Файл: Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство морского и речного транспорта Омский институт водного транспорта филиал.pdf

27 уровень воды в реке и на ее притоках, в пределах так называемой зоны подпора. Уровни воды в верхнем бьефе устанавливаются в зависимости от отметки подпорного уровня воды, поддерживаемого у сооружения.
Повышение уровня воды в реке по сравнению с бытовым уровнем умень- шается по мере удаления от сооружения. Место, где указанное превышение уровня воды становится практически равным нулю, называется местом выклинивания подпора. Выше него сохраняются бытовые глубины.
Подпорный уровень воды представляет собой не горизонтальную линию, а вогнутую кривую, близкую к ветви параболы. Построение кривой подпора относится к одной из наиболее сложных задач, связанных с неравномерным движением воды. Методы построения этой кривой изложены в учебниках по гидравлике.
Дальность распространения подпора тем больше, чем меньше уклон реки и чем больше создаваемый сооружением подпор. Поэтому на равнинных реках с небольшим уклоном относительно малый подпор распространяется на сотни километров, тогда как на горных реках, имеющих значительный уклон, сравнительно больший подпор может распространяться всего на несколько километров.
Подпорные уровни воды часто затопляют земельные участки в пойме реки (сельскохозяйственные угодья, территории промышленных, транспортных и других предприятий, лесные массивы, населенные пункты). Поэтому в ряде случаев ценные сельскохозяйственные угодья и территории населенных пунктов, промышленных и других предприятий защищают от затопления специальными земляными сооружениями, если перенос их из зоны затопления на новое место невозможен или экономически не целесообразен.
Подъем уровней воды в долине реки, вызванный строительством водоподпорных сооружений, влечет подъем уровней грунтовых вод, а вследствие этого некоторые земельные участки могут оказаться заболоченными и потребуется их осушение.
Береговая полоса по урезу воды в бьефах после подпора оказывается подверженной действию волнения, течения и грунтовых вод: грунт размывается, крутые берега обваливаются. Наблюдается перемещение уреза воды в сторону суши, происходит переработка берегов, которая может длиться несколько десятилетий.
В процессе эксплуатации водохранилища происходит изменение уровня воды в нем в течение года: в период половодья водохранилище наполняется до нормального подпорного уровня (НПУ), в межень оно постепенно срабатывается до уровня навигационной сработки (УНС).
Указанное колебание уровня воды в различной степени сказывается по длине водохранилища, поэтому различают две зоны: 1) собственно водохранилище, где уровни воды весь год стоят выше бытовых, а скорости

28 течения очень малы; 2) зона переменного подпора, где подпор воды создается во время половодья и в период сработки водохранилища.
На протяжении зоны переменного подпора (см. рис. 3) в период половодья, если выше места выклинивания подпора река находится в естественном состоянии, происходит отложение наносов, что ухудшает судоходные условия в этой зоне и вызывает необходимость выполнения больших объемов дноуглубительных работ.
В первые годы эксплуатации происходит интенсивный размыв дна непосредственно ниже водоподпорного сооружения. Здесь поток насыщается наносами, а несколько ниже по течению наносы выпадают, что ведет к уменьшению судоходных глубин и необходимости производства дноуглубительных работ. Наблюдения за эксплуатируемыми водоподпорными сооружениями и их нижними бьефами показали, что интенсивный размыв дна продолжается 4-6 лет.
Шлюзование реки вносит существенные изменения и в условия судоходства. В подпертых бьефах возникают ветровые волны; на некоторых водохранилищах высота их достигает 2—2,5 м. Создаются озерные условия плавания, недопустимые для речных судов. Поэтому на крупных водохранилищах эксплуатируют суда озерного плавания.
В водохранилищах сокращается длина судовых ходов примерно на
10% благодаря спрямлению их в пределах бьефа по сравнению с извилистыми ходами в русле реки.
Скорости течения в подпертых бьефах уменьшаются по сравнению с прежними скоростями в русле реки до шлюзования. В больших водохранилищах они настолько малы, что не оказывают влияния на судоходство, тогда как в не шлюзованной реке условия движения судов вниз по течению и вверх против течения значительно различались. На некоторых участках рек с быстрым течением приходилось применять двойную тягу, чтобы суда могли подняться вверх по реке.
Вследствие малых скоростей течения воды ледяной покров в подпертых бьефах образуется осенью раньше, чем в реке до шлюзования, а весной держится дольше. Поэтому длительность физической навигации от конца ледохода до начала ледостава сокращается на 5—20 дней по сравнению со свободной рекой. Для продления навигации осенью и ускорения вскрытия водохранилищ весной применяются специальные суда
- ледоколы, взламывающие ледяное поле и поддерживающие судовые ходы при отрицательных температурах воздуха.

29 водоподпорного сооружения, помимо основного сооружения, перегораживающего русло реки — плотины, входят отраслевые
(специфические) водоподпорные сооружения участников комплексного использования водных ресурсов, например, судоходный шлюз, гидроэлектростанция, сооружения для пропуска рыб, для защиты населенных пунктов и сельскохозяйственных земель и т. д.
Таким образом, водоподпорное сооружение в общем случае при комплексном использовании реки является группой специфических водоподпорных сооружений. Такая группа водоподпорных сооружений, объединенных общим местом расположения на водном пути и условиями их совместной работы, называется узлом гидротехнических сооружений, или сокращенно гидроузлом.
Рис.14 Нижне – Бурейская ГЭС
Состав водоподпорных сооружений гидроузла зависит от основного их назначения — решения частной или комплексной задачи. Так, в состав гидроузла при низконапорном шлюзовании реки, который решает частную задачу — увеличение глубин, как правило, входят два водоподпорных сооружения — плотина и судоходный шлюз. При высоконапорном шлюзовании в состав гидроузла, который решает комплексную задачу
(энергетика, водный транспорт, орошение), обычно входят плотина, здание гидроэлектростанции, судоходный шлюз, водозаборное сооружение и др.
Фронт этих сооружений в гидроузле называется подпорным фронтом.
Плотиной
– называют гидротехническое сооружение, перегораживающее реку для подъема воды. Плотина является важнейшим и наиболее распространенным водоподпорным сооружением.
Перегораживая реку, она прерывает движение речного потока, вследствие чего вода накапливается перед плотиной, уровень воды поднимается, и

30 таким образом создается водоем. Чтобы предотвратить перелив воды через плотину, в ее теле устраивают специальные отверстия для пропуска воды.
Рис.15 Братская ГЭС зимой
Если плотина имеет отверстия любого типа для пропуска воды или допускает перелив воды через гребень, то она называется водосбросной; такая плотина строится, как правило, из бетона. Плотина без всяких отверстий для пропуска воды и не допускающая перелива воды через свой гребень называется глухой.Наличие отверстий в плотине позволяет регулировать сток реки.
Отверстия в плотине закрываются подвижными конструкциями, называемыми затворами, которые могут перекрывать отверстия полностью или частично в зависимости от необходимости выпуска из верхнего бьефа того или иного количества (расхода) воды.
Помимо бетонных плотин, для поддержания напора служат и более дешевые земляные плотины. Обычно они сопрягают бетонную плотину и другие сооружения гидроузла с высокими берегами и при широкой пойме могут иметь длину в несколько километров.
Гидроэлектростанцией (сокращенно ГЭС) называется совокупность сооружений и оборудования, предназначенных для преобразования энергии падения воды в электрическую энергию.
Сооружение, в котором установлены турбины и генераторы гидроэлектростанции с вспомогательным оборудованием, называется
зданием гидроэлектростанции. В гидроузлах, особенно на равнинных реках, здания гидростанций также поддерживают напор, и в этом отношении они сходны с плотинами. Энергия воды используется турбинами; рабочее колесо турбины подвешивается на вертикальном валу, общем с ротором генератора электрического тока. Вода поступает к

31 турбине по окружающей ее спиральной турбинной камере, а отводится в нижний бьеф по отсасывающей трубе.
Судоходным шлюзом называется сооружение на судоходной реке или канале, располагаемое в составе водоподпорных сооружений гидроузла и служащее для перехода судов и плотов из одного бьефа в другой.
Основные части судоходного шлюза — камера, головы и подходы.
Рис.16 Схема однокамерного шлюза:
1 — верхний подходный канал; 2 — верхняя голова; 3 — верхние ворота; 4 — камера; 5 — судно; 6 — нижняя голова; 7 — нижние ворота; 8— нижний подходный канал; 9— водопроводное устройство; 10 — король (порог).
Камера образуется двумя продольными стенами и днищем, которые с торцов ограничиваются головами — верхней и нижней. В пределах голов имеются судопропускные отверстия, в которых расположены соответственно верхние и нижние ворота. Камера служит для размещения в ней судов при переходе их из одного бьефа в другой. Подъем судов до уровня верхнего бьефа достигается наполнением камеры водой через водопроводные устройства, которые для этого соединяют камеру с верхним бьефом.
Опускание судов до уровня нижнего бьефа производится опорожнением камеры через водопроводные устройства, соединяющие в этом случае камеру с нижним бьефом.
Головы вместе с воротами поддерживают напор, а при выровненных уровнях через ворота пропускают суда в камеру или из камеры в верхний и нижний бьефы. Часто в головах размещают также водопроводные устройства.
Подходы к верхней и нижней головам шлюза обычно представляют собой каналы, на которых расположены причальные сооружения для судов, ожидающих шлюзования, и направляющие сооружения для безопасного входа судов в шлюз.

32
При следовании судна в обратном направлении — из верхнего бьефа в нижний — процесс шлюзования совершается по аналогичному принципу.
При каждом шлюзовании необходимо наполнить камеру водой или ее опорожнить. Объем воды, помещающейся в камере от уровня верхнего бьефа до уровня нижнего бьефа и сливаемый при пропуске судов в нижний бьеф, называется сливной призмой. В современных больших шлюзах объем сливных призм достигает около 180 тыс. м
3
1.2.4 Организация строительства и выбор строительной площадки
гидроузла
Строительство гидроузла осуществляют в соответствии с утвержденным проектом. Гидроузел строит подрядная строительная организация (генеральный подрядчик) по договору с дирекцией строящегося гидроузла (заказчиком). Для выполнения специальных строительных и монтажных работ генеральная подрядная организация привлекает специализированные организации (субподрядчиков).
Производственная база строительства гидроузла состоит из временных предприятий, необходимых только на период строительства, и постоянных, которые после окончания строительства обслуживают другие отрасли народного хозяйства. Для строительства гидроузла используют существующие или создают новые подъездные пути, линии электропередачи, связи, сооружают механизированные склады
Рис.17 Строительный генеральный план гидроузла на Волге:
1 — верховая перемычка; 2 — продольная перемычка; 3 — низовая перемычка; 4— территория электростанции; 5 — склад гравия; 6 — завод плит-оболочек; 7 — закрытое распределительное устройство; 8 — временная электроподстанция; 9 — арматурный завод; 10 — приречные склады; 11 — лесокомбинат; 12 — причал парома; 13 — база гидромеханизации; 14 — нефтебаза; 15— котлован шлюза; 16 — временный поселок; 17 —

33 больница; 18 — продовольственные и промтоварные склады; 19 — база главного механика; 20—база гидромонтажа; 21 — база промышленного и жилищного строительства; 22 — центральные склады; 23 — ремонтно-механический завод и автобаза;
24 — железнодорожное тяговое хозяйство; 25 — подъездная железная дорога
В случае невозможности подачи необходимого количества электроэнергии от энергосистемы района электроснабжение строительной площадки осуществляют от энергопоездов, передвижных и временных электростанций.
На строительной площадке устраивают надежную систему телефонной и диспетчерской связи, а управление строительства связывают с общегосударственной телефонной сетью. Для водоснабжения поселков и предприятий строят водопроводную сеть.
1.2.5 Гидроузлы на шлюзованной реке
В зависимости от основного назначения речные гидроузлы подразделяются на воднотранспортные, энергетические, водозаборные и др. При комплексном использовании речного стока гидроузлы одновременно выполняют несколько функций, например, Иваньковский гидроузел на р. Волге — головной гидроузел канала имени Москвы — выполняет воднотранспортную, энергетическую и водозаборную функции.
По величине создаваемого напора речные гидроузлы условно подразделяют на следующие типы: а) низконапорные (величина напора от 2 до 8 м), в которых нормальный подпорный уровень, как правило, не выходит за пределы меженного русла, не затопляет поймы; б) средненапорные при напоре от 9 до 40 м; в) высоконапорные, величина напора которых превышает 40 м.
Низконапорные гидроузлы строят главным образом для целей судоходства и водоснабжения, реже — для энергетики. Такие гидроузлы должны обязательно пропускать лед и наносы, идущие по реке.
Эти гидроузлы обычно состоят из плотины с большим водосливным фронтом несудоходного шлюза.
Средненапорные гидроузлы возводят в основном для энергетических целей с одновременным транспортным использованием реки или для регулирования стока реки одновременно в интересах энергетики, водного транспорта, водоснабжения, орошения, борьбы с наводнениями. С помощью таких гидроузлов осуществляется годичное (реже многолетнее), сезонное регулирование стока реки, поэтому ледоход не всегда проходит через гидроузел, а наносы задерживаются в водохранилище. В состав гидроузла входят: водосливная и глухая плотины, здание гидроэлектростанции, судоходный шлюз, лесоспуск, рыбопропускное сооружение и т. п.