Классификация гидротехнических сооружений
По условиям взаимодействия с водотоком и по характеру выполняемых функций различают следующие гидротехнические сооружения:
- • водоподпорные, создающие подпор воды в реке (плотины и дамбы);
- • водосбросные (водосливы и глубинные водосбросы), для сброса излишков воды;
- • водопроводящие, транспортирующие воду для разнообразных целей (подача воды к турбинам гидроэлектростанций, для водоснабжения, орошения) и представляющие собой искусственные русла (каналы, туннели, лотки, трубопроводы);
- • водозаборные, для забора воды из водотоков;
- • регуляционные (струенаправляющие дамбы, регулирующие эрозионную деятельность потоков, и берегоукрепительные сооружения), для защиты дна и берегов реки от размыва.
Плотина, как правило, является основным сооружением гидроузла. Существует много конструкций плотин, что позволяет выбрать тот или иной тип плотины для соответствующих условий строительства (геологических, топографических и др.).
В зависимости от роли, выполняемой в составе гидроузла, плотина может быть глухой, водопропускной или водосливной и станционной.
Плотина называется глухой, если служит только в качестве преграды для течения воды и не пропускает воду в нижний бьеф. В этом случае вода ВБ, притекающая к плотине, отводится через другие сооружения, возводимые рядом с глухой плотиной (здание ГЭС, водосброс или водопроводящие сооружения — каналы, туннели). Плотина называется водопропускной, или водосливной, если предназначена для сброса избыточных расходов воды. Конструкция такой плотины предусматривает поверхностные водосливные отверстия (с затворами или без) или глубинные водоспуски (глубинные, т. е. погруженные под уровень воды). Если водопропускные отверстия в плотине расположены близко к подошве сооружения, то их называют донными (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Схема водосливных поверхностных, водосливных глубинных и донных отверстий:
1 — водослив; 2 — глубинное водосливное отверстие; 3 — донное водосливное отверстие
На рис. 3.5 показано, как поверхностные водосливные отверстия отделены друг от друга устоями, называемыми бычками. Такие отверстия могут быть снабжены подвижными металлическими конструкциями — затворами, опирающимися на бычки плотины.
Рис. 3.5. Схема водосливных отверстий:
1 — бычок; 2 — отметка порога водослива
С помощью водосливных отверстий и маневрирования затворами уровень верхнего бьефа (УВБ) может быть снижен до уровня гребня водослива, а при наличии глубинных отверстий — до уровня их порога. Затворы могут закрывать отверстия полностью или частично или держать отверстия открытыми. Наличие затворов позволяет регулировать расходы воды, выпускаемые из водохранилища. Если водосливные отверстия рассчитаны на пропуск максимального расхода воды при некотором уровне воды в водохранилище, то для удержания уровня верхнего бьефа на той же отметке при уменьшении притекающего расхода воды достаточно частично прикрыть отверстие.
При наличии глубинных затворов, маневрируя ими, можно выпускать воду из водохранилища («срабатывать» его) при любом уровне воды в верхнем бьефе до заданной отметки уровня сработки.
Плотина называется станционной, если имеет водозаборные отверстия со специальным оборудованием и водоводы, подающие воду к турбинам гидроэлектростанции (рис. 3.6).
Плотины также классифицируют по основному строительному материалу, используемому при возведении гидротехнического сооружения. Различают две большие группы плотин. Если плотины возводят из местных строительных материалов, тогда их называют грунтовыми (земляными), каменно-земляными или каменно-набросными. Если плотины возводят из бетона, то такие плотины, соответственно, называются бетонными. Процентное распределение плотин по типу материала, использованного при возведении, показано на рис. 3.7 [3].
Рис. 3.6. Схема станционной плотины (русловое здание гидроэлектростанции)
Рис 3.7. Распределение плотин по типу материала
Плотины из грунтовых материалов — это насыпи из грунтов (песка, глины), каменно-набросные — насыпи из гравийных, галечни- ковых материалов или рваного камня (т. е. камня без применения вяжущих веществ). И те и другие имеют в поперечном сечении форму трапеции.
Вода будет фильтроваться через тело грунтовой плотины, насыщая его до поверхности, которая называется депрессионной. Де- прессионная поверхность, пересекаясь с вертикальной плоскостью, проводимой поперек оси плотины, образует линию, которая называется кривой депрессии. Кривая депрессии показана на физической модели (рис. 3.8).
Рис. 3.8. Схема физической модели грунтовой плотины в лотке
Местные условия (топография, геология и др.) определяют тип и конструкцию проектируемой плотины, а так как эти условия всюду различны, то гидросооружения всегда индивидуальны. В гидротехническом проектировании не может быть шаблона, и каждый раз задача возведения гидросооружения решается своеобразно. Только мелкие гидросооружения иногда удается стандартизировать.
