Гідротехнічні водогосподарські споруди

I. Введення

Групи гідротехнічних водогосподарських споруд Розрізняють 11 груп:

1. Греблі, дамби (у практиці переважно будують земляні, насипні, низьконапірні платини);

2. Споруди для водопостачання:

- Водозабірні споруди;

- Шлюзи регулятори;

- Водоподаючим канали лотки;

- Трубопроводи;

- Регулюючі споруди;

- Водовипуски;

- Що сполучають перехідні споруди;

- Аератори;

- Відстійники;

фільтри.

3. Водоскидні споруди тілі платини або в обхід її;

4. Водоспуски, скидна система;

5. Рибозахисні споруди (для запобігання попадання риби у водозабір);

6. Рибозаградітельние споруди;

7. Рибопропускних споруд (рибоходу, угреход, рибопідйомник);

8. Комплекс ГТС з механічною подачею води;

9. Спеціальні споруди;

10. Причали.

Всі зазначені ГТС розташовують у залежності від рельєфу місцевості та якості грунтів в близи джерел водопостачання. ГТС можуть бути тимчасовими і постійними.

ГТУ - або гідровузол, комплекс ГТС побудований на одній ділянці річки і пов'язаних між собою призначенням і роботою. Гідровузол створюється на малих річках для підняття рівня води до потрібної позначки, забезпечуючи самопливних подачу води для повного спуску води з водосховища і для скидання надлишків паводкових вод з верхнього б'єфу в нижній.

Усі споруди гідровузла пов'язані між собою, тому проектування починають з компонування, що полягає у виборі створу земляний платини, місць розташування водозабірних і водоскидних споруд та ув'язки основних відміток. Створ платини вибирають у вузькому місці заплави річки з таким розрахунком, щоб забезпечити зручний збір надлишок води. Тип та місце водоскидного споруди вибирають методом порівняння при зіставленні різних варіантів і від величини води, що скидається. Водозабірні споруди розташовують у місцях сполучення гребель з берегами на великих річках Росії. ГТУ - є комплексними тобто призначеними для повної енергії, забезпечення судноплавства, здійснення зрошення, водопостачання міст і селищ та пропуску риби до місць нересту. Отже гідровузол обов'язково входить в рибопропускних споруд.

Загальна природно-кліматична характеристика району будівництва гідровузла.

Краснодарський край, у складі РРФСР. Утворений 13 вересня 1937 року. Площа 83,6 км 2. Населення 4608 тисяч чоловік, ділиться на 1939 районів, має 27 міст, 26 селищ міського типу. Центр - Краснодар.

Краснодарський край розташований в західній частині Кавказу, з Південно-Заходу омивається Чорним морем, з Півночі-Заходу - Азовським морем. Берегова лінія Чорного моря порівняно рівна (особливо на Півдні), лише на Півночі виділяються Геленджикская і Цемеська бухти і півострів Абрау. Більш порізана берегова лінія в Керченській протоці, гда в Таманський півострів вдається однойменну затоку, і біля Азовського моря з лиманами Єйський, Бейсузький та ін

Територія краю складається з гірської і рівнинної частин. Гірська частина відноситься до західної частини Б. Кавказу. Її утворюють порівняно не великий відрізок високогірного Західного Кавказу з південними і севернмі схилами і передгір'ями і средневисоние гори Чорноморського Кавказу. Рівнинна частина краю належить до Західного Предкавказью і утворена Кубано-Приазовський низовиною, Прикубанской похилій рівниною, дельтою Кубані і Таманським півостровом з невисокими складчастими грядами і грязьовими вулканами. На Сході - край Ставропольської височини. На рівнині клімат помірно континентальний, степової, в горах - більш вологий і прохолодний; в північній частині Чорноморського узбережжя носить середземноморський характер (з посушливим літом і вологим холодним півріччям; характерний вітер бору), що переходить до Південно-Сходу у вологий субтропічний.

Головна річка краю - Кубань. Утворюється злиттям річок Уллукам і Учкулан, що беруть початок на схилах Ельбрусу, на краю льодовика Уллукам. Впадає в Темрюцьку затоку Азовського моря. Довжина річки - 870 км, площа басейну 57900 км 2. У 116 км від гирла Кубані відходить правий рукав - Протока (130 км). Річки використовуються для гідроенергетики та зрошення рисових полів (в пониззі Кубані).

На рівнинах Західного Передкавказзя переважають чорноземи, особливо карбонатні предкавказские, в горах - гірсько-лісові бурі і дерново-карбонатні грунти, у високогір'ї - гірничо-лугові. На місцях панували перш рівнинних степів - культурна рослинність. У горах - широколиственная (дубові, букові, в районі Туапсе - Сочі - змішані колхидские) і темнохвойні (з кавказьких ялиці та ялини) ліси, вище - субальпійські і альпійські луги. Деревно-чагарникова рослинність північної частини Чорноморського узбережжя подібна до кримської і східно-середземноморської. Західне Передкавказзя - зі степовими землеробського освоєння рівнинами; Північно-Кавказький - з переважанням гірських лісів на хребтах Чорноморського Кавказу і передових куестових грядах; Західно-Кавказький високогірний - з альпійським рельєфом, гірськими луками; Північно-Чорноморсько - з ландшафтами східно-середземноморського типу і виноградниками ; Колхідський гірський - з лісовими ландшафтами вологих субтропіків і курортною зоною узбережжя.

Краснодарський край - район розвинутої промисловості, багатогалузевого сільського господарства і курортів міжнародного значення.

III. Характеристика джерела водопостачання. Розрахунок і побудова гідрографа.

При встановленні розрахункових гідрологічних характеристик використовується крива забезпеченості, яка показує в якому числі випадків (%) може бути перевершена та чи інша характеристика для побудови кривої забезпеченості використовуються такі характеристики:

- Середня арифметична характеристика;

- Середнє квадратичне відхилення;

- Коефіцієнт варіації, коефіцієнт мінливості статистичного ряду;

- Коефіцієнт асиметрії.

1.Визначення максимальних витрат води під час повені.

Про мах = М F dd ', де М = 0.278 А [л / с. км];

4ÖF +1

M = 0,278 0,1 = 0,0067 [л / с. км];

4,1

d = 1-0,61 lg (a +0,2 b +1)

d = 1-0,61 lg (1 +0,2 × 0,5 +1) = 0,8

d '= 1-jg, де j = 0,3 - листяні ліси, g = 0,2

d '= 1-0,3 × 0,2 = 0,94

Qmax = M × F × dd ', де Qmax = 0,0067 × 275 × 0,8 × 0,94 = 1,24 м3 / с

0,278 - коефіцієнт переходу від стоку мм / год до м / с;

А-параметр характеризує сток району мм / год (застосовуємо малюнок N1 додатка).

(А = 0,1 мм / год);

F-площа водозбору [275 км2];

2. Визначення витрат води середнє багаторічне.

Q ср мног = М СР мног × F, де

М СР мног [л / с км] модуль стоку річки, (застосовуємо малюнок N2 додатка).

М = 0,5 [л / с 'км]

Q ср мног = 0,5 × 275 = 137,5

3. Обчислюємо коефіцієнт варіації за формулою Соколовського Д. Л.

Cv == а - 0,063 × 1g (F +1) = 0,7 - 0,063 × 1g (275 +1) = 0,55, де а - географічний параметр (застосовуємо малюнок N3 додатка). а = 0,7.

4. Визначаємо модульний коефіцієнт 75% забезпеченості за таблицею.

Таблиця N 1

5. Визначаємо витрату 1975% забезпеченості.

Q 1975% = Q ср мног • До 75%. = 137,5 × 0,693 = 95,2

До 75%. = 0,693

Визначаємо витрату води по місяцях.

Q cр.мес .= Q 75% × К

де К - коефіцієнт всерединірічного розподілу стоку малих річок, приймається за таблицею N3 (Нікітін С. М.) і складається середня таблиця по 12 місяцях, по якій буде побудований гідрограф.

Таблиця N2

IV. ВИБІР РАЙОНУ РОЗТАШУВАННЯ ГОЛОВНИЙ Гребля

Для виконання проекту гідровузла треба мати топографічний матеріал відповідних масштабів. На ньому виявляють основні форми рельєфу (височини, улоговини, яри, круті і пологі схили, тераси та ін.)

Створ головний греблі, як правило, призначають у найвужчому місці заплави річки.

Всі ГТС, греблі, дамби, водоскиди проектуються відповідно до інструкції з розробки проектів і кошторисів для промислового будiвництва (СН 20276) та відповідними главами будівельних норм і правил.

Гребля входить до складу ГТС, побудована на водотоці, ділить його на верхній і нижній б'єф. Верхній б'єф - ділянка річки, що прилягає до підпірних споруд з верхової сторони (за напрямком течії), нижній б'єф ділянка річки з низової сторони. Верхній і нижній б'єф різняться за своїми режимами. У верхньому б'єфі створюється чаша водосховища з розрахунковою підвищеної позначкою рівня води. Перебіг води у водосховищі сповільнюється, в результаті відбувається відкладення мулу. У нижньому б'єфі витрати води зменшуються, швидкість течії значна. Можливі розмиви русла нижче греблі, тому рекомендується вихід водоскидних каналів відносити не менше 15-20 метрів від низового укосу.

Греблі споруджують з різних матеріалів. Із місцевих будівельних матеріалів будують:

- Земляні греблі з суглинку, супіски, піску;

- Кам'яно-накидних греблі;

- Змішані (кам'яно-земляні) греблі;

- Кам'яні та дерев'яні греблі;

З довговічних матеріалів будують греблі бетонні, залізобетонні, металеві.

За водогосподарському призначенням греблі діляться на водопідіймальні і водохраніліщного. Водопідіймальні створюють-підпір води у верхньому б'єфі, що дозволяє подавати воду самопливом і поліпшує судноплавство річки. Водохраніліщного греблі створюють певний запас води. За способом пропуску води в нижньому б'єфі греблі діляться на - глухі, водозливні, змішані. У глухих греблях немає отворів для пропуску води, і надлишки паводкових вод скидаються через водоскидні канали в обхід греблі. У водозливних греблях вода переливається через гребінь греблі. У змішаних є як глуха, так і водозливна частину. Земляні греблі по висоті діляться на високі (понад 50м), середні (15-50м), низькі (менше 15).

За способом виробництва робіт земляні греблі діляться на насипні, полунамивние і намивні. У більшості випадків на водогосподарських об'єктах будують низьконапірні земляні греблі заввишки до 10 м з однорідних і різнорідних грунтів.

Основні вимоги, які пред'являються при проектуванні і будівництві низьконапірних земляних гребель.

1. Розміри тіла греблі вибираються з таким розрахунком, аби фільтрація води через тіло греблі не викликала суфозії *. Примітка: суфозії - осідання тіла дамби в результаті вимивання часток грунту.

2. Профільтрувати через греблю вода повинна збиратися і відводиться в нижній б'єф спеціальними дренажними пристроями.

3. Не можна допускати переливу води через гребінь, тому водоскидні споруди повинні бути розраховані на максимальний пропуск паводкових вод.

4. Сполучення тіла греблі з основою, берегами та бетонними спорудами повинно бути щільним і надійним.

5. Укоси греблі повинні бути стійкими, добре захищеними від розмивання і механічних пошкоджень.

6. Гребінь греблі повинен бути укріплений відповідно до класу дороги, яка буде по ньому проходити.

7. Грунти для греблі повинні бути певної якості і добре ущільнені.

8. Грунти в основі греблі повинні бути всебічно вивчені.

9. При проектуванні греблі керуються правилами, викладеними у СНіП 115373 "Греблі з грунтових матеріалів.

Основні елементи земляних гребель.

Земляна гребля являє собою трапецію обмежену зверху гребенем, з боків укосами, знизу підошвою. При проектуванні земляних гребель встановлюють розміри основних елементів насипу, закладення і укріплення укосів, пару з підставою і берегами і тип дренажу.

Ширина гребеня призначається виходячи з умов експлуатації споруди. При відсутності спеціальних доріг мінімальна ширина ЗМ, а якщо влаштовують по гребеню дамби автомобільної дороги, відповідно до норм, призначають 6-8 м. Повна висоти греблі визначається як сумарна величина напору греблі (Н) і сухого запасу. На практиці сухий запас призначають 1,5-2 м. Напір греблі різниця відміток верхнього та нижнього б'єфу. Укоси земляних гребель роблять різними. Верховий (мокрий укіс) більш пологий, низовий укіс крутіший. Закладання укосів призначають з умов стійкості грунтів.

VI. Гідравлічний розрахунок відкритого паводкового водоскиду.

Паводкові водоскидні споруди будують у глухих греблях нагульних (руслових) і головних ставків. Водоскидні споруди (водоскиди) служать для скидання надлишку паводкових вод з головного ставка або водосховища у нижній б'єф. За допомогою таких споруд регулюють рівень води в головному ставку, в якому вода повинна знаходиться на певній розрахунковій позначці.

Через водоскидні споруди скидають надлишки весняних та літньо-осінніх паводкових вод і воду з головного ставка в нижній б'єф.

Паводкові водоскидні споруди проектують двох основних типів: автоматичні та керовані з затворами. Тип водоскиду і місце розташування його в головному гідротехнічному вузлі вибирають залежно від величини пропускається витрати, топографічних і геологічних умов і наявності місцевих будівельних матеріалів.

При проектуванні і будівництві паводкових водоскидів широко використовують типові проекти. Паводкові водоскиди проектують, керуючись гл. 50 Сни П П-50-74.

Конструкції автоматичних і керованих водоскидів розрізняються тим, що у автоматичних водоскидів поріг (дно) споруди розташовується на позначці НПУ, при підвищенні рівня води над цією відміткою вода автоматично скидається з верхнього в нижній б'єф; у керованих водоскидів поріг споруди розташовується нижче відмітки НПР (аж до дна), і отвір цієї споруди перекривається затворами, за допомогою яких і регулюється рівень води у водосховищі.

ВИЗНАЧЕННЯ МАКСИМАЛЬНИХ ВИТРАТ ВОДИ.

Гідравлічним розрахунком водоскидних споруд визначаються розміри отворів споруд, які повинні забезпечувати пропуск максимальних витрат води.

Розрахунок отворів водоскидних споруд виконується на підставі величин ймовірних найбільших витрат води в період снігового повені та дощових паводків.

Величини максимальних витрат води талих вод необхідні гідротехніка при проектуванні гребель і водоскидних споруд.

Розрахунок максимальних витрат води може бути за даними гідрометричних спостережень.

Опах-37, 5

НПУ = 25м

ПВС = 22 м

Рівень нижнього б'єфу дорівнює 23 м

Периметр живого перерізу перед водоскидом-у = 30 м2

Кількість стійок т1 = 2

Ширина стійок С = 0,2 м

Коефіцієнт швидкості (р = 0,936 у плавного входу і (р = 0,9 - неплавное вхід;

Коефіцієнт витрати для плавного ц = 0,35, неплавное ^ = 0,32;

Гідравлічний розрахунок водоскидного споруди виробляють виходячи з умов роботи прямокутного водозливу з широким порогом у якому водозлив може бути затоплений і незатоплений.

Порядок розрахунку:

1. Визначаємо напір на порозі водозливу.

Н = Зм Н = НПУ

2. Визначаємо швидкість течії води на підході до водозливу.

Уо = О = 37.5 = 1,25 м / с

уу 30 де 0 витрата м ^ з розрахункова витрата,

Уо = 1,25 м / с

3. Визначаємо діючий натиск.

Але = Н + У! = Цб = 0,08 +3 = 3,08 м

2 § 2-9,8

4. Визначаємо глибину води під напором водозливу в нижньому б'єфі. n = 1м

5. Умови роботи водозливу.

Ь = -1 = 0,32