Гидротехнические сооружения, их значение и классификация.

Гидротехническими называются такие инженерные сооружения (ГС), которые служат для использования имеющихся водных ресурсов объекта или для борьбы с вредным воздействием вод на отдельные участки объекта. По назначению ГС делятся на 2 группы: 1). Общего назначения; 2). Специального назначения. В состав ГС общего назначения входят след.сооружения: -Подпорные сооружения на водотоках, в основном плотины и дамбы; -Водозаборные сооружения на реках, озерах, водохранилищах и других водных объектах; -Водопроводящие сооружения – каналы, лотки, трубы, гидротехнические туннели, акведуки, дюкеры и др.; -Сопрягающие сооружения – перепады, быстротоки, регуляторы, водосбросные, водоспускные сооружения и т.д.; -Регуляционные сооружения – струевыправляющие дамбы, берегоукрепительные, дноукрепительные сооружения и др. К ГС специального назначения относятся различные гидромелиоративные сооружения: -Оросительные (ирригационные); -Осушительные, в т.ч. дренажные; -Обводнительные, в т.ч. шлюзы-регуляторы, отстойники, вододелители, водомеры и др. К ГС спец.назначения можно отнести сооружения, которые тесно связаны с ГС как общего, так и спец.назначения. Но в то же время ГС спец.назначения имеют различия, которые проявляются в основном в размерах, эстетичности их выполнения, применении нетрадиционных материалов, принципах расчета.

 

Водоемы, их значение и классификация

Водоемы: природного и искусственного происхождения. Природные – естественные озера и пруды. Искусственные делятся на 3 основные группы: -Водохранилища (V>1 млн м.куб.); -Пруды (V<1 млн м куб); -Бассейны, отличающиеся полной изоляцией от внешней среды и полным регулированием водного режима. Классификации водоемов. 1. По конструктивным признакам: -- Малые и сверхмалые водоемы с готовой облицовкой дна и бортов, выполненной в заводских условиях (пленка или готовая ванна); -- Плотинные водоемы – возводятся как на постоянных, так и на временных водотоках. Цель – регулирование руслового стока. -- Копаные водоемы – устройство котлована в грунте с последующим заполнением его водой. V колеблется от десятков до десятков тысяч м.куб. при средней глубине 1-2 м. -- Комбинированные водоемы. 2. По основному назначению: -- Декоративные В. – в осн., малые и сверхмалые В. из готовых форм. -- Водоемы ландшафтно-декоративного назначения – хоз.использование не предусматривается, необх. Предусмотреть водную растительность. -- Рекреационные В. – достаточно высокие требование к чистоте воды. Вблизи водоемов – сооружения бытового назначения. Достаточно большой размер водоема (для улучшения саморегулирования, для снижения степени загрязнения вод). -- В. для водного спорта – задаются такими параметрами, как площадь акватории, глубина, максимальная длина водного зеркала, облицовка берегов и т.д. Водная раст-ть, как правило, исключается. Вокруг водоема – спорт.сооружения. -- В. для спортивного рыболовства (небольшие для индивидуального пользования и более крупные – для коллективного). -- В. для рыборазведения – желательно иметь воду поверхностного стока, богатую кислородом и более теплую. Обязательна зимовальная яма. Отличительной особенностью может быть садок с решетчатыми стенами для отлова рыбы путем спуска воды в этот садок. -- В. для орошения – для накопления и подогрева воды, используемой для орошения. Вода должна быть чистой во избежание засорения дождевальных устройств. Особенность – значительное понижение уровня воды в период интенсивных поливов и обнажение откосов в., а иногда и части дна. Для сохр эстетичного внеш вида целесообразно худ.оформление частично или временно обнажающихся поверхностей. -- В. многофункционального назначения. 3. В зависимости от местоположения: -- В. на рельефе (в основном, в.-копани); -- В руслах рек (русловые копаные и плотинные). Копаные В. устроены непосредственно в русле реки. Проблема – оседание так называемого твердого стока - быстрое заиление. -- Пойменные В. – в пойме реки (часто для этого исп-ся старица). Питается дополнительной водой или за счет подземного стока или поверхностного стока в период половодья. Делается 1 или 2 канала –подводящий и отводящий, на к-рых могут быть поставлены шлюзы. -- Склоновые В. – на склонах или террасах речных долин. -- Водораздельные В.(водоемы-копани) – устраиваются на водоразделах, где, как считается, отсутствует поверхностный сток - проблема с водным питанием. -- В. в выемке – наиболее распространены. Учитывается относительная независимость их от места положения, произвольные размеры и форма, разнообразие в оформлении береговой линии. Недостаток – высокая стоимость. -- В. в насыпи – редко. -- В. в полувыемке-полунасыпи – чаще при строительстве склоновых водоемов.

 

Строительство водоемов

Опираясь на материалы топографических, гидрологических, геолог., гидрогеолог., сан.-гигиенических изысканий, необходимо решить след. Вопросы. 1). Форма и S зеркала (акватории) водоема, к-рые задаются ланд. архитектором (в завис.от назначения водоема, размеров участка и т.д.). 2). V воды в водоеме (завис. от S акватории, назначения В., его ср.глубины, источников водного питания и нормативного (или возможного) водооборота. 3). Ср. и макс.глубины (завис. от S, отношения к водной раст-ти, пород рыб и др.). при рыборазведении и зимовке рыб необх. утройство так называемой зимовальной ямы h=2,5…4,5м. 4). Зонирование акватории (н-р, мелководная зона для прогрева воды  орошение; зона водной растительности для очистки воды и т.п.). 5). Крутизна откосов (коэф-ты заложения откосов), которая должна быть определена в самом начале проектирования, так как все работы по созданию водоема-копани начинаются с устройства котлована. 6). Защита от фильтрации – устраивается, если водоем создается на легких почвах или УГВ находится ниже дна водоема. Выбор материала (глиняный экран, глинобетон, бетон, железобетон, полиэтилен, резина и др.) зависит от его наличия, стоимости и др. факторов. 7). Защита от загрязнения частицами грунта (суффозии) – в случаях подземного водного питания или попадания вод поверхностного стока. Макс. опасны мелкие глинистые и илистые частицы. Для борьбы – фильтры. 8). Тип водного питания, который определяет основной источник воды для наполнения водоема. 9). Аэрация грунтовой воды, а также подогрев холодной грунтовой воды (для орошения и для лучшего роста рыбы). Варианты аэрации – фонтаны, искусственные родники, ручьи, каскады, а также различ. гидротехнические сооружения (перепады, быстротоки, консоли и др.). 10). Сооружения для водного питания водоема (часто – при проектировании водоемов-копаней). 11). Водосбросные сооружения – для удержания определенного ур-ня воды и для сброса ее излишков в рез-те половодья, паводков, снеготаяния или ливней. 12). Сооружения для полного опорожнения водоема (донные водоспуски). 13). Кратность водообмена – завис.от назначения водоема. Если естественный водообмен в нужном объеме осуществить не удается, то приходится прибегать к системе фильтров для регулярной очистки воды. 14). Фильтры для очистки воды: естественные (растения – камыш, рогоз, тростник и др - и мокроорганизмы) и искусственные (механические, хим., аэрационные, стерилизующие и микробиологические). Наиб распр – механические. 15). Сопутствующие гидротехнические сооружения (как функциональные, так и декоративные – фонтаны, водопады). 16). Дренаж для отвода фильтрационных вод и регулирования водного режима территории.

 

Строительство плотин

Гидроузел – ряд гидротехнических сооружений, объединяемых общими условиями совместной работы и местоположением. Сюда входят водоем, плотина, при необходимости дамбы, водосборное сооружение и водоспуск. Плотина обеспечивает регулирование стока (аккумуляцию воды в водоеме). Для правильного построения плотины необх.провести инженерные изыскания: топогр., геологич., гидрологич., гидрогеологич., а после – камеральные работы и лабораторные анализы собранных материалов. Створ плотины – предпологаемое место плотины на водотоке. Топографические изыскания –> опр-ся V чаши водоема при разных ур-нях воды Геологические изыскания –> инф-я о св-вах грунтов (прочность, фильтрация и др.) Гидрологические изыскания –> определяют S водосбора и различ.хар-ки стока (V). Гидрогеологические из. –> выявляются наличие водоносных горизонтов, их расположение и величина подземного стока. Классификация плотин. 1). По отношению к пропуску стока – глухие, водосливные, фильтрующие. 2). По основным используемым материалам – грунтовые (однород. и неоднород.), каменные, каменно-набросные, габионные, каменно-земляные, намывные, из армированного грунта, деревянные, ряжевые, бетонные, железобетонные и др. 3). По особенностям конструкции плотины из бетона и железобетона делят на гравитационные, контрфорсные, арочные и др. 4). По способу возведения – насыпные с уплотнением, намывные, взрывонабросные и др. Основные термины и показатели: тело плотины, гребень плотины, h плотины,ширина П. понизу, ширина противофильтрационной призмы понизу, верховой (мокрый) откос, низовой (сухой) откос; нормальный подпорный уровень (НПУ), форсированный подпорный уровень (ФПУ), уровень мертвого объема (УМО). Классификация земляных плотин. 1). По конструкции поперечного профиля – из однородного грунта, из неоднор. грунта, с экраном из негрунтовых материалов, с экраном из грунта, с ядром, с диафрагмой (стенкой, шпунтом). 2). По способу возведения – с механическим уплотнением грунта; без мех.уплотнения грунта (с отсыпкой пионерным способом насухо или с отсыпкой в воду). Крутизну откосов плотин и дамб опр-ют исходя из физико-мех. характеристик грунтов; действующих на откосы сил (собственной массы, влияния воды, сейсмических, динамических, внешних нагрузок на гребне и откосах и др.); высоты плотины; производства работ и условий эксплуатации. Гребень плотины при мин.ширине 4,5м должен возвышаться как над НПУ, так и над ФПУ. Один из важнейших элементов земляной плотины – дренаж, выбор его конструкции зависит от типа плотины, ее размеров и используемых грунтов.

 

Водосборы и водоспуски

Водосбросы обеспечивают безопасность плотинных водоёмов. Устраивают в берегах балки или ручья, в теле плотины. 1.Береговые водосбросы – непосредственно около плотины, сбрасывают воду в ту же балку (ручей) или в соседний водоток (понижение). Осн элементы – подводящий канал криволинейного или прямолинейного очертания в плане, водосливная часть (водослив с широким порогом) и сбросная часть (быстроток или многоступенчатого перепада). 2.Водосбросы в теле земляных плотин – в русле или на пойме балки (ручья). По конструкции водосбросы: открытые и закрытые. Водосбросы в теле плотины – закрытые (сифонные и шахтные). Сифонный водосброс (автоматический тип) – из железобетонных, металлических или асбестоцементных труб, опор и раструбных оголовков (конец трубы) в верхнем и нижнем бьефах (часть водного объекта, примыкающая к плотинному водоёму). Гребень сифона (подводный туннель заполненный водой) располагается на отметке нормального подпорного уровня. Входной оголовок оборудуется воздухоотводящими металлическими трубками. Нижний бьеф крепится железобетонными плитами, верхний – железобетонными плитами и камнем. Шахтный водосброс (автоматический тип) – из монолитного и сборного железобетона. Осн элементы: шахта, напорный трубопровод и гаситель энергии. Для полного опорожнения водоема в нижней части шахты есть отверстие с затвором. Напорный трубопровод – на бетонном фундаменте. Для гашения напора фильтрационного потока вдоль трубопровода устраивают диафрагмы. Гашение энергии в нижнем бьефе – за счёт решетчатого или другого гасителя. Водосбросы с малыми удельными расходами воды более: просты, эффективны и зрелищны с точки зрения ЛА, удобны в эксплуатации. Они в виде лотков – быстротоков с нормальной шероховатостью. Водосброс из монолитного бетона – лоток трапецеидального сечения. Водослив, быстроток и водобойный колодец разделены швами. Между водосливом и быстротоком, между быстротоком и водобойным колодцем устраивают заборные стенки. Перед водосбросом – ледозащитная стенка. Вместо водобойного колодца может быть устроена водобойная стенка. Водосброс из монолитного бетона дешевле сифонного водосброса. Водоспуски – для хороших условий эксплуатации и ремонта плотинных водоёмов. По конструкции: открытые и закрытые. В земляных плотинах обычно закрытые трубчатые водоспуски из металлических, асбестоцементных и железобетонных труб. В конце них – устройство для гашения энергии. В работу водоспуск запускается с помощью вакуум-насоса. Гашение энергии в нижнем бьефе – в воронке размыва или колодезном гасителе. Закрытый трубчатый водоспуск с низовым затвором выполняют из металлических труб. Для уменьшения скорости фильтрации – вдоль трубы диафрагмы и обсыпка водонепроницаемым грунтом. Входной и выходной оголовки расположены на основании из бетонных или деревянных свай. На входном оголовке – решетка и ремонтный затвор; на выходном – рабочий затвор.