8632

7.ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК

7.1.Общие сведения

Использование гидроэнергии рек начиналось с устройства на них устано-

вок с водяными колесами – прообразами современных гидротурбин. Водяные колеса в России появились в X-XIII в.в., они применялись в основном для водя-

ных мельниц. В XVII-XVIII вв. область использования водяных колес суще-

ственно расширилась: появились водяные крупорушки, лесопильни, установки на железоплавильных заводах. Первая гидроэлектростанция России была со-

оружена в 1892 г. на реке Березовке для электроснабжения Зыряновского руд-

ника (Алтай); мощность ГЭС составила 150 кВт.

В начале 1980-х гг. и в РФ возникли обстоятельства, способствующие по-

явлению нового интереса к использованию ГЭР малых водотоков и разверты-

ванию работ по возрождению малых ГЭС.

7.2. Гидроэнергоресурсы реки

Под гидроэнергоресурсами реки понимаются запасы гидравлической энергии руслового стока. Их принято выражать мощностью и энергией.

Теоретическая мощность может быть определена по формуле [16]

участке реки длиной ∆L. Разделение на участки производится в местах измене-

ния продольного профиля и графика площади водосбора.

Теоретическая энергия руслового потока принимается равной среднемно-

голетней величине, определяемой по формуле

Эпот = 8760Nпот , кВт·ч/год.

21

8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Для водоснабженческого использования малых рек непобедимы опреде-

ленные условия:

– для нормальной работы водоприемников насосных станций необходима определенная глубина, которая при отсутствии подпора может быть не обеспе-

чена в период летней или зимней межени;

– повышение уровня воды в зоне подпора уменьшает высоту водоподъема насосных агрегатов, что ведет к уменьшению их рабочей мощности и, соответ-

ственно, потребления электроэнергии;

– повышение уровня грунтовой воды в зоне подтопления также уменьша-

ет высоту водоподъема устройств, обеспечивающих водоснабжение из подзем-

ных источников, увеличивает водообеспеченность этих источников.

Выполнение этих условий чаще всего достигается при создании водохра-

нилищ.

22

9. РЕКРЕАЦИОННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК

Малые реки обычно характеризуются низкими рекреационными возмож-

ностями. Это обусловлено их небольшой глубиной и шириной. Из-за неболь-

шой глубины и ширины в период межени многие малые реки используются для отдыха у воды (купание, загорание и т.п.) или для катания на небольших лод-

ках. Другие виды рекреаций – водный спорт, рыболовство с лодок, подводное плавание и пр. – осуществляться не могут, что значительно снижает рекреаци-

онную ценность малых водотоков.

Создание водохранилищ приводит к увеличению глубины в зоне подпора,

длины и ширины глубоководной части. Это расширяет рекреационные возмож-

ности малых рек [17.].

23

10. РЫБОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК

Увеличение производства рыбы может быть достигнуто за счет строи-

тельства водоемов (прудов) на малых реках [12, 18].

По типу расположения пруды могут быть: пойменные, русловые, балоч-

ные. Пруды русловые и балочного типа – глубокие, с наличием русел и значи-

тельной проточностью – менее продуктивны по сравнению с пойменными.

Пруды, используемые для выращивания рыбы, разделяют на нагульные,

выростные, нерестовые и зимовальные.

Рыбоводные хозяйства разделяются на четыре типа.

Полносистемное хозяйство может быть организовано во многих хозяй-

ствах, имеющих в своем землепользовании малые реки и ручьи, в поймах кото-

рых можно устроить необходимые пруды.

Возможно устройство упрощенных полносистемных рыбоводных ферм.

Нерестовые и маточные пруды делают за плотиной верхних прудов, а зимо-

вальные – за плотиной нижнего водоема, чтобы осенью можно было сначала спустить нижний пруд, выловить из него рыбу, а затем наполнить его водой из расположенного выше пруда (для водоснабжения зимовальных прудов).

Неполносистемные хозяйства могут быть двух типов: нагульные и рыбо-

питомники. Нагульные хозяйства организуют при наличии одного или несколь-

ких прудов, озер, участков рек, которые пригодны для выращивания только то-

варной рыбы. В задачу рыбопитомника входит выращивание рыбопосадочного материала: личинок, мальков, сеголетков.

24

11. ВОДНОТРАНСПОРТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК

ГОСТ 26775-97 [7] делит реки на категории и классы водных путей

Класс внутреннего водного пути - это его характеристика, установленная в зависимости от габаритов судового хода.

Водные пути подразделяют на семь классов, которые объединены в четы-

ре категории: сверхмагистраль, которая относится к I классу, магистраль - ко II

или III классу, путь местного значения - к IV или V классу, малая река - к VI

или VII классу.

Сверхмагистраль характеризуется, например, гарантированной глубиной более 2,6 м, шириной судового хода 100-85 м и радиусом его закругления 1000-

600м.

Умагистрали II класса гарантированная глубина 1,6-2,6 м, III класса - 1,1- 2,0 м, пути местного значения IV класса - 0,8- 1,4 м, V класса - 0,6-1,1 м, малой реки VI класса - 0,45-0,8 м, VII класса – менее 0,6 м.

25

12. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК ДЛЯ ЦЕЛЕЙ МЕЛИОРАЦИИ

Мелиорация, рекультивация и охрана земель – область науки и техники,

занимающаяся улучшением (мелиорацией), восстановлением (рекультивацией),

охраной земель различного назначения, борьбой с загрязнением, с природными стихиями – наводнениями, подтоплением земель, их размывом, эрозией, ополз-

нями, селями, суховеями – для повышения потребительской стоимости (полез-

ности) земель.

Мелиорация земель — коренное улучшение земель в результате осу-

ществления комплекса мер. Среди различных видов мелиорации наиболее мас-

штабными являются орошение и осушение.

Мелиорация, направленная на удаление с территории избыточной влаги, носит название осушительной. Мелиорация, направленная на ликвидацию не-

достатка вод в почвогрунтах сельскохозяйственных полей, носит название

орошения.

Осушительные мелиорации являются одним из основных направлений развития водного хозяйства страны. Ими обеспечиваются высокие урожаи сельскохозяйственной продукции на землях, до этого малопригодных для тако-

го использования. Осушение широко распространено на территориях, где име-

ются заболоченные и переувлажнённые земли, что в первую очередь характер-

но для Нечернозёмной зоны России. Осушение низинных, переходных и верхо-

вых болот осуществляется с помощью открытых каналов и закрытого дренажа разных типов.

Часто в мелиоративных целях строятся многочисленные водохранилища,

пруды. Примером тому может быть Полесская низменность, где в организации водного хозяйства использованы два подхода. Если в Белорусском Полесье для обеспечения развития сельского хозяйства создают в основном водохранилища,

то в Украинском - пруды.

26

13.ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ НА МАЛЫХ РЕКАХ

13.1.Общая характеристика гидроузлов

Речным гидроузлом называют комплекс гидротехнических сооружений,

расположенных на одной реке и объединенных условиями совместного исполь-

зования водных ресурсов [8].

Гидротехнические сооружения подразделяются на постоянные и времен-

ные [15].

К временным относятся сооружения, используемые только в период строительства (реконструкции) и ремонта постоянных сооружений.

Постоянные гидротехнические сооружения подразделяются на основные

ивторостепенные.

Косновным следует относить гидротехнические сооружения, разрушение или повреждение которых приводит к нарушению нормальных условий исполь-

зования водных ресурсов реки, подтоплению осушаемой и затоплению защи-

щаемой территории, ущербу рыбным запасам. К второстепенным следует отно-

сить гидротехнические сооружения, разрушение или повреждение которых не влечет за собой указанных выше последствий.

Создание речных гидроузлов приводит к разделению реки и прилегаю-

щей к ней территории на две зоны: зона с высоким уровнем воды, называемая верхним бьефом; зона с низким уровнем воды, называемая нижним бьефом.

Соответственно уровень воды первой зоны − УВБ, уровень воды второй зоны − УНБ. Разность уровней бьефов – это напор. Гидроузлы, создающие напор,

называют подпорными.

Подпорные гидроузлы на малых равнинных реках по величине напора принято делить на низко- и средненапорные.

13.2. Состав сооружений и компоновка гидроузлов

На малых реках наиболее широко распространены подпорные гидроузлы,

в состав которых обычно входят:

27

-водоподпорные сооружения;

-водосбросные сооружения;

-водоспускные и водовыпускные сооружения.

В зависимости от назначения гидроузлов в них могут входить также зда-

ния ГЭС, водозаборы, насосные станции и другие сооружения.

Водоподпорные сооружения создают и поддерживают перепад уровней между верхним и нижним бьефами (напор).

Водосбросные сооружения должны обеспечивать:

- пропуск расходов половодья и дождевых паводков и других неисполь-

зуемых расходов воды во избежание превышения проектных уровней воды в верхнем бьефе;

- пропуск льда, шуги, мусора и других плавающих предметов из верхнего бьефа в нижний, если это требуется по условиям эксплуатации гидроузла.

Эти функции водосбросных сооружений могут осуществляться как в пе-

риод эксплуатации гидроузла, так и в период его строительства. В первом слу-

чае водосбросные сооружения называются эксплуатационными, во втором слу-

чае – строительными или сооружениями для пропуска строительных расходов.

Водоспускные сооружения необходимы для осуществления попусков во-

ды из водохранилища, в частности, для поддержания в нижнем бьефе опреде-

ленных санитарно-экологических условий (так называемые санитарные расхо-

ды воды, устанавливаемые санитарными правилами и нормами.

Взаимное размещение сооружений гидроузла принято называть компо-

новкой.

Возведение гидроузлов на малых реках осуществляют при двух основных способах пропуска строительных расходов:

-с отводом воды из русла реки;

-без отвода воды из русла.

По первому способу вначале отводят воду, например, по строительному каналу; далее русло реки огораживают временными дамбами - строительными перемычками, под защитой которых возводят водосбросное сооружение; по го-

28

товности последнего, речную воду направляют в это сооружение, а строитель-

ный канал перегораживают подпорными сооружениями.

По второму способу водосбросное сооружение возводят на пойме или в части русла; речная вода в это время проходит или по всему сечению русла, или по свободной его части; при готовности водосброса воду направляют в него, а в русле возводят подпорные сооружения.

В соответствии с размещением водосбросного сооружения различают компоновку русловую, пойменную, береговую, смешанную.

По размерам создаваемой емкости подпорные гидроузлы можно разде-

лить на два вида: водохранилищные и русловые.

Водохранилищные гидроузлы образуют значительное по объему водо-

хранилище путем затопления русла и поймы реки; такое водохранилище может вести регулирование стока реки.

Русловые гидроузлы характеризуются тем, что подпорный уровень в них не превышает бровки русла, при этом пойма реки не затопляется. Напор руслового гидроузла образуется за счет разницы между подпорным уровнем и уровнем воды в реке в межень; последний всегда ниже бровки русла. Напор в зависимости от высоты берегов может доходить до 5-6 м. Однако в период про-

хождения максимальных расходов воды (обычно в половодье) уровень воды перед створом гидроузла (УВБ) и уровень воды ниже створа (УНБ) практиче-

ски выравниваются, что приводит к снижению напора почти до нуля.

13.3.Водоподпорные сооружения

13.3.1.Типы водоподпорных сооружений

Вкачестве водоподпорных сооружений наиболее широко применяются плотины. В зависимости от назначения гидроузла подпорными сооружениями могут быть здания ГЭС и насосных станций, устои, подпорные стенки и др.

Плотины возводят из различных материалов: грунта (камня), бетона и железобетона, дерева, синтетических материалов. Наибольшее распространение в гидроузлах на малых реках получили плотины из грунтовых материалов.

29

13.3.2. Конструкции водоподпорных сооружений

Основным параметром этих плотин является максимальная высота, от-

считываемая от отметки основания плотины в наиболее глубоком месте речной долины до отметки бровки гребня плотины.

Конструкции земляных плотин разнообразны [9]. Широко распростране-

ны однородные плотины в силу простоты конструкции и возведения. Однород-

ные сооружения характеризуются тем, что их тело состоит из материала одного качества – песка, супеси, суглинка. При соответствующих условиях, как прави-

ло, для снижения фильтрационных потерь воды, возводят неоднородные пло-

тины, в состав тела которых входят противофильтрационные элементы (ядра,

экраны, диафрагмы).

Земляные плотины конструктивно могут быть с уположенным верховым откосом, не требующим специального крепления от волнового воздействия во-

ды верхнего бьефа или с крепленым верховым откосом.

13.4. Водосбросные сооружения

Главнейшим параметром водосброса является расход воды Qc6p, м3/с, кото-

рый необходимо пропустить из верхнего бьефа в нижний в период паводка или половодья.

Сбросной расход определяется максимальными расходами реки, величина которых назначается по обеспеченности в соответствии с [15].

К другим параметрам водосбросов в зависимости от их типа относятся:

число и размеры водосбросных отверстий, длина водосбросного (водосливно-

го) фронта, площади поперечного сечения отводящих сооружений, размеры гася-

щих энергию потока сооружений и др.

В водосбросах принято выделять три основные части: головная, отводя-

щая и гасящая.

Тип водосброса определяется, как правило, головной частью. В гидроуз-

лах на малых реках наиболее распространены следующие типы водосбросов:

30