Гидротехнические сооружения имеют достаточно сложную инженерную начинку, при проектировании необходимо учитывать целый набор различных параметров, связанных с водным объектом и особенностями его функционирования.
Гидроузлы
Под гидроузлом обычно понимается не одно, а целая группа сооружений, которые образуют комплекс, слаженно работающий для обеспечения общей цели. Примерами гидротехнического сооружения, которое может входить в состав гидроузла, являются дамба, колодец, шлюз, гидроотвал, защитные сооружения, пирсы, молы, волноломы, водяные мельницы, каналы, и прочие. В гидроузле они объединяются не только по расположению, но и по общим установка и условиям функционирования.
По функции такие комплексы могут быть:
- водозаборными;
- комплексными;
- воднотранспортными;
- энергетическими.
Рисунок 1. Тиховский гидроузел. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Статья: Водохранилищный гидроузел
Гидроузлы могут иметь различные характеристики напора (низконапорные с разностью между нижним и верхним бьефом не более 20 метров), средненапорные (у которых напор составляет от 10 до 40 метров) и высоконапорные ( напор выше 40 метров). Напор на гидроузле зависит от водного объекта, равнинные реки обычно имеют низконапорный гидроузел, к примеру гидроэлектростанция. Средненапорные узлы имеют более широкий функционал, который включает борьбу с наводнениями, за счет большо перепада высот режим реки может быть существенно откорректирован, срезая излишки воды и размещая их в водохранилище. Подобные сооружения очень массивны и их установки возможна только на грунтах с высокой несущей способностью.
Строительстве высоконапорного узла обычно решает сразу несколько задач. На горных участках, в каньонах, где можно обеспечить нужный перепад высота такие установки используют для защиты от оползней, а электростанции выполняют под землей.
Плотина – это гидротехническое сооружение, которое перегораживает поток воды для регулирования ее уровня.
Водохранилищный гидроузел
Одним из часто применяемых решений является строительство водохранилищного гидроузла и плотины. Он может применяться для орошения близлежащих земель. Гидроузел состоит из нескольких элементов, в первую очередь это сама плотина, а также ковшовый водосброс, водоспуск и водозабор.
Проект включается в себя разработку следующих разделов:
- разработка створа гидроузла, состав и разработка схемы компоновки сооружений. На этом этапе на компоновку влияют целая совокупность параметров, и топографически, и инженерно-геологические, и гидрологические, и расположение водосброса;
- разработка водосбросного сооружения;
- разработка грунтовой плотины, обычно плотину выполняют из местных материалов. Поперечный профиль проектируется трапецеидальной формы, откосы и гребень должны быть расположены так, чтобы минимизировать атмосферные нагрузки. По гребню должен перемещаться автомобильный транспорт, поэтому его ширина должна быть согласованная с шириной обслуживающей дороги. Отметка гребня определяются и наката, и нагона волны, зная уровень воды;
- разработка сопряжения плотины с основание и берегами;
- разработка фильтрационного расчёта, с его помощью устанавливается удельный и полный расход через плотину и основание, а также определяется фильтрационная прочность;
- расчет откоса и оценка устойчивости, проектирование дренажа и обратных фильтров. Дренаж служит для предотвращения выплеска фильтрационного потока и отвода воды, прошедшей фильтрацию. Дренаж состоит из приемной части и отводящей.
- разработка подводящего и отводящего каналов, по которым выполняется транспортировка воды к водозабору;
- разработка гидравлического расчёта для водоподводящего и водоотводящего каналов.
Рисунок 2. Белоомутский гидроузел, реконструкция. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При проектировании плотины и гидроузла в качестве исходных данных учитываются высота, ширина и длина плотины по гребню, коэффициенты заложения для верхового и низового откосов, Типы крепления откосов, тип грунта плотины, а также коэффициенты фильтрации.
На сегодняшний день самая большая плотина при гидроэлектростанции расположена в Китае, она имеет высоту в двести пятьдесят метров, в объем водохранилища составляет более 1000 миллиардов кубометров воды. Работы станции обеспечивается шестью турбинами, они в совокупности вырабатывают бол четырех тысяч мегаватт. Самой большой в России является Братская ГЭС, ее высота более ста двадцати метров, а мощность более четырех с половиной тысяч мегаватт.
