Гидротехнические сооружения предназначены для улучшения условий. Гидротехническое сооружение
Виды гидротехнических сооружений выделяют, прежде всего, по их функциональному назначению.
Различают следующие виды:
− водоподпорные сооружения;
− водосбросные сооружения;
− водоспускные и водовыпускные сооружения;
− водопроводящие сооружения;
− энергетические сооружения;
− судоходные сооружения;
− берегозащитные и берегоукрепительные сооружения и др.
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 неиспользуемых 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 период эксплуатации гидроузла, так и в период его строительства. В первом случае водосбросные сооружения называются эксплуатационными, во втором случае – строительными или сооружениями для пропуска строительных расходов.
Водоспускные сооружения необходимы для осуществления попусков воды из водохранилища, в частности, для поддержания в нижнем бьефе определенных санитарно-экологических условий (так называемые санитарные расходы воды, устанавливаемые санитарными правилами и нормами – СанПиН 3907-85).
Водопроводящие сооружения предназначены для передачи воды на некоторые расстояния.
Энергетические сооружения служат для использования энергии воды – это сооружения гидравлических (ГЭС), атомных (АЭС), тепловых (ТЭС) электростанций, а также сооружения насосных станций (НС).
Судоходные сооружения обеспечивают судоходство и лесосплав.
Берегозащитные и берегоукрепительные сооружения предназначены для защиты или укрепления берегов рек, каналов, водохранилищ от разрушения волнами, течением воды, льдом.
1.3. Гидротехнические сооружения городов
В условиях городов широко применяются:
– водоподпорные сооружения;
− водосбросные сооружения;
− водоспускные и водовыпускные сооружения;
− водопроводящие сооружения;
– водохранилища (пруды);
− берегозащитные и берегоукрепительные сооружения;
– сооружения для защиты территорий от оползневых явлений;
– сооружения для защиты территорий от затопления и подтопления.
2. Водоподпорные сооружения
2.1. Типы водоподпорных сооружений
В качестве 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. В соответствии со СНиП 2.06.05-84* они подразделяются на типы (табл. 2.1).
Таблица 2.2
Типизация плотин из грунтовых материалов
|
Тип плотины |
Отличительные признаки |
|
Земляная насыпная |
Грунты от глинистых до гравийно-галечниковых; отсыпают насухо с уплотнением или в воду |
|
Земляная намывная |
Грунты от глинистых до гравийно-галечниковых; намывают средствами гидромеханизации |
|
Каменно-земляная |
Грунты тела – крупнообломочные; противофильтрационных устройств – от глинистых до мелкопесчаных |
|
Каменно-набросная |
Грунты тела – крупнообломочные; противофильтрационных устройств – из негрунтовых материалов |
Земляные насыпные плотины по конструкции тела и противофильтрационных устройств в теле и основании подразделяются (СНиП 2.06.05-84*) на основные виды (рис. 2.3 и табл. 2.3).
Таблица 2.3
Виды земляных насыпных плотин
|
Элементы плотины |
Вид плотины |
|
Тело плотины |
Однородная (рис. 2.3, а ). Неоднородная (рис. 2.3, б , в ). С экраном из негрунтовых материалов (рис. 2.3, г ). С грунтовым ядром – вертикальным или наклонным (рис. 2.3, д ). С негрунтовой диафрагмой (рис. 2.3, е ). С грунтовым экраном (рис. 2.3, ж ). |
|
Противофильтрационное устройство в основании плотины |
С зубом (рис. 2.3, г ). С инъекционной завесой (рис. 2.3, д ). Со стенкой, шпунтом (рис. 2.3, е ). С понуром (рис. 2.3, ж ). |
Рис. 2.3. Виды земляных насыпных плотин:
1 – тело плотины; 2 – поверхность депрессии; 3 – дренаж; 4 – крепление откосов; 5 – верховая грунтовая противофильтрационная призма; 6 – диафрагма; 7 – верховая призма; 8 – низовая призма; 9 – переходный слой; 10 – экран из негрунтовых материалов; 11 – грунтовое ядро; 12 – центральная грунтовая противофильтрационная призма; 13 – шпунт или стенка; 14 – понур; 15 – инъекционная (цементационная) завеса (висячая); 16 – зуб; 17 – грунтовый экран; h – высота плотины; b – ширина плотины понизу; b um – ширина противофильтрационного устройства понизу; b up – ширина плотины по гребню; m h – коэффициент верхового откоса; m t – коэффициент низового откоса
Намывные плотины в зависимости от грунтов тела плотины и способов возведения подразделяют (СНиП 2.06.05-84*) на основные виды (рис. 2.4 и табл. 2.4).
Таблица 2.4
Виды земляных намывных плотин
|
Вид плотины |
Грунты тела плотины |
Способ возведения плотины |
|
Однородная: с принудительно фор-мируемыми откосами (рис. 2.4, а ) со свободно формируемыми откосами (рис. 2.4, б ) |
Пески, супеси, суглинки Пески, гравийные (дресвяные) |
Односторонний намыв с дамбами обвалования на низовом откосе и центральный намыв без дамб обвалования |
|
Неоднородная:: с ядром (рис. 2.4, в ) с центральной зоной (рис. 2.4, г ) |
Гравийные, галечниковые с содержанием песчаных и глинистых фракций Гравийные, галечниковые или песчаные разнозернистые |
Двухсторонний намыв с дамбами обвалования на откосах |
|
Комбинированная: с насыпным ядром из глинистого грунта и намывными боковыми зонами (рис. 2.4, д ) с насыпными банкетами и намывной центральной зоной (рис. 2.4, е ) |
Гравийные, галечниковые или песчаные |
Двухсторонний намыв без отстойного пруда |
Для организации отвода воды, фильтрующейся через тело и основание плотины, предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос, снижения депрессионной поверхности и для других целей в теле земляных плотин могут устраиваться дренажи (рис. 2.7).
Каменно-земляные и каменно-набросные плотины по конструкции противофильтрационных устройств и способу производства работ подразделяют (СНиП 2.06.05-84*) на основные виды (рис. 2.5 и 2.6, табл. 2.5).
Рис. 2.4. Виды намывных плотин:
1 – крепление верхового откоса; 2 – дренаж; 3 – намывное ядро; 4 - намывные промежуточные зоны; 5 – намывные боковые зоны; 6 – намывная центральная слабоводопроницаемая зона; 7 – боковые насыпные призмы (банкеты); 8 – сейсмостойкое крепление откоса; 9 – насыпное глинистое ядро
Таблица 2.5
Виды плотин из камня
Кроме плотин из грунтовых материалов, в качестве водоподпорных сооружений гидроузлов на малых реках иногда применяются плотины бетонные и железобетонные. В зависимости от конструкции и технологического назначения эти плотины подразделяются (СНиП 2.06.06-85) на основные виды (табл. 2.6).
Таблица 2.6
Виды плотин из бетона (железобетона)
К гидротехническим сооружениям (ГTC) относятся сооружения напорного фронта и естественные плотины (плотины, шлюзы, дамбы, оросительные системы, перемычки, запруды, каналы, ливневая канализация и др.), создающие разницу уровней воды до и после них, предназначенные для использования водных ресурсов, а также для борьбы с вредными воздействиями вод.
Плотина — искусственное водоподпорное сооружение или природное (естественное) препятствие на пути водотока, создающее разницу уровней в своем верхнем и нижнем бьефе по руслу реки; является важным типом общего гидросооружения с водопропускными и другими устройствами, создаваемыми при ней.
Искусственные плотины создаются человеком для своих нужд; это плотины гидроэлектростанций, водозаборов в ирригационных системах, дамбы, перемычки, запруды, создающие водохранилище в своем верхнем бьефе. Естественные плотины являются результатом действий природных сил: оползней, селей, лавин, обвалов, землетрясений.
Бьеф — участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами.
Верхний бьеф плотины — часть реки выше подпорного сооружения (плотины, шлюза).
Нижний бьеф — часть реки ниже подпорного сооружения.
Рисберма — укрепленный участок русла реки в нижнем бьефе водосбросного гидротехнического сооружения, защищающий русло от размыва, выравнивающий скорость потока.
Водохранилища могут быть долговременными или кратковременными. Долговременным искусственным водохранилищем является, например, водохранилище верхнего бьефа Ириклинской ГРЭС. Долговременное естественное водохранилище образуется из-за перекрытия рек обвалом твердых скальных пород (горы Тянь-Шаня, Памира и др.).
Кратковременные искусственные плотины сооружают для временного изменения направления русла реки при строительстве ГЭС или других гидротехнических сооружений. Они возникают в результате перекрытия реки рыхлым грунтом, снегом или льдом (заторы, запоры).
Как правило, искусственные и естественные плотины имеют водостоки: для искусственных плотин — направленные, для естественных — случайно образованные (стихийные). Существует несколько классификаций гидротехнических сооружений. По месту расположения ГТС делятся:
- на наземные (прудовые, речные, озерные, морские);
- подземные трубопроводы, туннели.
По характеру и цели использования выделяются следующие виды ГТС:
- водно-энергетические;
- для водоснабжения;
- мелиоративные;
- канализационные;
- водно-транспортные;
- декоративные;
- лесоплавильные;
- спортивные;
- рыбохозяйственные.
По функциональному назначению ГТС классифицируются следующим образом:
- водоподпорные сооружения, создающие напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним (плотины, дамбы);
- водопроводящие сооружения (водоводы), служащие для переброски воды в заданные пункты (каналы, туннели, лотки, трубопроводы, шлюзы, акведуки);
- регуляционные (выправителъные) сооружения, предназначенные для улучшения условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек (щиты, дамбы, полузапруды, берегоукрепительные, ледонаправляющие сооружения);
- водосбросные сооружения, служащие для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов, которые позволяют частично или полностью опорожнять водоемы.
В особую группу выделяют специальные гидротехнические сооружения:
- ГТС для использования водной энергии — здания ГЭС и напорные бассейны;
- ГТС для водного транспорта — судоходные шлюзы, бревноспуски;
- мелиоративные ГТС — магистральные и распределительные каналы, шлюзы, регуляторы;
- рыбохозяйственные ГТС — рыбоходы, рыбоводные пруды;
- комплексные ГТС (гидроузлы) — ГТС, объединенные общей сетью плотины, каналы, шлюзы, энергоустановки и т. д.
В соответствии со статьей 4 Федерального закона "О безопасности гидротехнических сооружений" Правительство Российской Федерации постановляет:
1. Установить, что гидротехнические сооружения подразделяются на следующие классы:
I класс - гидротехнические сооружения чрезвычайно высокой опасности;
II класс - гидротехнические сооружения высокой опасности;
III класс - гидротехнические сооружения средней опасности;
IV класс - гидротехнические сооружения низкой опасности.
2. Утвердить прилагаемые критерии классификации гидротехнических сооружений.
3. Установить, что если гидротехническое сооружение в соответствии с критериями, утвержденными настоящим постановлением, может быть отнесено к разным классам, такое гидротехническое сооружение относится к наиболее высокому из них.
Критерии классификации гидротехнических сооружений
(утв. постановлением Правительства РФ от 2 ноября 2013 г. № 986)
1. Классы гидротехнических сооружений в зависимости от их высоты и типа грунта оснований:
| Гидротехническое сооружение | Тип грунта основания |
Высота гидротехнического сооружения (метров) |
|||
|---|---|---|---|---|---|
| I класс | II класс | III класс | IV класс | ||
| 1. Плотины из грунтовых материалов | А | более 80 | от 50 до 80 | от 20 до 50 | менее 20 |
| Б | более 65 | от 35 до 65 | от 15 до 35 | менее 15 | |
| В | более 50 | от 25 до 50 | от 15 до 25 | менее 15 | |
| 2. Плотины бетонные, железобетонные; подводные конструкции зданий гидростанций; судоходные шлюзы; судоподъемники и другие сооружения, участвующие в создании напорного фронта | А | более 100 | от 60 до 100 | от 25 до 60 | менее 25 |
| Б | более 50 | от 25 до 50 | от 10 до 25 | менее 10 | |
| В | более 25 | от 20 до 25 | от 10 до 20 | менее 10 | |
| 3. Подпорные стены | А | более 40 | от 25 до 40 | от 15 до 25 | менее 15 |
| Б | более 30 | от 20 до 30 | от 12 до 20 | менее 12 | |
| В | более 25 | от 18 до 25 | от 10 до 18 | менее 10 | |
| 4. Морские причальные сооружения основного назначения | А, Б, В | более 25 | от 20 до 25 | менее 20 | - |
| 5. Морские внутрипортовые оградительные сооружения; береговые укрепления; струенаправляющие и наносоудерживающие дамбы и другие | А, Б, В | - | более 15 | 15 и менее | - |
| 6. Ограждающие сооружения хранилищ жидких отходов | А, Б, В | более 50 | от 20 до 50 | от 10 до 20 | менее 10 |
| 7. Оградительные сооружения; ледозащитные сооружения | А, Б, В | более 25 | от 5 до 25 | менее 5 | - |
| 8. Сухие и наливные доки; наливные док-камеры | А | - | более 15 | 15 и менее | - |
| Б, В | - | более 10 | 10 и менее | - | |
Примечания: 1. Грунты подразделяются на: А - скальные; Б - песчаные, крупнообломочные и глинистые в твердом и полутвердом состоянии; В - глинистые водонасыщенные в пластичном состоянии.
2. Высота гидротехнического сооружения и оценка его основания определяются по данным проектной документации.
3. В позициях 4 и 7 вместо высоты гидротехнического сооружения принимается глубина основания гидротехнического сооружения.
2. Классы гидротехнических сооружений в зависимости от их назначения и условий эксплуатации:
| Гидротехническое сооружение | |
|---|---|
| 1. Подпорные гидротехнические сооружения мелиоративных гидроузлов при объеме водохранилища, млн. куб. м: | |
| свыше 1000 | I |
| от 200 до 1000 | II |
| от 50 до 200 | III |
| 50 и менее | IV |
| 2. Гидротехнические сооружения гидравлических, гидроаккумулирующих, приливных и тепловых электростанций установленной мощностью, МВт: | |
| более 1000 | I |
| от 300 до 1000 | II |
| от 10 до 300 | III |
| 10 и менее | IV |
| 3. Гидротехнические сооружения атомных электростанций независимо от мощности | I |
| 4. Гидротехнические сооружения и судоходные каналы на внутренних водных путях (кроме гидротехнических сооружений речных портов): | |
| сверхмагистральных | II |
| магистральных и местного значения | III |
| 5. Гидротехнические сооружения мелиоративных систем при площади орошения и осушения, обслуживаемой сооружениями, тыс. га: | |
| свыше 300 | I |
| от 100 до 300 | II |
| от 50 до 100 | III |
| 50 и менее | IV |
| 6. Каналы комплексного водохозяйственного назначения и гидротехнические сооружения на них при суммарном годовом объеме водоподачи, млн. куб. м: | |
| свыше 200 | I |
| от 100 до 200 | II |
| от 20 до 100 | III |
| менее 20 | IV |
| 7. Морские оградительные гидротехнические сооружения и гидротехнические сооружения морских каналов, морских портов при объеме грузооборота и числе судозаходов в навигацию: | |
| свыше 6 млн. тонн сухогрузов (свыше 12 млн. тонн наливных) и свыше 800 судозаходов | I |
| от 1,5 до 6 млн. тонн сухогрузов (от 6 до 12 млн. тонн наливных) и от 600 до 800 судозаходов | II |
| менее 1,5 млн. тонн сухогрузов (менее 6 млн. тонн наливных) и менее 600 судозаходов | III |
| 8. Морские оградительные гидротехнические сооружения и гидротехнические сооружения морских судостроительных и судоремонтных предприятий и баз в зависимости от класса предприятия | II, III |
| 9. Оградительные гидротехнические сооружения речных портов, судостроительных и судоремонтных предприятий | III |
| 10. Гидротехнические сооружения речных портов при среднесуточном грузообороте (усл. тонн) и пассажирообороте (усл. пассажиров): | |
| свыше 15000 усл. тонн и свыше 2000 усл. пассажиров (1 категория порта) | III |
| 3501 - 15000 усл. тонн и 501 - 2000 усл. пассажиров (2 категория порта) | III |
| 751 - 3500 усл. тонн и 201 - 500 усл. пассажиров (3 категория порта) | III |
| 750 и менее усл. тонн и 200 и менее усл. пассажиров (4 категория порта) | IV |
| 11. Морские причальные гидротехнические сооружения, гидротехнические сооружения железнодорожных переправ, лихтеровозной системы при грузообороте, млн. тонн: | |
| свыше 0,5 | II |
| 0,5 и менее | III |
| 12. Причальные гидротехнические сооружения для отстоя, межрейсового ремонта и снабжения судов | III |
| 13. Причальные гидротехнические сооружения судостроительных и судоремонтных предприятий для судов с водоизмещением порожним, тыс. тонн: | |
| свыше 3,5 | II |
| 3,5 и менее | III |
| 14. Строительные и подъемно-спусковые гидротехнические сооружения для судов со спусковой массой, тыс. тонн: | |
| свыше 30 | I |
| от 3,5 до 30 | II |
| 3,5 и менее | III |
| 15. Стационарные гидротехнические сооружения средств навигационного оборудования | I |
| 16. Временные гидротехнические сооружения, используемые на стадиях строительства, реконструкции и капитального ремонта постоянных гидротехнических сооружений | IV |
| 17. Берегоукрепительные гидротехнические сооружения | III |
Примечания: 1. Класс гидротехнических сооружений гидравлических и тепловых электростанций установленной мощностью менее 1000 МВт, указанных в позиции 2, повышается на единицу в случае, если электростанции изолированы от энергетических систем.
2. Класс гидротехнических сооружений, указанных в позиции 6, повышается на единицу для каналов, транспортирующих воду в засушливые регионы в условиях сложного гористого рельефа.
3. Класс гидротехнических сооружений участка канала от головного водозабора до первого регулирующего водохранилища, а также участков канала между регулирующими водохранилищами, предусмотренных позицией 6, понижается на единицу в случае, если водоподача основному водопотребителю в период ликвидации последствий аварии на канале может быть обеспечена за счет регулирующей емкости водохранилищ или других источников.
4. Класс гидротехнических сооружений речных портов, указанных в позиции 10, повышается на единицу в случае, если повреждения гидротехнических сооружений речных портов могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций федерального, межрегионального и регионального характера.
5. Класс гидротехнических сооружений, указанных в позициях 13 и 14, повышается на единицу в зависимости от сложности строящихся или ремонтируемых судов.
6. Класс гидротехнических сооружений, указанных в позиции 16, повышается на единицу в случае, если повреждения таких гидротехнических сооружений могут привести к возникновению чрезвычайной ситуации.
7. Класс гидротехнических сооружений, указанных в позиции 17, повышается на единицу в случае, если повреждения берегоукрепительных гидротехнических сооружений могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций федерального, межрегионального и регионального характера.
3. Классы защитных гидротехнических сооружений в зависимости от максимального напора на водоподпорное сооружение:
| Защищаемые территории и объекты |
Максимальные расчётный напор (метров) |
|||
|---|---|---|---|---|
| I класс | II класс | III класс | IV класс | |
|
1. Селитебные территории (населенные пункты) с плотностью жилого фонда на территории возможного частичного или полного разрушения при аварии на водоподпорном сооружении, 1 кв. м на 1 га: |
||||
| свыше 2500 | свыше 5 | от 3 до 5 | до 3 | - |
| от 2100 до 2500 | свыше 8 | от 5 до 8 | от 2 до 5 | до 2 |
| от 1800 до 2100 | свыше 10 | от 8 до 10 | от 5 до 8 | до 5 |
| менее 1800 | свыше 15 | от 10 до 15 | от 8 до 10 | до 8 |
| 2. Объекты оздоровительно-рекреационного и санитарного назначения (не попадающие в позицию 1) | - | свыше 15 | от 10 до 15 | менее 10 |
| 3. Объекты с суммарным годовым объемом производства и (или) стоимостью единовременно хранящейся продукции, млрд. рублей: | ||||
| свыше 5 | свыше 5 | от 2 до 5 | до 2 | - |
| от 1 до 5 | свыше 8 | от 3 до 8 | от 2 до 3 | до 2 |
| менее 1 | свыше 8 | от 5 до 8 | от 3 до 5 | до 3 |
| 4. Памятники культуры и природы | свыше 3 | до 3 | - | - |
4. Классы гидротехнических сооружений в зависимости от последствий возможных гидродинамических аварий:
| Класс гидротехнического сооружения | Число постоянно проживающих людей, которые могут пострадать от аварии гидротехнического сооружения (человек) | Число людей, условия жизнедеятельности которых могут быть нарушены при аварии гидротехнического сооружения (человек) | Размер возможного материального ущерба без учета убытков владельца гидротехнического сооружения (млн. рублей) | Характеристика территории распространения чрезвычайной ситуации, возникшей в результате аварии гидротехнического сооружения |
|---|---|---|---|---|
| I | более 3000 | более 20000 | более 5000 | в пределах территории двух и более субъектов Российской Федерации |
| II | от 500 до 3000 | от 2000 до 20000 | от 1000 до 5000 | в пределах территории одного субъекта Российской Федерации (двух и более муниципальных образований) |
| III | до 500 | до 2000 | от 100 до 1000 | в пределах территории одного муниципального образования |
| IV | - | - | менее 100 | в пределах территории одного хозяйствующего субъекта |
Обзор документа
Установлены критерии классификации гидротехнических сооружений.
Выделено 4 класса их опасности: I класс - сооружения чрезвычайно высокой опасности; II класс - высокой опасности; III класс - средней опасности; IV класс - гидротехнические сооружения низкой опасности.
Классификация производится в зависимости от высоты гидротехнических сооружений и типа грунта их оснований, назначения и условий эксплуатации, максимального напора на водоподпорные сооружения и последствий возможных гидродинамических аварий.
Если гидротехническое сооружение можно отнести к разным классам, ему присваивают наиболее высокий из них.
Отметим, что с учетом класса определяются меры по обеспечению безопасности гидротехнического сооружения.
Гидротехническое сооружение – это инженерное или естественное сооружение для использования водных ресурсов или для борьбы с разрушительным действием воды. Гидротехнические сооружения бывают общие и специальные . Общие применяются почти при всех видах использования вод: водоподпорные, водопроводящие, регуляционные, водозаборные и водосбросные.
Водоподпорные гидротехнические сооружения создают напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним. К ним относятся: плотины и дамбы (или валы).
Плотины - важнейший и наиболее распространенный тип гидротехнических сооружений. Они перегораживают речные русла и создают разницу уровней по руслу реки. Перед плотиной вверх по водотоку накапливается вода и образуется искусственное или естественное водохранилище. Участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами называется бьефом. Верхним бьефом плотины является часть реки выше подпорного сооружения, а часть реки ниже подпорного сооружения называется нижним бьефом. Водохранилища могут быть долговременными или кратковременными. Долговременным искусственным водохранилищем является, например, водохранилище верхнего бьефа плотины гидроэлектростанции, оросительной системы. Долговременное естественное водохранилище может образоваться в результате перекрытия реки после такого чрезвычайного происшествия, как обвал твердых скальных пород. Кратковременные искусственные плотины создаются для временного изменения направления течения реки при строительстве ГЭС или др. гидротехнические сооружения. Кратковременные естественные плотины возникают в результате перекрытия реки рыхлым грунтом, снегом или льдом. Дамбы отгораживают прибрежную территорию и предотвращают ее затопление при паводках и половодье на реках, при приливах и штормах на морях и озерах.
Водопроводящие гидротехнические сооружения (водоводы) 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 др. гидротехнических сооружений, объединяемых в особую группу сооружений на каналах (акведуки, дюкеры, мосты, паромные переправы, ворота, водосбросы, шугосбросы и др.).
Регуляционные (выправительные) гидротехнические сооружения 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 запруды, струенаправляющие устройства (полузапруды, щиты, дамбы, ограждающие валы, траверсы, донные пороги и др.), берегоукрепительные сооружения, ледонаправляющие и ледозадерживающие сооружения.
Водозаборные (водоприемные) гидротехнические сооружения устраивают для забора воды из водоисточника и направления ее 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 гидротехнические сооружения служат для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов и пр. Они могут быть русловыми и береговыми, поверхностными и глубинными, позволяющими частично или полностью опорожнять водоемы. Для регулирования количества выпускаемой (сбрасываемой) воды водосбросные сооружения снабжают гидротехническими затворами. При небольших сбросах воды применяют также водосбросы-автоматы, автоматически включающиеся при подъеме уровня верхнего бьефа выше заданного. К ним относятся открытые водосливы (без затворов), водосбросы с автоматическими затворами, сифонные водосбросы.
Специальное гидротехническое сооружение возводится для какой-либо одной отрасли водного хозяйства. Для водного транспорта: судоходный шлюз, судоподъемник, причал, плотоход, лесоспуск (бревноспуск), маяк и др. сооружения по обстановке судового хода, различные портовые сооружения (молы, волноломы, пирсы, причалы, доки, эллинги, слипы и др.). Для гидроэнергетики: здание ГЭС, напорный бассейн и др. Для гидромелиорации: оросительный или осушительный (магистральный или распределительный) канал, дренаж, шлюз-регулятор на оросительной и осушительной системе, коллектор и др. Для водоснабжения и канализации: каптаж, насосная станция, водонапорная башня и резервуар, пруд-охладитель и др. Для рыбного хозяйства: рыбоход, рыбоподъемник, рыбоводный пруд и др. Для социального устройства: бассейны, аквапарки, фонтаны. Указанные гидротехнические сооружения, наряду с их прямым назначением, используются для:
- защиты от наводнений и разрушений берегов водохранилищ, берегов и дна русел рек;
- ограждения хранилища жидких промышленных отходов (добывающих, металлургических, энергетических) и сельскохозяйственных предприятий;
- предохранения от размывов на каналах;
- предотвращения вредного воздействия вод и жидких отходов.
В ряде случаев общие и специальные гидротехнические сооружения совмещают в одном комплексе, например, водосброс и здание гидроэлектростанции (так называемая совмещенная ГЭС) или другие сооружения для выполнения нескольких функций одновременно. При осуществлении водохозяйственных мероприятий гидротехнические сооружения, объединенные общей целью и располагаемые в одном месте, составляют комплексы, называемые узлами гидротехнических сооружений или гидроузлами . Несколько гидроузлов образуют водохозяйственные системы, например, энергетические, транспортные, ирригационные и т.п. В зависимости от места расположения гидротехнические сооружения могут быть морскими, речными, озерными, прудовыми. Различают также наземные и подземные гидротехнические сооружения.
Для анализа потенциальной опасности и капитальности гидротехнические сооружения как объекты гидротехнического строительства они делятся на 5 классов. К 1-му классу относятся основные постоянные гидроэлектрические станции мощностью более 1 млн. кВт. Ко 2-му - сооружения ГЭС мощностью 301 тыс. - 1 млн. кВт, сооружения на сверхмагистральных внутренних водных путях (например, на Волге, Волго-Донском канале и др.) и сооружения речных портов с навигационным грузооборотом более 3 млн. условных тонн. К 3-му и 4-му классам - сооружения ГЭС мощностью 300 тыс. кВт и менее, сооружения на магистральных внутренних водных путях и путях местного значения, сооружения речных портов с грузооборотом 3 млн. условных т и менее. К 5-му классу относятся временные гидротехнические сооружения. Аварии на гидротехнических сооружениях многообразны. Наиболее опасные из них - гидродинамические аварии.
При разработке мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях в зависимости от класса их опасности в проектах назначают степень их надежности, т.е. запасы прочности и устойчивости, расчетные максимальные расходы воды, характеристики и качество стройматериалов и т.п. Кроме того, по классу опасности определяется объем и состав изыскательских, проектных, исследовательских и диагностических работ. Характерные особенности гидротехнических сооружений связаны с воздействием на него водного потока, льда, наносов и других факторов. Это воздействие может быть механическим (статические и гидродинамические нагрузки, суффозия грунтов и др.), физико-химическим (истирание поверхностей, коррозия металлов, выщелачивание бетона), биологическим (гниение деревянных конструкций, истачивание дерева живыми организмами и пр.). Условия возведения гидротехнических сооружений осложняются необходимостью пропуска через сооружения в период их постройки (обычно в течение нескольких лет) так называемых строительных расходов реки, льда, сплавляемого леса, судов и пр. Влияние гидротехнических сооружений, особенно водоподпорных, распространяется на обширную территорию, в пределах которой происходит затопление отдельных земельных площадей, подъем уровня грунтовых вод, обрушение берегов и т.п. Поэтому строительство таких сооружений требует высокого качества работ и обеспечения большой надежности и безопасности конструкций, т.к. аварии на гидротехнических сооружениях вызывают тяжелые последствия - человеческие жертвы и потери материальных ценностей.
Глава 9 Гидродинамические аварии
9.1. Гидротехнические сооружения
Гидротехнические сооружения и их классификации
К гидротехническим сооружениям (TTC) относятся сооружения напорного фронта
и естественные плотины (плотины, шлюзы, дамбы, оросительные системы, перемычки, запруды, каналы, ливневая канализация и др.), создающие разницу уровней воды до и после них, предназначенные для использования водных ресурсов, а также для борьбы с вредными воздействиями вод.
Плотина - искусственное водоподпорное сооружение или природное (естественное) препятствие на пути водотока, создающее разницу уровней в своем верхнем и нижнем бьефе по руслу реки; является важным типом общего гидросооружения с водопропускными и другими устройствами, создаваемыми при ней.
Искусственные плотины создаются человеком для своих нужд; это плотины гидроэлектростанций, водозаборов в ирригационных системах, дамбы, перемычки, запруды, создающие водохранилище в своем верхнем бьефе. Естественные плотины являются результатом действий природных сил: оползней, селей, лавин, обвалов, землетрясений.
Бьеф - участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами.
Верхний бьеф плотины - часть реки выше подпорного сооружения (плотины, шлюза).Нижний бьеф – часть реки ниже подпорного сооружения.
Рисберма - укрепленный участок русла реки в нижнем бьефе водосбросного гидротехнического сооружения, защищающий русло от размыва, выравнивающий скорость потока.
Водохранилища могут быть долговременными или кратковременными. Долговременным искусственным водохранилищем является, например, водохранилище верхнего бьефа Ириклинской ГРЭС. Долговременное естественное водохранилище образуется из-за перекрытия рек обвалом твердых скальных пород (горы Тянь-Шаня, Памира и др.).
Кратковременные искусственные плотины сооружают для временного изменения направления русла реки при строительстве ГЭС или других гидротехнических сооружений. Они возникают в результате перекрытия реки рыхлым грунтом, снегом или льдом (заторы, запоры).
Как правило, искусственные и естественные плотины имеют водостоки: для искусственных плотин – направленные, для естественных – случайно образованные (стихийные).
Существует несколько классификаций гидротехнических сооружений.
По месту расположенияГТС делятся:
на наземные (прудовые, речные, озерные, морские);
подземные трубопроводы, туннели.
По характеру и цели использования выделяются следующие виды ГТС:
водно-энергетические;
для водоснабжения;
мелиоративные;
В. А. Макашев, С. В. Петров. «Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие»
канализационные;
водно-транспортные;
декоративные;
лесоплавильные;
спортивные;
рыбохозяйственные.
По функциональному назначению ГТС классифицируются следующим образом:
водоподпорные сооружения, создающие напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним (плотины, дамбы);
водопроводящие сооружения (водоводы), служащие для переброски воды в заданные пункты (каналы, туннели, лотки, трубопроводы, шлюзы, акведуки);
регуляционные (выправителъные) сооружения, предназначенные для улучшения условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек (щиты, дамбы, полузапруды, берегоукрепительные, ледонаправляющие сооружения);
водосбросные сооружения, служащие для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов, которые позволяют частично или полностью опорожнять водоемы.
В особую группу выделяют специальные гидротехнические сооружения:
ГТС для использования водной энергии – здания ГЭС и напорные бассейны;
ГТС для водного транспорта – судоходные шлюзы, бревноспуски;
мелиоративные ГТС – магистральные и распределительные каналы, шлюзы, регу-
рыбохозяйственные ГТС – рыбоходы, рыбоводные пруды;
комплексные ГТС (гидроузлы) – ГТС, объединенные общей сетью плотины, каналы, шлюзы, энергоустановки и т. д.
Классы гидротехнических сооружений
Гидротехнические сооружения напорного фронта в зависимости от возможных последствий их разрушения подразделяются на классы: гидроэлектростанции мощностью 1,5 млн кВт и более относится к I классу, а меньшей мощности – ко II–IV. Мелиоративные сооружения с площадью орошения и осушения свыше 300 тыс. га относятся к I классу, а с площадью 50 тыс. га и менее – к II–IV.
Класс основных постоянных сооружений напорного фронта зависит еще от их высоты и типа грунтов основания (табл. 16).
Таблица 16
Классы основных постоянных гидротехнических сооружений напорного фронта в зависимости от их высоты и типа грунтов основания
В. А. Макашев, С. В. Петров. «Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие»