценных промысловых сортов рыбы и воспроизводства их стада. К этим сооружениям относятся рыбоводные пруды различных типов со специальными водоспусками и рыбопропускными устройствами.
Сооружения водохранилищ (плотины и дамбы из местных материалов, пульпопроводы, пульпозаборы и пульпосбросы), служащие для транспортировки и складирования отходов (шламов) горно-обогатительных фабрик цветной и черной металлургии.
Приведенная классификация гидротехнических сооружений, выполненная по признаку обслуживаемой ими отрасли народного хозяйства,  классификацией по целевому назначению.
Но условиям строительства различают гидротехнические сооружения. возводимые в речных руслах и поймах (плотины, водозаборные сооружения) и вне их (например, водопроводящие сооружения). В первом случае их строительство связано с необходимостью отвода водного потока в обход строящегося сооружения или выгораживания участка строительства в речном русле (пойме) с помощью специальных ограждений — гидротехнических перемычек.
При строительстве гидротехнических сооружений применяют разнообразные местные строительные материалы, бетон, железобетон, полимерные материалы, листовую сталь, стальной прокат. Бетонные и железобетонные гидротехнические сооружении строят монолитными, сборными и монолитно-сборными.

В состав многих гидротехнических сооружений входят подвижные металлические части — затворы и разнообразное механическое и электрическое оборудование.
По сроку службы и условиям эксплуатации гидротехнические сооружения разделяют на постоянные и временные. К постоянным относятся все капитальные сооружения длительного действия (десятки лет), к временным сооружения, применяемые при строительстве постоянных сооружений: перемычки, строительные водоотводные каналы, насосные станции и др.

Гидроузлы и гидросистемы.

Группа гидротехнических сооружений разного назначения, расположенных в одном месте и связанных технологически для решения какой-либо водохозяйственной задачи, называется гидротехническим узлом сооружений или гидроузлом.
В зависимости от назначения (решаемых водохозяйственных задач) различают гидроэнергетические, воднотранспортные, водозаборные. комплексные и другие гидроузлы.
Если с помощью гидроузла решается несколько водохозяйственных задач, такой гидротехнический узел называют комплексным. В нашей стране большинство построенных и строящихся гидроузлов являются комплексными: транспортно- энергетическими транспортно-энергетическо оросительными гидроэнергетическо-оросительными. Это позволяет наиболее рационально использовать водные ресурсы и обеспечивать развитие ряда отраслей водного хозяйства с минимальной затратой средств. Пример комплексного транспортно-гидроэнергетическо-оросительного гидроузла показан на рис. 1.1., а энергетическо-оросительного — на рис. 1.2.
Различают напорные и безнапорные гидроузлы в зависимости от входящих в их состав гидротехнических сооружений.

По величине напора гидроузлы делят на низконапорные (с напором 2-10 м), перегораживающие речные русла и поймы, средненапорные (с напором 10—40 м) и высоконапорные (с напором больше 40 м), перегораживающие речные русла, поймы и долины.
Постоянные гидротехнические сооружения по значению и роли и гидроузлах разделяют на основные и второстепенные.

К первым относятся сооружения, прекращение работы которых в случае аварии или капитального ремонта приводит к полной остановке или значительному снижению мощности ГЭС, пропускной способности водозаборов, водопроводящих сооружении, прекращению или существенному сокращению судоходства, лесосплава, водоснабжения. При строительстве к ним предъявляют повышенные требования; их эксплуатации уделяют особое внимание.
Второстепенные - это сооружения, прекращение работы которых не приносит значительного ущерба водному хозяйству. К ним относится подпорные и раздельные стенки, облицовки каналов и берегов, струенаправляющие дамбы, ледозащитные сооружения.
Комплекс гидротехнических сооружений, расположенных в двух и более речных бассейнах, о состав которого входит несколько гидроузлов, связанных между собой водопроводящими сооружениями, служащий одной или нескольким водохозяйственным целям, называется гидротехнической системой. Примерами гидротехнических систем могут служить каналы Беломорско-Балтийский. им. Москвы, Волго-Донской, Волго-Балтийский.
Постоянные гидротехнические сооружения, входящие в состав гидротехнических узлов, в зависимости от народнохозяйственной значимости (категории) последних подразделяются на четыре класса капитальности в соответствии со СНиП II-А.  «Классификация зданий и сооружении».
Взаимодействие гидротехнических сооружений с рекой и речным руслом. Напорные гидротехнические сооружения, образующие водохранилища, особенно крупные, приводят к коренным преобразованиям водного режима, увлажненности и микроклимата примыкающих к ним территории, вызывая изменение их флоры и фауны. С их постройкой в в. б. происходит повышение уровня воды в основном русле и притоках, уменьшаются скорости течения, изменяется ход руслового процесса, увеличиваются глубины, повышаются уровни грунтовых вод в речных поймах и долинах. В случаях, когда грунтовые воды стояли низко (глубоко), подъем их уровня после постройки сооружении способствует повышению плодородия речных пойм и долин, в других же случаях, когда уровни стояли высоко.— приводит к заболачиванию долин.
Образование больших водных поверхностей в в. б. напорных гидротехнических сооружении приводит к увеличению испарения с поверхности водохранилищ, резкому изменению над ним ветровою режима (скорость ветра значительно увеличивается), к возникновению крупных волн, перекосов (денивеляций) водной поверхности, которые в свою очередь оказывают силовые воздействия на сооружения и являются причиной появления в водохранилищах дрейфовых течении.

Ветровые волны вызывают интенсивную переработку берегов водохранилищ, что ускоряет их заиление.
В верхнем бьефе изменяется и ледово-термический режим. Накопление больших объемов воды способствует аккумуляции тепла в водохранилищах. Поэтому зимой вода, поступая в и. б. более теплой, замедляет там формирование ледяного покрова, способствуя образованию полыней. Последние, как известно, при определенных метеорологических условиях являются «фабриками» шуги. Шуга, в больших количествах перемещаясь водным потоком на нижележащие участки реки, где сформировался ледяной покров, способствует образованию зажоров, вызывающих зимние наводнения.
В верхнем бьефе, несмотря на аккумуляцию тепла, вследствие резкого замедления скоростей течения быстрее наступает ледостав и ледяной покров достигает большей толщины, чем он имел место до постройки водоподпорного сооружения. На плотинах при русловых водохранилищах (образованных в пределах берегов) весной во время ледохода могут возникнуть трудности с пропуском льда из верхнего бьефа в нижний. В связи с этим в состав гидроузлов вводят ледосбросы.
На реках с высокой мутностью при постройке водоподпорных сооружений из-за резкого уменьшения скоростей течения в в. б. наносы начинают выпадать в больших количествах и заилить водохранилища. При этом отложение наиболее крупных наносов происходит в хвостовых участках в. б., что в свою очередь вызывает в них повышение уровней воды и распространение подпора на большую длину, чем проектная.
Вследствие осаждения наносов в водохранилищах в и. б. водоподпорных сооружении поступает осветленная вода, свободная от наносов, обладающая повышенной транспортирующей способностью. Поэтому речной поток в и. б. начинает размывать русло, стремясь к тому устойчивому состоянию, которое должно соответствовать изменившимся гидравлическим и гидрологическим условиям. Этот размыв может наблюдаться на значительном протяжении (десятки и даже сотни километров), что вызывает иногда значительные понижения дна и уровня воды в и. б. и снижение уровня грунтовых вод на поймах.
Под влиянием водохранилищ в и. б. меняется и состояние перекатов. Существенное влияние на русло и. б. оказывает местный размыв, наблюдаемый непосредственно за водосбросными отверстиями водоподпорных сооружений. Причиной размыва является избыток кинетической энергии, образующейся в потоке за счет сосредоточенного падения (напора), создаваемого водо- подпорными сооружениями. При недостаточном креплении в русле могут возникнуть ямы-воронки размыва, достигающие значительных глубин и представляющие угрозу для устойчивости сооружений.



 
« Основные технические характеристики турбогенераторов мощностью 50 МВт и более   Основы радиационной безопасности атомных электростанций »
электрические сети