Гидроузлы

ЛЕКЦИЯ 1

Понятие о речных гидротехнических сооружениях.

Состав речных гидротехнических сооружений

Гидротехническими называются сооружения, которые строятся с целью решения водохозяйственных проблем. В процессе эксплуатации гидротехнические сооружения (ГТС) имеют контакт с водной средой.

ГТС подразделяются на речные, возводимые на внутренних водных путях и водотоках, и морские, возводимые на внешних водных путях, океанах, морях. Речные ГТС контактируют с пресной водой, морские — с соленой. Основным отличием морских транспортных ГТС являются их габариты, большие по сравнению с речными, поскольку их строят для обслуживания крупных морских судов.

На внутренних водных путях (ВВП) строятся различные ГТС для возможности комплексного использования водных ресурсов (для различных отраслей экономики):

судоходные — судоходные шлюза, каналы, судоподъемники, судоходные плотины;

энергетические — гидроэлектростанции (ГЭС);

водоподпорные — плотины, напорные дамбы;

лесопропускные — шлюзы, плотоходы, лесотаски, лотки;

рыбопропускные — шлюзы, рыбоходы, рыбоподъемники, каналы;

судоподъемные — доки, слипы, эллинги;

портовые — причалы, пирсы, набережные, пристани;

сельскохозяйственные — оросительные и осушительные каналы, шлюзы-регуляторы расходов воды;

защитные, оградительные — дамбы, молы, волноломы, стенки.

транспортные перепады — мосты, туннели, виадуки, акведуки, дюкеры, паромные переправы, нефте- и газопроводы;

водоподводящие и водоотводящие — водозаборы, водоводы, водосбросы, насосные станции, водоспуски.

Внутренние водные пути РФ включают в себя реки, озера, водохранилища, каналы.

Общая длина ВВП около 4 млн. км, из них 110 тыс. рек и 2 тыс. озер. Могут использоваться для судоходства около 500 тыс. км. Используются для судоходства 101, 4 тыс. км, из них 16, 7 тыс. км — искусственные водные пути (каналы), 48, 3 тыс. км — с гарантированным габаритом водного пути, 74, 5 тыс. км — с навигационным оборудованием.

На ВВП расположено 723 ГТС, в том числе 108 судоходных шлюзов, 98 ГЭС, 8 насосных станций, 1 судоподъемник, плотины, дамбы и др.

На 2004 г. в РФ ГЭС — 98, из них 63 имеют возраст более 30 лет. Доля ГЭС в общей энергетики России составляет около 20 %.

Гидроузлы

Речные ГТС строятся на ВВП как в виде отдельных сооружений, так и совместно с другими сооружениями.

Совокупность сооружений, объединенных местом расположения, решением задач и условиями работы, называются узлом гидротехнических сооружений или гидроузлом.

К основным сооружениям комплексного гидроузла относятся: плотины бетонные и земляные, судоходные шлюзы или судоподъемники, ГЭС, рыбопропускные сооружения, лесопропускные сооружения, насосные станции. Сооружения гидроузла строятся на реке в определенном, выбранном с учетом необходимых требований месте, называемом поперечным створом или створом гидроузла.

Вдоль створа располагаются оси бетонных и земляных плотин, верхней (как правило) головы шлюза и ось ГЭС. Все ГТС, входящие в состав гидроузла создают напорный фронт, разделяющий верхний (ВБ) и нижний (НБ) бьефы.

Компоновкой гидроузла называется взаимное расположение сооружений узла ГТС на плане местности.

Различают три основных вида компоновки: русловая, пойменная и береговая.

При русловой компоновке гидроузла (рис. 1.1) основные сооружения располагаются преимущественно в русле реки. Такой вариант компоновки отличается компактным расположением сооружений и удобством их обслуживания, сравнительно небольшой длиной напорного фронта и более низкой стоимостью сооружения.

Рис. 1.1. Русловая компоновка гидроузла (Волховский гидроузел):
1 — судоходный шлюз; 2 — бетонная водосливная плотина; 3 — здание ГЭС;
4 —подходные каналы судоходного шлюза; 5 — ледозащитная стенка;
6 — аванкамера

Русловая компоновка также имеет ряд существенных недостатков, которые в основном проявляются в период строительства гидроузла. К ним можно отнести стесненные условия производства работ, пропуска судов, льда и паводков в период строительства сооружений. Именно поэтому строительство сооружений выполняют в два этапа: на первом этапе строятся судопропускные сооружения, а на втором — возводятся остальные сооружения, при этом судопропускное сооружение используется как для пропуска судов, так и для пропуска строительных расходов воды.

Пойменная компоновка (рис. 1.2) предусматривает расположение основных сооружений в пойме, где река может свободно меандрировать между коренными берегами. Пойменная компоновка имеет ряд существенных недостатков, к которым относятся большая протяженность сооружений, а, следовательно, увеличение стоимости сооружения, большие площади затопления земель, меньшие удобства в эксплуатации сооружений в связи с большой протяженностью напорного фронта. При этом пойменная компоновка обеспечивает более благоприятные условия для производства работ, пропуска судов и паводков. Сооружения гидроузла в этом случае могут возводиться независимо друг от друга, и поэтому общий срок строительства гидроузла может быть несколько меньшим, чем для русловой компоновки сооружений.

Рис. 1.2. Пойменная компоновка гидроузла (Самарский гидроузел):
1 — судоходный шлюз; 2 — бетонная водосливная плотина; 3 — гидроэлектростанция; 4 — земляная плотина; 5 — аванпорт; 6 — дамбы аванпорта; 7 — межшлюзовой бьеф; 8 — нижний подходной канал

Береговая или деривационная компоновка. При этой компоновке бетонные сооружения (здание ГЭС, водосброс) располагаются обычно на берегах или бортах долины, а русло реки перекрывается земляной или каменно-набросной плотиной.

На первом этапе для строительства этих сооружений возводятся перемычки, как правило, мало стесняющие русло. Особенностью II этапа перекрытия русла при таких компоновках является то, что русло реки перекрывается банкетом полностью на всю ширину, и для возведения основных сооружений (плотины) в русле реки не требуется устройства продольных перемычек. На III этапе пропуск строительных расходов осуществляется через построенные туннели или донные трубы. В основном русле реки, полностью перекрытом перемычками, возводится плотина. На IV и V этапах пропуск строительных расходов осуществляется через поочередно перекрываемые отверстия III этапа. Для уменьшения их пропускной способности и возможности их регулирования применяются решения, подобные тем, которые описаны при рассмотрении русловой компоновки.