Гидротехнические сооружения: виды и классификация, фото. О классификации гидротехнических сооружений

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.

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.

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

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

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

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)

Использование водных ресурсов всегда было одним из базовых условий поддержания жизнедеятельности человека. Потребность в них обуславливается не только питьевыми нуждами, но и хозяйственными, а в наши дни все чаще и промышленными задачами. Регуляция использования источников воды обеспечивается гидротехническими сооружениями, которые имеют разные формы и функциональное наполнение.

Общие сведения о гидротехнике

В общем смысле гидротехнический объект можно представить как любое функциональное сооружение или конструкцию, которая так или иначе взаимодействует с водой. Это могут быть не только рукотворные инженерные системы, но и естественные регуляторы, изначально созданные природой, но в дальнейшем эксплуатируемые людьми. Какие же задачи выполняют современные объекты гидротехнических сооружений? Основные из них можно представить так:

• Сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов. Как правило, это объекты с водоснабжающими коммуникациями и оборудованием.
• Водоохранные сооружения. Комплексы, в инфраструктуре которых может выполняться несколько задач. Наиболее распространены для подобных объектов ограничения по использованию и влиянию на гидрологическую среду с целью предотвращения вредного воздействия на нее.
• Промышленные сооружения. Инженерные системы, в которых циркуляция воды может использоваться как источник энергии.

Разумеется, это лишь часть функций, которые выполняет гидротехника. Редко бывает, когда на подобные сооружения возлагается одна или две задачи. Обычно крупные комплексы поддерживают сразу несколько рабочих процессов, среди которых природоохранные, защитные, регулирующие и т. д.

Основные и второстепенные сооружения гидротехники

Для начала стоит определить базовую классификацию, в которой существуют постоянные виды гидротехнических сооружений, и временные. Согласно нормативам, к первой группе относятся основные и второстепенные объекты. Что касается основных сооружений, то под ними понимается техническая инфраструктура, разрушение или повреждение которой может привести к прекращению нормального функционирования обслуживаемого с помощью гидроресурсов хозяйства. Это может быть остановка водоснабжения системы орошения, прекращение работы электростанций, сокращение судоходства и т. д. Важно учитывать, что энергия гидрологических турбин может обслуживать целые предприятия (морские, судоремонтные, отопительные). Соответственно, остановка подачи воды нарушит работоспособность подобных объектов.

К категории второстепенных сооружений относят гидротехнику, разрушение или повреждение которой не повлечет вышеперечисленных последствий. Например, если основные гидротехнические сооружения снабжают предприятия производственными ресурсами, то второстепенные могут участвовать в регуляции этого процесса, не оказывая значительного влияния на результат.

Также стоит упомянуть особенности временных сооружений, которые используются в периоды проведения ремонтных мероприятий. Если на том же основном водоснабжающем объекте произошла разгерметизация, к примеру, то обслуживающая бригада с проектировщиком должна будет создать технические условия для устранения проблемы. Решением этой задачи может стать организация работы временного гидроузла.

Классификация по способу взаимодействия с ресурсом

Одну и ту же задачу можно выполнять разными способами. Как уже отмечалось, один комплекс способен поддерживать несколько функциональных процессов, но принципиально различают именно условия взаимодействия с водоемом или водостоком и, соответственно, характер выполнения той или иной функции. По этим признакам выделяют следующие сооружения:

• Водоподпорные. Предназначены для перегораживания водотока, ограждения водохранилища или пруда за счет принятия напора воды. При оценке водотока отмечают уровень выше водонодпорной станции (верхний бьеф), и ниже - нижний бьеф. Разницу между этими уровнями называют напором на гидрологическом сооружении.
• Многофункциональные мелиоративные станции. Это могут быть водовыпуски, шлюзы, дамбы и водоотделители. Внутри данной группы также предусматривается классификация гидротехнических сооружений, в соответствии с которой различают сопрягающие и преграждающие комплексы.
• Водопроводящие. Обычно сетевая инфраструктура, формируемая каналами, туннелями, трубопроводами, лотками для проведения воды. Задача у них простая - доставка ресурса от точки сбора к накопителю или конечному месту использования воды.
• Водозаборные. Собирают ресурс из тех же накопителей для транспортировки к потребителям.
• Водосбросные. В отличие от заборных сооружений такие станции лишь убирают излишки воды. К этим объектам относятся глубинные водосбросы, сливные каналы, водоспуски и пр.
• Регуляционные. Контролируют взаимодействие потока с руслом, не допуская выход воды за пределы ограждения, размывы и отложения.

Опасные гидротехнические объекты

К данной группе сооружений могут относиться представители всех гидротехнических объектов независимо от назначения. Опасной станция может быть по причине высокого риска аварии, бесхозного состояния, нахождения в зоне риска из-за влияния сторонних факторов и т. д. Перечни с опасными объектами формируются специалистами МЧС и сотрудниками Росприроднадзора. По каждому региону производится комплексная ревизия с выявлением создающих угрозу объектов. Опасными гидротехнические сооружения признаются после выполнения следующих процедур:

• Идентифицируются и уточняются морфометрические характеристики объекта.
• Определяется техническое состояние сооружения и степень его безопасности.
• Определяется потенциальный размер вреда, который может иметь место в случае развития аварии (например, после разрушения тела плотины).
• Производится зонирование местности вокруг объекта с площадью, которая будет зависеть от степени риска и угрозы от конкретного сооружения.

После признания объекта опасным организуется его наблюдение, а также составляется график проведения обслуживающих, технико-ремонтных и восстановительных работ, направленных на устранение или минимизацию угрозы.

Общие и специальные гидротехнические объекты

Под общими сооружениями понимается большинство объектов гидротехники, относящейся к регуляционным, водопроводящим, водозаборным и водосбросным станциям. Их объединяет единый принцип выполнения своих функций, который технологически можно накладывать на разные условия эксплуатации.

В свою очередь, специальные объекты гидротехники рассчитываются на использование в узких областях, где необходимо учитывать специфику применения оборудования. Это касается проектировочных нюансов, требований к строительству, а также непосредственной эксплуатации гидротехнических сооружений. Примеры такого рода объектов хорошо демонстрирует инфраструктура водного транспорта:

• Судоходные шлюзы.
• Сооружения для обслуживания морской техники.
• Плотоходы и причалы.
• Лесоспуски.
• Судоподъемники.
• Эллинги.
• Доки.
• Волноломы и пр.

В рыбном хозяйстве применяются рыбоводные пруды, рыбоподъемники и рыбоходы. В социально-развлекательной инфраструктуре это могут быть аквапарки с бассейнами и аквариумами. В каждом случае и обслуживающие мероприятия будут иметь свою специфику, которая учитывается еще на этапе разработки проекта. Впрочем, техническое задание для строительства гидротехники стоит рассмотреть отдельно.

Проектирование гидротехнических объектов

В состав проектной документации входят технические расчеты конструкций, характеристики применяемого оборудования, а также результаты натурных наблюдений за условиями эксплуатации будущего сооружения для своевременного выявления неблагоприятных процессов и появления возможных дефектов. Должна всесторонне и комплексно оцениваться окружающая обстановка, чтобы изначально предусмотреть и, возможно, предотвратить угрозы аварий.

В частности, проект для гидротехнического сооружения включает следующие данные:

• Список диагностических и управляемых показателей объекта и его основы, в том числе критерии безопасности.
• Список управляемых воздействий и нагрузок на конструкции со стороны окружающей среды.
• Состав визуальных и инструментальных наблюдений.
• Результаты и условия работы контрольно-измерительной аппаратуры.
• Технико-конструкционные решения и структурную схему состояния элементов объекта, а также сведения с прогнозированием поведения сооружения при взаимодействии с техногенными и природными факторами.

Отдельное внимание уделяется именно критериям безопасности, исходя из которых также принимаются решения об использовании оборудования с определенными характеристиками. Кроме того, основные виды гидротехнических сооружений для постоянной эксплуатации дополняются проектами аварийных действий. В этой документации, в частности, описываются мероприятиям, направленные на предотвращения чрезвычайных ситуаций.

Требования к обеспечению безопасности

С момента проектной разработки и на протяжении всего периода эксплуатации безопасность гидротехнического объекта обеспечивается на основе требований соответствующей декларации. Это основной документ, в котором указываются риски, угрозы и эксплуатационные нюансы, которые должны учитываться обслуживающим персоналом. К основным требованиям безопасности гидротехнических сооружений можно отнести следующие:

• Поддержание допустимой степени рисков аварий.
• Регулярная диагностика конструкций и оборудования с последующими корректировками в декларации безопасности.
• Обеспечение непрерывности эксплуатации объекта.
• Поддержание мер по организации средств защиты и технического контроля сооружений.
• Мониторинг потенциально возможных угроз для объекта.

Строительство гидротехнических сооружений

В первую очередь определяются средства производства строительных работ. Принципиальным является вопрос о степени механизации процесса, так как в большинстве случаев реализация проектов гидротехнических станций происходит при поддержке спецтехники. На первых же этапах строительства выполняются земляные работы с бульдозерами, самосвалами, погрузчиками и экскаваторами, которые позволяют быстро обустроить траншеи, ямы, скважины и просто расчистить рабочую площадку.

В некоторых случаях производится уплотнение грунта. Например, при создании водоемов с грунтовой чашей. Подобные операции выполняются послойно на расчищенном грунте с помощью специальных катков. На небольших площадках могут использоваться дизельные или бензиновые трамбовщики. Впрочем, специалисты все же рекомендуют отказываться от ручного инструмента в пользу механики. Рекомендация связана даже не столько с ускорением темпов рабочего процесса, сколько с качеством результата. И особенно это касается строительства гидротехнических сооружений на основном этапе возведения конструкции. Бетонные работы требуют выполнения качественного армирования с обвязкой, применением инструктивных материалов и добавлением водостойких пластификаторов.

На заключительном этапе производится инженерное обустройство сооружения. Устанавливаются функциональные агрегаты, технические приспособления и прокладываются коммуникации. Если речь идет об автономной станции, то задействуются энергонезависимые генераторы, для которых также потребуются соответствующие условия содержания в инфраструктуре комплекса.

Эксплуатация гидротехники

Основная деятельность обслуживающего персонала связана с поддержанием оптимального уровня технического состояния сооружения, а также с контролем его основных функций. Что касается первой эксплуатационной части, то она сводится к задачам обновления расходных материалов, диагностикой оборудования, коммуникаций и т. д. В частности, операторы проверяют техническое состояние энергоснабжающих сетей, агрегатов и целостность материалов конструкций. На случай выявления серьезных неполадок или повреждений правила эксплуатации гидротехнических сооружений требуют составления отдельного проекта по ремонтно-восстановительным мероприятиям с учетом имеющихся материальных резервов.

Вторая же часть эксплуатационных задач ориентируется на управляющие функции. Используя автоматику, средства связи и телемеханики уже другая команда операторов регулирует работу сооружения и его функциональных блоков, опираясь и на контрольные операции по нормативным параметрам с допустимыми нагрузками.

Реконструкция гидротехнических сооружений

Процессы устаревания конструкций и повышение требований к функциональному и силовому потенциалу объекта неизбежно приводят к необходимости модернизации. Как правило, основные рабочие модули и агрегаты подвергаются реконструкции без прекращения их работы. Впрочем, это будет зависеть от характера планируемых изменений. В каждом случае проводится обследование гидротехнических сооружений на предмет возможностей для реконструкции. Конечными целями может выступать повышение надежности основания объекта, увеличение пропускной способности, наращивание мощностей насосного оборудования и т. д. После этого реализуются конкретные операции, связанные с изменениями технико-эксплуатационных свойств сооружения. Достигаются поставленные задачи путем укрепления грунтов, замены стройматериалов и добавления новых конструкционных элементов.

Гидротехника и охрана окружающей среды

Еще на этапе проектирования вместе с декларацией безопасности составляется отчет о мероприятиях, которые в процессе эксплуатации должны будут привести к улучшению окружающей экологической обстановки. Изначально оценивается ситуация в условиях естественной природной среды, а в дальнейшем разработчики делают комплексную поправку на поддержание защиты природных объектов уже после реализации проекта. В частности, разрабатываются биотехнические мероприятия, направленные на защиту населения от аварий на гидротехнических сооружениях и создание условий по нейтрализации отрицательных эксплуатационных факторов.

Особое внимание уделяется влиянию строительных конструкций и оборудования на гидрологические ресурсы. Например, в водохранилищах подготавливаются специальные ложа для хранения или отведения жидких отходов. На каждом объекте также содержатся технические средства по ликвидации источников химических опасных или просто грязных веществ. Для постоянного мониторинга экологического фона инфраструктура гидротехнических сооружений дополняется измерительными приборами, которые фиксируют биологические и химические показатели водной и воздушной сред. К основным характеристикам такого рода можно отнести цветность, насыщенность кислородом, концентрацию определенных элементов, санитарные показатели и т. д.

Заключение

Высокая ответственность объектов гидрологического назначения обуславливается широтой сфер их применения и значимостью задач, которые они решают. Как правило, гидротехнические сооружения выступают лишь в качестве звена в рабочей цепочке крупных производственных и хозяйственных циклов. Но конечные цели, которые достигаются при поддержке таких объектов, могут быть крайне важными. Например, энергетика, мелиорация, транспорт, водоснабжение - лишь часть направлений, в которых задействуются водные ресурсы.

Вода – это источник жизни. Но несмотря на то что испокон веков поселенцы селились возле рек и озер, они не переставали опасаться силы потока. Наводнения, половодья, изменения русла и другие природные напасти могут за один раз изменить всю привычную жизнь. Чтобы «одомашнить» воду необходимо строить плотины и другие заградительные конструкции. В этой статье мы расскажем про гидротехнические сооружения – что это такое и что относится к таким объектам.

Для чего устанавливают гидросооружения

Ответить на этот вопрос поможет СП 58.13330.2012 и СНиП 33-01-2003 – это основные документы, которые регламентируют все проектные и строительные работы. В разделе «Термины» свода правил есть указание на то, что такое водные конструкции. Они могут принадлежать к разным группам, в зависимости от чего будут помогать исполнять одну из следующих целей:

• Охрана водных ресурсов от негативного воздействия людей и их жизнедеятельности.
• Предотвращение влияния загрязненных вод на окружающую среду.
• Защита от разрушений берегов.
• Хранение жидких отходов после производства или сельского хозяйства.
• Для причаливания судов и купания населения.
• Сообщение с производством – подача воды из водоема и сброс использованной жидкости.

Таких целей множество. Фактически любое сооружение, которое находится частично или полностью на водном ресурсе естественного или искусственного заглубления, считается гидросооружением. Чаще всего, когда используется, например, речная вода на производстве, то комплексы мер и задач не сходятся на одной, производственной. Также обязательными являются охранительные функции гидротехники, которые компенсируют вред, нанесенный водоему.

Из-за обилия конструкций, которые можно отнести к этой категории, трудно дать четкую классификацию всех построек. Мы выделим основные черты, а затем приведем примеры проектов гидротехнических сооружений.

Проектирование построек невозможно без качественного софта. Компания «ЗВСОФТ» предлагает многофункциональный САПР . Его возможности также можно расширить, если установить модули – и . Эти программные продукты позволяют автоматизировать процесс создания проекта и сопутствующей документации.

Временная и постоянная гидротехника

Среди тех гидросооружений, которые работают круглосуточно, выделяют основные и второстепенные объекты. К первым относятся все конструкции, поломка которых повлечет за собой сбой работы крупных предприятий. Это может быть привязка водопровода, оросительной системы, перекрытие судоходной реки без такого рода дамб, и прочее.

Второй сорт построек обычно не влияет на производство или иной процесс, а только его регулируют. Однако из-за поломки не произойдет полной остановки работы.

Кроме перечисленных, есть временные гидроузлы. Это техника, которая устанавливается на определенный период, например, на время проведения ремонтных работ на основном гидросооружении.

Разновидности гидротехнических сооружений в зависимости от взаимодействия с водным ресурсом

Большинство конструкций представляет собой преграду, которая делает уровень между двумя водными потоками различным. Перепад обеспечивает силу напора, а участок между двумя дамбами может использоваться как водохранилище. Рассмотрим классификацию по признаку обращения с рекой.

Водоподпорные

Такие заграждения выстраиваются наперекор руслу. Они предназначены для того, чтобы перегородить течение, за счет чего добиться искусственного перепада уровней. Это несоответствие объему воды и нормальному течению приводит к появлению напора. Таким механизмом пользуются станции, которые используют гидротехническое сооружение как объект энергетики. Сила воды в напоре преобразуется в энергию.

Еще одна функция водоподпорной конструкции – создавать искусственные затоны, водохранилища. Нижним и верхним бьефом называются две точки с максимальной разницей в уровнях. Такие постройки обеспечивают контроль за климатическими изменениями, которые могут нарушить инфраструктуру целого города, если произойдет затопление. Поэтому такие дамбы считаются самыми опасными в случае неправильного проектирования или строительства, дальнейшего обслуживания.

Они же являются самыми необходимыми. Такая искусственная преграда дает возможность строить дома вдоль русла реки, не опасаясь наводнений и прочих напастей.

Водозаборные

Из названия уже понятно, что функция таких конструкций – руководить потоком. Не только забирать кубометры воды, но и перемещать их по определенным территориям, запуская в шлюзы и отводя от определенного русла. Такая система используется в судоходстве, когда нужно поставить на мель или, напротив, вывести из порта загруженное судно.

Небольшие водозаборы регулируют и выводят излишки жидкости из водохранилищ и других искусственных водных систем. Это небольшие клапаны, которые имеют отверстия в ниже располагающиеся стоки.

Кроме того, основное назначение водозаборных гидросооружений – поставлять необходимые объемы прохладной речной влаги на заводы и крупные предприятия. Кубометры необходимы для охлаждения, фильтрации или иных функций. Ряд производств производит вторичную фильтрацию и выводит жидкость обратно в водоканал. Для иных целей требуется только расход, например, для орошения. Полив крупных сельскохозяйственных угодий требует больших запасов воды. Вместе с тем осуществляется еще одна функция – очистка от льдов, мусора и иных примесей. На таких заборных пунктах устанавливается более крупная или мелкая фильтрация, которая убирает ненужные элементы.

Водозабор может осуществляться:

• с поверхности реки или озера – это легко в проектировании гидросооружения, но часто бывает неэффективно из-за поверхностных загрязнений, которые требуют более тщательной очистки;
• с глубины – уровень забора проходит значительно ниже поверхности, это труднее в строительстве, но это снимает необходимость строить защиту от наледи, а также гарантирует, что подача влаги будет осуществляться даже в засушливые периоды, когда уровень воды сильно падает;
• со дна – это самый устойчивый и монументальный вариант, который долго прослужит, но его особенность в мощности конструкции (сопротивление давлению водной массы) и глубокой фильтрации от ила; а также становится более затруднительным проводить ремонтные работы и техническое обслуживание.

Крупные предприятия чаще всего делают разноуровневый водозабор. Так трубы с насосами устанавливаются на разных расстояниях, что дает постоянный напор.

По способу забора также есть различные конфигурации систем:

• Береговые. Они монтируются на крутом, обрывистом берегу с выносом передней стенки на землю. Крупные, массивные железобетонные полукольца делают обрыв пригодным для эксплуатации. Из бетонной стены выходят на определенном уровне трубы, которые предназначены для откачки жидкости.
• Русловые. Это также системы, которые находятся на берегу реки, но в отличие от предыдущих они менее монументальные и затратные, не требуют таких крупных сооружений. Они располагаются на пологих берегах, а оголовок выносится в русло.
• Плавучие. Такие островки находятся на баржах. На них вмонтированы насосы, они качают воду с поверхности и отправляют ее по трубопроводу на берег.
• Ковшовые. В такой конструкции есть ковш, то есть крупный резервуар на большое количество литров, который опускается и поднимается. При этом переливается влага.

Все их можно совмещать с насосным оборудованием, подводить к ним водопроводы.

Регуляционные или выправительные конструкции

Их предназначают для искусственного вмешательства в направление течения реки, то есть они меняют русло. Строения называют струенаправляющими. Они возводятся в несколько этапов – регулируются берега, ширина реки, затем, при необходимости, глубина. Этого можно достичь путем выстилания дна на определенном участке. Ограничители и струенаправители формируют поток и его скорость в уже подготовленных рамках. Так поддерживается оптимальный уровень фарватера, водоем не выходит из своего места, а ближайшее производство может воспользоваться водным ресурсом.

Для строительства водозаборных конструкций или дамб, которые обеспечивают направленный поток высокой мощности, иногда требуется правильно подвести русло. Для этого по предыдущей схеме обустраиваются берега и дно.

По мощности различают регуляционные конструкции двух типов:

• постоянные – многоярусные установки по полному выправлению русла, кривизны и скорости потока;
• временные – более легкие устройства, которые скорее помогают реке найти более оптимальный изгиб, чем меняют ее.

Первые состоят из крупных дамб, плотин, запруд, валов. В случае необходимости могут также подключить насосную станцию. Такой комплексный подход практически полностью дает взять контроль над стихией в человеческие руки.

Вторые же – это легкие насыпи, укрепления берегов. Такие меры скорее предохраняют от неправильного течения, немного изменяют направление.

Оросительные системы

Среди водозаборных отдельно стоят конструкции ирригационные. Расчет гидротехнического сооружения по орошению определенных участков делается еще на период решения о расположении водоема, так как для этих целей часто искусственно выкапываются пруды, а также делаются запруды из русла ближайшей реки. Если гидросооружение располагается на естественном водном ресурсе, то различают два типа:

• бесплотинные – когда для отвода воды выбирается оптимальный изгиб, чтобы течение не мутило жидкость;
• плотинные – строится специальная дамба, которая направляет русло и перекрывает его, образуя напор.

Водопропускные системы

Это конструкции, которые освобождают замкнутые водохранилища от излишков дождевых осадков. Когда их становится слишком много, то жидкость перетекает через гребень линейного сооружения. При достижении более обширного спектра целей могут быть налажены автоматизированные процессы – открытие и закрытие клапана водосброса.

ГТС специального назначения

Среди них:

• рыболовные;
• гидроэнергетические;
• судоходные;
• мелиоративные;
• отстойники для жидких отходов.

Общие нормы и основные положения проектирования и строительства гидротехнических сооружений (ГТС)

Все требования представлены в документах:

• СП 58.13330.2012;
• СНиП 33-01-2003.

Они обеспечивают безопасность и техническое регулирование построек. Основаниями являются законопроекты N 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений», N 184-ФЗ «О техническом регулировании» и N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Также ссылки осуществляются на правила и ГОСТы по строительству:

• СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах»;
• СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»;
• СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы»;
• СНиП 2.06.07-87 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения»;
• СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территорий от затопления и подтопления»;
• ГОСТ 19185-73 «Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения»;
• ГОСТ 26775-97 «Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях» и другие.

Основные положения проектирования ГТС

При составлении проекта нужно учитывать:

• схему градостроительства и инженерной застройки;
• технические показатели сооружения в зависимости от назначения;
• результаты проектных изысканий: геологических, экологических, сейсмических, гидрологических, метеорологических и других;
• возможность проведения тех или иных методов работ, строительства в определенных условиях;
• влияние на окружающую среду и население, уровень загрязнения вод и прочее;
• интенсивность эксплуатации;
• материалы для строительства – железобетон, трубы и пр.;
• необходимость использования насосного оборудования, а значит, подведение электричества.

Так как количество разновидностей ГТС очень большое, то нельзя выделить типовой проект и привести условия его разработки. Все проектные решения будут применяться в зависимости от задач, целей и назначения.

– помогает в прокладке трубопровода, позволяет учитывать на чертеже все пересечения, колодцы и сечения труб.

Проектируйте легче и быстрее вместе с многофункциональными программами от «ЗВСОФТ».