23.1 Классификация гидротехнических сооружений

Гидротехническое сооружение - это сооружение, которое используется для водных ресурсов, а также для борьбы с вредным воздействием вод. Примеров таких сооружений - море (и в прямом и в переносном смысле...). Есть очень известные: дамбы рек, причалы, гидроэлектростанции, каналы, порты. Есть и очень специализированные: гидромелиоративные системы (применяются в сельском хозяйстве), судоходные сооружения (речное и морское пароходство), водоводы и отстойники, и многое, многое другое. Одни строятсяисходя из принципов развития той или иной отрасли хозяйства, другие - защищают людей отводнойстихии.В зависимости от местоположения, гидротехнические сооружения могут быть морскими, речными, озерными, прудовыми. Различают также наземные и подземные гидротехнические сооружения. В соответствии с обслуживаемыми отраслями водного хозяйства, гидротехнические сооружения бывают: водноэнергетические, мелиоративные, воднотранспортные, лесосплавные, рыбохозяйственные, для водоснабжения и канализации, для использования водных недр, для благоустройства городов, спортивных, эстетических целей.

Различают гидротехнические сооружения - общие, применяемые почти для всех видов использования вод, и - специальные, возводимые для какой-либо одной отрасли водного хозяйства. К общим относятся:

- водоподпорные. Создают напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним. Самые известные примеры: плотины (важнейший и наиболее распространённый тип гидротехнического сооружения), перегораживающие речные русла, и речные долины, поднимающие уровень воды, накапливаемой в верхнем бьефе; дамбы (или валы), отгораживающие прибрежную территорию и предотвращающие её затопление при паводках и половодье на реках, при приливах и штормах на морях и озёрах;

- водопроводящие. Служат для переброски воды в заданные пункты: каналы, гидротехнические туннели, лотки, трубопроводы. Некоторые из них, например каналы, из-за природных условий их расположения, необходимости пересечения путей сообщения и обеспечения безопасности эксплуатации, требуют устройства других гидротехнических сооружений, объединяемых в особую группу сооружений на каналах (акведуки, дюкеры, мосты, паромные переправы, заградит, ворота, водосбросы, шугосбросы и др.);

- регуляционные. Предназначены для изменения и улучшения естественных условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек от размывов, отложения наносов, воздействия льда и др. При регулировании рек используют струенаправляющие устройства (полузапруды, щиты, дамбы и др.), берегоукрепительные сооружения, ледонаправляющие и ледозадерживающие сооружения;

- водозаборные (водоприёмные) сооружения. Их устраивают для забора воды из водоисточника и направления её в водовод. Кроме обеспечения бесперебойного снабжения потребителей водой в нужном количестве и в требуемое время, они защищают водопроводящие сооружения от попадания льда, шуги, наносов и др.;

- водосбросные. Служат для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов. Они могут быть русловыми и береговыми, поверхностными и глубинными, позволяющими частично или полностью опорожнять водоёмы. Для регулирования количества выпускаемой (сбрасываемой) воды водосбросные сооружения снабжают гидротехническими затворами. При небольших сбросах воды применяют также водосбросы-автоматы, автоматически включающиеся при подъёме уровня верхнего бьефа выше заданного. К ним относятся открытые водосливы (без затворов), водосбросы с автоматическими затворами, сифонные водосбросы. [2]

Специальные гидротехнические сооружения:

- сооружения для использования водной энергии здания гидроэлектрических станций, напорные бассейны и др.;

- сооружения водного транспорта - судоходные шлюзы, судоподъёмники, маяки, и др.;

- сооружения по обстановке судового хода - плотоходы, бревноспуски и пр.;

- портовые сооружения - молы, волноломы, пирсы, причалы, доки, эллинги, слипы и др.;

- мелиоративные - магистральные и распределительные каналы, шлюзы-регуляторы на оросительных и осушительных системах;

- рыбохозяйственные - рыбоходы, рыбоподъёмники, рыбоводные пруды и т.п.

В ряде случаев общие и специальные сооружения совмещают в одном комплексе, например водосброс и здание гидроэлектростанции (совмещенная ГЭС) или другие сооружения для выполнения нескольких функций одновременно. При осуществлении водохозяйственных действий, гидротехнические сооружения, объединённые общей целью и располагаемые в одном месте, составляют комплексы - узлы гидротехнических сооружений (гидроузлы). Несколько гидроузлов образуют водохозяйственные системы, например энергетические, транспортные, ирригационные и т.п.

В последнее время появилась третья группа гидротехнических сооружений. Пока их не много (и некоторыми это называется «блажь») - индивидуальное гидротехническое строительство. Это строительство частных «рек», «озер», «прудов» и «водопадов». То есть та же вода, только для настроения, для украшения, как эстетическое оформление водного ландшафта. В прайсах некоторых фирм уже давно появилась такая услуга - «экологическое гидротехническое строительство». Конечно, это в первую очередь касается экологического сохранения естественного русла реки (в городской черте, например), берегов озер и других водоемов вблизи дорог, набережные и т.д. Но ведь и милый искусственный пруд в саду - вопрос немаловажный. Это вмешательство в экосистему пусть небольшого, но кусочка природы. Поэтому-то строительством больших и малых гидротехнических сооружений должны заниматься высококвалифицированные специалисты. [3]

23.2 Если комплекс агротехнических и лесомелиоративных мероприятий недостаточен для ослабления эрозионных процессов, на крутых склонах создают гидротехнические противоэрозионные сооружения. Как уже говорилось это: водозадерживающие и водонаправляющие земляные валы, ложбины и канавы, распылители стоков, головные и донные овражные сооружения, пруды и водоемы, задерживающие талые и ливневые воды; водосбросы – быстростоки, перепады. А также выполаживание склонов и засыпка оврагов.

Линейные гидротехнические сооружения – валы, ложбины, канавы, как правило, совмещают с дорогами, лесополосами границами полей и рабочих участков, внутри них создают пологие ложбины и перераспределители стока, проходимые сельхозтехникой.

Проектирование производится в крупных масштабах 1:2000 – 1:1000 с сечением рельефа 0,5-1 м, на основе технического продольного и поперечного нивелирования.

На слонах до 6⁰. Назначение – полное задержание ливневого стока. Состоит из вала и канавы. Вал в виде трапеции. Грунт берется из выемки. Высота по оси 1-1,5 м, ширина по гребню 2-2,5 м. Направление – по горизонтали отклонение от нее по высоте 0,3 м. Заложение откосов (величина обратная уклону) – сухого m₁ – 1-1,5; мокрого – m₂ – 1,5-3. Гребень вала делается строго горизонтальным и выше расчетного уровня воды на 0,25-0,3м. Концы вала – шпоры загибают вверх по склону на 10-20 м, сопрягая с осью вала под углом 100-140⁰ для создания прудка. Одну из шпор делают открытой с водообходным, дно которого лежит на одной отметке с нормальным подпарным уровнем (НПУ). Отметка гребня шпор на одной отметке с гребнем прудка. Под гребнем и шпорами срезается ПРС на глубину 0,2-0,3 м (для укрепления основания вала). Отметка порога водослива должна быть ниже отметки гребня вала на 0,35 м. Водообход и гребень вала укрепляют втрамбованным щебнем, откосы валов и шпор засевают многолетними травами.

Через каждые 50-100 м устраивают перемычки, для предотвращения сброса всего объема воды в случае прорыва вала. Гребни вала, шпор и перемычек должны иметь одинаковую отметку.

Для отвода воды в прудик водозаборного вала строит. предусматривается сооружение водоотводного вала – канавы ???????в сечении, глубиной от 0,2 до 1,2 м, с уклоном дна 0,006, высотой вала 0,1 м и заложенными m₁ (сухой откос) = 2; мокрого m₂ = 6.

Для пропуска паводковых вод в заложенные и облесенные балки и овраги проектируют водоотводные каналы. Каналы имеют широкий трапецидальный профиль (чтобы можно было обработать с/х техникой) глубиной до 2 м, с заложением откосов = 5, уклонами дна 0.0001-0,015.

Головные и донные овражные сооружения проектируют для предотвращения роста оврагов (распахать???????????). Составляется специальный проект на основе детального топоотчета в крупном масштабе.

Пруды и водоемы – в балках, оврагах, на ручьях и малых речках для накопления местного стока и использования его для водоснабжения.

24.1 Регулирующие сооружения служат для регулирования расходов, забираемых из старших каналов в младшие (водовыпуски) или сбрасываемых для опорожнения отдельных каналов, участков (сбросные устройства); для регулирования уровней воды (подпорные сооружения, автоматические сбросы); для регулирования скоростей (промывные устройства). По конструкции регулирующие сооружения бывают открытые, закрытые (трубчатые) и забралъного типа - (диафрагмовые). Открытый регулятор — лоток прямоугольного или трапецеидального сечения, ограниченный флютбетом, боковыми стенками (устоями) и оборудованный затвором с подъемным механизмом и служебным мостиком. Крупные регуляторы, кроме этого, имеют быки, делящие водосливный фронт на отдельные пролеты. Флютбет ограничен со стороны откосов устоями и переходными участками. Длину водобоя регулятора назначают из условия размещения пазов основного и ремонтного затвора, входного порога, мостов и гасительных устройств водобойного колодца, растекателей, донных порогов и других, которые располагают непосредственно за затворами или выносят за пределы быков. Длину устоев увязывают с размерами водобоя. Отметку порога входа назначают на уровне или выше дна канала.

Водомерные сооружения служат для измерения уровней и расходов воды в каналах. Водомерные соору­жения позволяют правильно распределять воду в каналы в соответствии с планом водопользования и экономно ее расходовать.

Водомеры должны удовлетворять следующим требо­ваниям:

1)    пропускать форсированный расход соответст­вующего канала с достаточной точностью его измерения при малых напорах;

2)    пропускать содержащиеся в воде наносы на поля;

3)    поддерживать постоянный расход воды при колебании уровня воды и, наоборот, при постоянном уровне изменять пропускаемый расход;

4)    учитывать не только расход, но и объем воды, иметь простую конструкцию, быть надежными в работе, долговечными и недорогостоящими.

Для измерения расхода воды на каналах применяют трапецеидальные и другие водосливы с тонкой стенкой, тарированные открытые водовыпуски с щитовыми затво­рами; трубчатые водомеры системы М. В. Бутырина, водомеры-насадки; водомерные лотки, водомерные пороги, водомерные приставки, поплавковые водомеры К. С. Глубшева, индукционные и другие водомеры.

Трапецеидальный водослив в тонкой стенке с отко­сами 4:1, с шириной порога b и на­пором над порогом h пропускает расход, м3/с:

Q = 1,86bh.

Напор h допускают до одной трети ширины порога. Эти водосли­вы создают большой подпор воды и задерживают донные наносы.

Индукционный расходомер со­стоит из датчика и измерительного блока. Датчик пред­ставляет собой патрубок из немагнитной нержавеющей стали с фланцами, внутренняя поверхность которых по­крыта изоляционным материалом (резина, эпоксидная смола, фторопласт). В середине патрубка введены два электрода. К патрубку присоединены два полюса электромагнита.

При прохождении воды через однородное магнитное поле, создаваемое полюсами электромагнита, в ней, как в движущемся проводнике, индуктируется электродвижущая сила. С помощью измерительного бло­ка электродвижущая сила преобразуется в показание расхода на циферблате прибора