Глава II
БОРЬБА С НАНОСАМИ
§ 4. Головные гидроузлы
Борьба с наносами наиболее затруднена на головных гидроузлах, имеющих развитой в длину напорный фронт и, вследствие этого, широкий озеровидный бьеф.
Защита деривации от проникновения в нее влекомых по дну наносов возлагается на сооружения головного узла.
При проектировании головного узла часто добиваются расположения водозабора на повороте с целью получения в пределах порога водоприемника специального вида течения (поперечная циркуляция), отбрасывающего донные наносы от него. Однако поперечная циркуляция потока может быть эффективной лишь в период больших паводковых расходов, когда не менее 75% расхода реки направляется через водосброс плотины в нижний бьеф. В натуре же, сплошь и рядом, получается так, что расходы, передвигающие наносы по дну, лишь незначительно превышают расчетные расходы деривации. Поэтому длительное время в период паводка и его спада донные наносы плохо смываются в нижний бьеф.
Метод поперечной циркуляции с успехом может применяться лишь в ирригации, где, как правило, водозабор относительно невелик. На одной гидростанции, для получения поперечной циркуляции в потоке вдоль порога водоприемника, на противоположном берегу от водозабора (несколько выше его) была сооружена струенаправляющая дамба под большим углом к течению. По идее проекта эта дамба, отбрасывая в период паводка поток реки к берегу водоприемника, должна была создать новое русло. Однако такое изменение потока могло быть осуществлено только при паводках малой обеспеченности (700—750 м 3 /сек). Фактически же в первые годы эксплуатации проходили паводки большей обеспеченности, которые совершенно по-иному сформировали русло на подходах к головному гидроузлу. В результате водоприемник так усиленно заваливался наносами, что гравий беспрепятственно попадал в камеры отстойника (фиг. 1).
Фиг. 1. Схема головного гидроузла
1 — русловыправительная дамба; 2 — верховая перемычка: 3 — забральная стенка; 4 — водоприемник; 5 — гравиеловка; 6 — успокоитель; 7 — промывник; 8 — плотина; 9 — промывной канал; 10 — туннель; 11 — отстойник с тремя камерами по две секции в каждой
Необходимо учитывать твердый сток небольших притоков в верхнем бьефе, если по своему характеру этот сток приближается к селевому. Примером может служить р. Дзорагэт с ручьем Гергерка (верхний бьеф Дзорагэс). Мутность воды в р. Дзорагэт, ниже впадения ручья, в период небольших ее расходов, значительно больше, чем в период паводка выше впадения этого ручья. Так, например, при расходе реки 60 м3/сек содержание наносов ниже впадения Гергерки достигает 64,5 кг/м3, тогда как при расходе 200 м3/сек содержание наносов выше ручья едва достигает 3 кг/м3.
На гидростанциях с широким озеровидным бьефом возникают затруднения после завала бьефа донными наносами. Появляющиеся на таких гидростанциях осложнения можно свести к двум видам, а именно: осложнения эксплуатации от перемены направления течения на новое или на несколько новых направлений и затруднения с забором воды в деривацию. При этом новые направления течения не всегда совпадают с течениями, получаемыми в лабораториях на моделях.
Фиг. 2. Схема сооружений головного гидроузла
1 — остров из наносных отложений; 2 — песчано-иловые отложения; З — дамба;
4 — ось плотины; 5 — плотоход: 6 — сифонный водосброс: 7 — водоприемник;
8 — головной шлюз; 9 — промывной канал
Фиг. 3. Размыв пирсов на плотине
Фиг. 4. Схема головного гидроузла
1 — остров из наносных отложений; 2 — земляная плотина; 3 — затвор; 4 — соединительный канал; 5 — успокоительная решетка; 6 — трехкамерный отстойник
Опыт эксплуатации показывает, что в период прохода больших паводков, когда поток со значительными скоростями перемещает по заваленному бьефу большие массы гальки, песка и т. д., русло сильно деформируется этими наносами. В результате возникает новое направление течения, нарушающее нормальный ход эксплуатации гидросооружений.
На фиг. 2 представлена схема головного узла одной ГЭС после девяти лет эксплуатации; озеровидный участок бьефа в непосредственной близости от плотины был завален наносами, русло от левого берега стало отклоняться вправо; откос правой дамбы был частично размыт.
На другой ГЭС после пяти лет эксплуатации в условиях полностью заваленного бьефа, и поэтому значительно поднятого дна, при паводке обеспеченностью менее 1 % устойчивое направление потока под некоторым углом к оси водосброса сменилось на направление вдоль откоса плотины. При этом земляная плотина была спасена от размыва лишь наличием у нее пяти пирсов. В первые же часы нарастания паводка три слабо укрепленных пирса были смыты более чем на половину своей длины (фиг. 3). Одновременно и в нижнем бьефе поток резко изменил направление течения.
На фиг. 4 приведена схема головного узла ГЭС после четырех лет эксплуатации; в озеровидном участке бьефа, в непосредственной близости от узла, несколькими паводками было отложено много гальки и песка. Вокруг образовавшегося острова сформировалось два течения. Одно течение стало подмывать земляную плотину. При этом промыв порога водоприемника стал невозможным, так как вода для промыва могла быть подведена лишь за счет усиления течения вдоль плотины.
В озеровидном верхнем бьефе головного узла ГЭС, схема которого приведена на фиг. 5, на подходе к водоприемнику и водосбросу формируется остров из отложившихся наносов. Вследствие этого гидравлика водозабора ухудшена до такой степени, что затрудняется забор расчетного расхода воды. Широкий фронт (около 130 м) шестикамерного отстойника, совмещенного с водоприемником с высоким порогом, весьма способствует блужданию потока и отложению наносов на высоких отметках на, подходах к нему.
Фиг. 5. Схема головного гидроузла
1 — остров из наносных отложений; 2 — земляная плотина; 3 — водосброс;
4 — водоприемник; 5 — донные промывные галереи; 6 — шестикамерный отстойник; 7 — промывной канал; 8 — начало деривации
Говоря о затруднениях с наносами на головных узлах, необходимо обратить внимание на осложнения в нижнем бьефе, вызываемые резким изменением в нем бытового стока реки. Эти изменения возникают вследствие возведения на реке подпорного сооружения, благодаря чему в нижнем бьефе происходят деформации русла, выражающиеся: а) в общем размыве и б) в занесении донными наносами участка за водобойными сооружениями.
Вследствие отбора в верхнем бьефе чистой воды в деривационные и ирригационные каналы, в нижнем бьефе часть донных наносов прекращает свое движение, что происходит из-за уменьшения транспортирующей способности потока. Это явление может возникнуть лишь на тех узлах, верхние бьефы которых уже полностью заилены наносами и на которых вследствие этого начинается сброс донных наносов через плотину.
В нижнем бьефе таких узлов подходы к водосбросу заваливаются донными наносами; из-за этого затрудняется удаление наносов с понура и промыв порога водоприемника через донные галереи (например, Чумышский узел в Средней Азии, Невинномысский узел на р. Кубани).
Наоборот, на гидроузлах с длинными, глубокими бьефами, выполняющими в течение целого ряда лет роль отстойника, осветленный поток в нижнем бьефе размывает русло. В нижнем бьефе Фархадского гидроузла падение уровня достигло таких размеров, что ирригационные водозаборы находятся под угрозой нехватки воды.
Из мелких затруднений на головных узлах надо отметить неправильные установки колодцев с измерительным оборудованием в пределах застойных зон, так как такие колодцы неизбежно будут заилены. Так, за один год в верхнем бьефе Краснополянской ГЭС уровень наносов у колодца автоматического управления затворами поднялся на 1 м; до завала колодца оставалось 0,5 м.
Фиг. 6. Головной гидроузел. Завал понура (в межень) донными наносами в условиях 100% водозабора в деривацию: 1 — порог водоприемника
