Гидротехнические сооружения

У

П. М. Богославчик

Т

Н

Б

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

й

высших учебныхальностизаведений

Курс лекц

р

1-70 04 03

для студентов спец

«Водоснабжение, водоотведен е

охрана водных ресурсов»

о

т

2-е издание, исправленное

и

з

по

Рекомендовано учебно-методическим объединением

бра ванию в области строительства и архитектуры

п

е

Р

Рецензенты:

У

Э. И. Михневич, В. В. Ивашечкин

Т

Н

Б

Богославчик, П.М.

р

й

соо

Б74

Гидротехнические

уженияи: курс лекций для студентов

специальности 1-70 04 03 «В доснабжение, водоотведение и охра-

т

на водных ресурсов» высших учебных заведений / П. М. Богослав-

испр

чик. – 2-е изд.,

. – Минск : БНТУ, 2014. – 223 с.

ISBN 978-985-550-220-4.

издании

оборудованиигидротехнических сооружений.

В

рассмотрены конструкции и методы расчетов различных гидротех-

нических с

ружений:

глухих

грунтовых и бетонных плотин, водопропускных

е

со ружений, каналов и сооружений на них. Приведены сведения о механическом

Первое издание вышло в 2008 году.

п

УДК 626/627(075.8)

РISBN 978-985-550-220-4

ББК 38.77я7

© Богославчик П.М., 2008

вается в 1,5 млрд км3 при объеме Земли 1 083 млрд км3. Наибольший

объем в гидросфере составляют моря и океаны – 1,35 млрд км3. Объем

внутритерриториальных вод – 0,15 млрд км3. Из этого объемаУсле-

дует выделить годовой сток, осредненная величина которого со-

3

Т

ставляет 40 тыс. км

. Именно эта вода наиболее доступна для жиз-

недеятельности человека. На Европу из этого объема приходится

около 3 тыс. км3.

Н

Водные ресурсы в достаточно больших объемах используются

Б

различными отраслями, в первую очередь отраслями водного хо-

зяйства, к которым относятся следующ е:

1) гидроэнергетика;

й

2) водный транспорт;

и

3) гидромелиорация;

4) водоснабжение населенных мест и предприятий, а также водо-

отведение (канализация).

р

о

Сюда также следует о нес и отрасли, связанные с охраной вод-

ных ресурсов, борьбойтс водной стихией, с использованием водных

недр для лова рыбы,

полезных ископаемых и др.

Различные

траслидобычипо-разному используют воду. Те отрасли, ко-

торые

зчасть воды и расходуют ее практически не возвра-

Т

водоотведение и охрана водных ресурсов» на основе опыта препо-

давания данной дисциплины в Белорусском национальном техниче-

ском университете.

Н

У

Б

й

и

р

о

т

и

з

о

п

е

Р

Т

сурсов, а также для предотвращения или уменьшения вредного воз-

действия воды на окружающую среду. С помощью Г С осуществ-

ляются различные водохозяйственные мероприятия, создаютсяУводо-

хранилища, регулируются расходы и уровни воды, осуществляется

пропуск льда и т. д.

По роду водотока или водоема, на котором они построены, ГТС

подразделяются на речные, морские, озерные или Нпрудовые, сете-

вые и подземные.

й

По условиям взаимодействия с водной средойБи характеру вы-

полняемых функций различают следующ е гидротехнические со-

оружения:

р

1) водоподпорные, которые пе его аж вают водоток или ограж-

о

дают водохранилище и восп инимаютинапор воды. Сюда относятся

плотины и дамбы.

т

Участок водотока, расп л женный выше водоподпорного со-

оружения,

и

называется верхним бьефом, расположенный ниже –

нижним

бьефом.

Разн ца уровней воды в верхнем и нижнем

з

бьефе называется напором на сооружение;

о

2) водопроводящие, служащие для подачи воды к местам потреб-

ления. Сюда тн сятся каналы, трубопроводы, гидротехнические

туннели, л тки и др.;

3) водозаборные,

служащие для забора воды из водотоков и во-

е

до мов;

Р

По условиям использования гидротехнические сооружения под-

разделяются на постоянные и временные. Постоянные сооружения

Н

используются в течение всего периода эксплуатации. Временные –

только в отдельные периоды, например во времяБстроительства или

ремонта постоянных сооружений.

Постоянные гидротехнические сооружен я разделяются на основ-

й

ные и второстепенные. Основные соо ужен я – это такие, разрушение

которых приводит к нарушению ноимальной работы всего гидроузла.

Выход из строя второстепенных с о ужений может ухудшить усло-

р

вия эксплуатации гидроузла, не влияет на основные его параметры.

Постоянные

ехнические сооружения разделяются на че-

но

тыре класса (I–IV). Класс сооружений устанавливается в соответ-

т

ствии с ука ан ями СН П [18] и зависит от значимости сооруже-

1.2. Особенности и условия работы гидротехнических

сооружений

Н

У

ГидротехническиесооруженияимеютрядследующихособенностейТ .

1. Гидротехнические сооружения строятся и эксплуатируются в

условиях постоянного

взаимодействия с водной средой. Воздей-

й

ствие воды на сооружения может быть механическое, физико-хими-

ческое, биологическое.

Б

Механическое воздействие воды проявляется в виде статических

и динамических нагрузок на

сооружен

е.

Это гидростатическое и

гидродинамическое давление воды, давлен е льда, волновое и филь-

трационное давление.

о

и

Физико-химическое

в здействие воды проявляется в коррозии

т

металлических конс рукций, суффозии в грунтах, выщелачивании

бетона и др.

и

Биологическое воздейс вие связано с жизнедеятельностью имею-

з

щихся в воде орган мов проявляется в обрастании водорослями

о

гидротехническ х сооружений, затрудняющем их эксплуатацию, а

также в к рр

ии и гниении конструкций.

2. Гидр технические сооружения и гидроузлы могут оказывать

негативн

е влияние на прилегающие районы. Так, строительство

под орных сооружений и создание водохранилищ ведет к затопле-

нию большихп

площадей в верхних бьефах, подтоплениям с после-

дующим заболачиванием в нижних бьефах, нарушению естествен-

ных гидрологических режимов прилегающих территорий.

3. Повышенная опасность гидротехнических сооружений, обу-

Рсловленная серьезностью последствий возможных аварий.

ки. Поэтому проектированию и строительству всегда предшествуют

изыскательские работы, целью которых является изучение геологи-

ческого строения данной местности. Основаниями гидротехничеУ-

Н

ских сооружений могут быть скальные и нескальные породы. К не-

скальным (мягким) грунтам относятся пески (гравелистыеТ, крупно-

зернистые, среднезернистые и мелкозернистые), супеси, суглинки и

глины. Скальные основания являются наиболее надежными и поз-

й

воляют строить гидротехнические сооружения практически при

любых напорах. Нескальные (мягкие) грунтыБобладают большой

деформативностью и значительно меньшей прочностью. На них мож-

но стоить сооружения напором до 10–30 м. Исключения составляют

р

грунтовые плотины, напор кото ых на нескальных основаниях бы-

вает до 100 м и более.

о

и

т

1.3. Верхний и нижний бьефы

реки

При создании подпорного сооружения в верхнем бьефе образу-

з

ется водохранил ще. Водохранилище – это искусственный водоем,

го

напорным гидроузлом и предназначенный

созданный в дол не

для перераспределения речного стока во времени с целью наиболее

эффективн

его использования в хозяйственных целях. Водохра-

нилища ис

льзуются для выработки электроэнергии на гидроэлек-

е

тростанциях, для водоснабжения тепловых и атомных электростан-

ций, городовпи промышленных предприятий, для судоходства, оро-

ш ния, рыборазведения, рекреации, а также для защиты от

затопления во время паводков.

Естественные и искусственные емкости, в которых аккумулируется

Рвода, называются чашами водохранилищ. При этом собственно водо-

водные (межень) периоды, годы. Месячное, недельное и суточное

регулирование стока осуществляется чаще всего водохранилищами

гидроэлектростанций.

Н

У

Период аккумуляции речного стока называется наполнением во-

дохранилища, а процесс отдачи накопленной воды – сработкойТво-

Б

дохранилища. Наполнение и сработка водохранилища осуществля-

ется в пределах характерных уровней, которые определяются при

й3

проектировании любого водохранилища (рис. 1.1).

ФПУ

и

р

НПУ

о

1

т

УМО

2

и

УНБ

з

о

Рис. 1.1. Характерные уровни воды в верхнем бьефе

Различают три характерных уровня воды в верхнем бьефе: нор-

е

мальный од орный уровень (НПУ), форсированный подпорный

уров пнь (ФПУ), уровень мертвого объема (УМО) (см. рис. 1.1).

Этитриуровняопределяюттриобъемаводывводохранилище:

1) мертвый объем – это объем, меньше которого воды в водо-

хранилище не должно быть. Он может быть установлен по различ-

Рным соображениям, например как запас на заиление водохранили-