Основы гидротехники. Лекция №3

Классификация гидротехнических сооружений
В зависимости от характера воздействия на речной поток ГТС делятся на следующие группы:
водоподпорные
руслорегулирующие
судопропускные
водопропускные
(водосбросные)
водопроводящие

3.

Водоподпорные сооружения
Водоподпорные сооружения перегораживают русла рек, тем самым, существенно меняют уровень воды в
потоке и создают подпор – разницу уровней воды до и после сооружения. Основное водоподпорное сооружение
– плотина. Плотина полностью перегораживает русло реки.
Верхний бьеф (ВБ) – поток выше плотины по
направлению течения реки.
Нижний бьеф (НБ) – поток ниже плотины по
направлению течения реки.
Уровень верхнего бьефа (УВБ) – уровень воды в
верхнем бьефе.
Уровень нижнего бьефа (УНБ) – уровень воды в
нижнем бьефе.
Водоподпорные сооружения наиболее ответственные, так как несут большую нагрузку – давление воды
верхнего бьефа. На ГЭС с малыми и средними напорами (до 40 м) подпорными сооружениями могут быть и
силовые здания ГЭС. Так же водоподпорными сооружениями являются шлюзы.

4.

Водохранилища водоподпорных сооружений
Характерные
водохранилище:
уровни
воды
в
Нормальный подпорный уровень (НПУ) –
максимальный уровень верхнего бьефа, который
можно держать сколь угодно долго в условиях
нормальной эксплуатации.
Уровень мертвого объема (УМО) – минимальный уровень верхнего бьефа, который можно держать сколь
угодно долго в условиях нормальной эксплуатации.
Форсированный подпорный уровень (ФПУ) – уровень, до которого временно допускается заполнение
водохранилища в период пропуска катастрофических половодий и паводков, что является чрезвычайными
условиями эксплуатации подпорных сооружений.

5.

Водохранилища водоподпорных сооружений
Характерные уровни выделяют три призмы
водохранилища, образованного плотиной:
• I – мертвый объемом,
• II – полезный объем,
• III – резервным объем.
Мертвый объем является запасной емкостью, рассчитанной на постепенное заполнение наносами
вследствие заиления водохранилища, а также на прочие надобности: зимовку рыбы, обеспечение нормальных
санитарных условий, пожаротушение и др. В зависимости от мертвого объема устанавливается отметка УМО.
Полезный объем — это объем водохранилища, который используется для различных хозяйственных (т. е.
полезных) целей: подачи воды на орошение (ирригацию), увеличения в маловодный период расходов и уровней
воды в нижнем бьефе, аккумуляции паводков для борьбы с наводнениями и т. п. Необходимый полезный объем и
отметка НПУ, которая определяет этот объем, устанавливаются с учетом различных экономических и
хозяйственных соображений.
Резервный объем располагается между НПУ и ФПУ. Значение ФПУ устанавливается технико-экономическим
расчетом, учитывающим ущерб от временного затопления земель в верхнем бьефе за период, когда уровень
находится выше НПУ, и стоимость той или иной конструкции водопропускных сооружений плотины,
обеспечивающих прохождение максимального расчетного расхода воды.

6.

Руслорегулирующие сооружения
Руслорегулирующие сооружения не создают, как правило, подпора и служат для изменения направления и
скоростей потока, обеспечивая необходимые условия для защиты берегов от размыва, улучшая условия для
забора воды, судоходства, сплава леса.
Основной тип руслорегулирующего сооружения – дамба – безнапорная плотина, которая не перегораживает
и мало стесняет естественные русла рек.
↑ Судоходный шлюз Рыбинского гидроузла →

7.

Судопропускные сооружения
Судопропускные сооружения — шлюзы и судоподъемники. Сооружаются на судоходных реках для перехода
судов из нижнего бьефа в верхний и обратно.
Однониточный,
однокамерный Шлюз
№5 Канала имени
Москвы
Двухниточный, шестикамерный Пермский шлюз
Судоподъемник Красноярской ГЭС

8.

Водопроводящие сооружения
Водопроводящие сооружения — искусственные русла (каналы, туннели, лотки, трубопроводы), которые подводят
воду к объектам водного хозяйства – к турбинам ГЭС, на орошаемые земли, в системы водоснабжения
(промышленные и хозяйственно-питьевые).
Саратовский оросительнообводнительный канал
имени Е. Е. Алексеевского
Туннель берегового водосброса
Саяно-Шушенской ГЭС
Водоводы Загорской ГАЭС

9.

Водопропускные сооружения
Водопропускные (водосбросные) сооружения — сооружения, предназначенные для сброса избытка воды из
верхнего бьефа в нижний через плотину или в обход её. Избыток воды формируется, когда не удается удержать в
водохранилище или использовать для получения энергии большой объем воды, формирующийся при
прохождении больших паводков, либо когда необходимо создать в нижнем бьефе условия для судоходства,
обеспечить ирригацию, санитарный попуск.
Береговой водосброс Саяно-Шушенской ГЭС
Водосброс вида носок-трамплин Красноярской ГЭС

10.

Плотины
Наиболее распространенная классификация плотин – по материалу, из которого они изготовлены:
• грунтовые – возводятся, как правило, на глухих участках напорного фронта;
• бетонные – применяются преимущественно для гидроузлов на скальных основаниях, а так же для
водосбросных участков напорного фронта.
Рыбинская ГЭС →
Конструктивно Рыбинская ГЭС представляет
собой
низконапорную
русловую
гидроэлектростанцию (здание ГЭС входит в
состав напорного фронта).

11.

Грунтовые плотины
Основные конструктивные элементы грунтовых плотин:
• тело плотины – обеспечивает прочность и устойчивость;
• противофильтрационные устройства – ядра, экраны, диафрагмы, обеспечивают водонепроницаемость;
• дренажные устройства – собирают воду, профильтровавшуюся через противофильтрационные устройства.
Однородная земляная плотина
(нет противофильтрационных и
дренажных устройств)
Земляная плотина с ядром
Обратный фильтр грунтовой
плотины

12.

Грунтовые плотины
Грунтовые плотины в поперечном сечении имеют трапецеидальную форму и в зависимости от типа грунта
делятся на:
• земляные насыпные – либо отсыпают насухо с уплотнением, либо в воду; грунты тела плотины – от глинистых
до гравийно-обломочных;
• земляные намывные – намываются средствами гидромеханизации из грунтов от глинистых до гравийногалечных;
• каменно-земляные – грунт тела – крупнообломочный, грунт противофильтрационных устройств – от глинистых
до мелкопесчаных;
• каменно-набросные – грунт тела – крупнообломочный, противофильтрационный элемент – из негрунтового
материала.

13.

14.

Бетонные и железобетонные плотины
Бетонные и железобетонные плотины по своей конструкции делятся на:
Гравитационные
(Пример: Бурейская ГЭС, Амурская
область, Российская Федерация)
Арочные
(Пример: Чиркейская
ГЭС, Республика
Дагестан, Российская
Федерация)
Контрфорсные
(Пример: плотина Daniel-Johnson,
Квебек, Канада)

15.

Гравитационные плотины
Гравитационные плотины удерживают давление воды (сохраняют устойчивость на сдвиг и опрокидывание)
благодаря своему весу. Чаще всего бетонные плотины возводятся на скальном основании. Основными
конструктивными элементами бетонных гравитационных плотин являются:
• тело плотины – создает вес плотины для сохранения её устойчивости;
• противофильтрационные устройства – уменьшают величину фильтрационных расходов через бетон плотины и
скалу основания;
• дренажные устройства – осуществляют организованный сбор профильтровавшейся воды.
Красноярская ГЭС
Красноярский край,
Российская Федерация
Бурейская ГЭС
Амурская область,
Российская Федерация
Таш-Кумырская ГЭС
Аксыйский район,
Киргизская Республика

16.

Гравитационные плотины
Гравитационные плотины массивны, то есть,
устойчивость их обеспечивается собственным весом
–
горизонтальному
сдвигающему
гидростатическому давлению воды в этом случае
противостоит сила трения и сила сцепления,
действующие по подошве плотины, которые зависят
от веса плотины.

English Русский Rules