Учебное пособие: Основи гідротехніки і гідроенергетики
Поверхневі отвори водоскидних гребель можуть бути відкритими (без затворів), але звичайно вони мають затвори, що регулюють рівень води верхнього б'єфу. Для попередження переповнення водосховища затвори відкривають частково або повністю, не допускаючи підвищення рівня води вище нормального підпірного (НПР). Для покращення умов пропуску води через греблю їй надають плавне закруглення. Вся довжина водоскидного фронту ділиться биками на ряд отворів. Бики, крім того, сприймають тиск води від затворів, також служать опорами мостів, призначених для обслуговування підйомних механізмів, затворів і транспортного зв'язку між берегами.
Вода, що скидається через греблю, має великий запас потенційної енергії, що переходить в кінетичну. Боротьба з руйнівною енергією потоку, що скидається через греблю,проводиться різними способами. За водоскидною греблею на водобійній масивній бетонній плиті влаштовують гасителі енергії у вигляді окремих бетонних масивів шашок, пірсів або залізобетонних балок, що розміщуються поперек потоку. Ділянка русла біля підошви водозливу поглиблюється, що створює водобійний колодязь. Часто для зменшення глибини колодязя на виході з нього додатково влаштовується водобійна стінка.
Іноді в нижньому б'єфі водоскидної греблі організують поверхневий режим шляхом влаштування в нижній частині водозливу уступи і носка, зриваючись з якого з великою швидкістю, потік концентрується біля поверхні, а під ним створюється валець з помірними зворотними швидкостями біля дна.
В греблях значного напору уступ роблять високим, так що носок підвищується над рівнем нижнього б'єфу як трамплін, і потік, зриваючись з нього, відлітає повітрям на значну віддаль, де його руйнівна робота в руслі безпечна для споруд. За водозливними греблями на нескельних основах після водобою влаштовують рисберму – укріплена водопроникна ділянка русла річки.
Берегові водоскиди розміщують в гідровузлах з греблями з грунтових матеріалів, що не допускають пропуску витрат води через їх гребінь, а також в гідровузлах з бетонними греблями в вузьких ущелинах, де русло зайнято при гребельною будівлею ГЕС. Це можуть бути поверхневі водоскиди, тунельні, трубчаті, глибинні та донні.
Регульовані водоскиди мають затвори, конструкції яких залежать від їх місцеположення (рис.5). Затвори поверхневих отворів, часто великих розмірів, сприймають порівняно невеликий гідростатичний тиск; затвори глибинних отворів, маючи значно менші розміри, сприймають великий тиск. Матеріал затворі в основному сталь, лише при невеликих напорах можливе використання дерева. Найбільш розповсюджені плоскі затвори у вигляді металевого щита, що переміщується в вертикальних пазах биків і стоянів. Вага рухомої частини досить значна, може перевищувати 100 т, що потребує потужних підйомних механізмів. Щоб зменшити підйомне зусилля, застосовують сегментні затвори, що повертаються навколо шарнірів.
Рис.5. Затвори гідротехнічних споруд:
а – плоский; б – сегментний; в – пальцевий; г – клапанний; д – секторний; е – шандорний; ж – даховидний; з – з поворотними фермами; і з поворотними рамами
Існує велика кількість і інших типів затворів.
Ремонтні затвори встановлюються в спеціальних пазах, щоб оглядати і ремонтувати основні затвори. Найпростіші з них – шандори (балки або щити малої висоти).
В якості підйомних механізмів для затворів застосовують рухомі крани або стаціонарні підйомники. На них можуть бути змонтовані звичайні лебідки та гідравлічні підйомники.
5. Гідросистеми та їх елементи
Гідросистеми, як і гідровузли, можуть бути комплексними і спеціалізованими. В Україні функціонує велика кількість гідросистем різного призначення: гідроенергетичного (Київська ГЕС – ГАЕС), гідромеліоративного (Північно-Кримський та Каховський канали), для водопостачання (Дніпро – Донбас) та інші [1, 2].
Гідросистеми, займаючи значні за площею території, вирішують комплекс завдань і впливають на екологічну обстановку в регіоні.
Однією з основних складових гідросистеми є канали. Канал – це відкрите штучне русло, що транспортує воду. [1, с.30…36]. Канали поділяються за призначенням, способом подачі води, за умовами використання, капітальністю, формою поперечного перерізу, станом потоку тощо.
Поперечний переріз каналу визначається його підводною і надводною частинами. Найчастіше канали проектують у виїмках з укосами, що відповідають характеру грунтів, в яких він розміщується. Для захисту каналів від розмиву течією, від механічного та хвильового впливу, зменшення фільтраційних втрат влаштовуються різні облицювання та покриття (кам'яний накид, бетонні та залізобетонні плити, асфальтобетонні покриття, екрани з полімерних плівок чи з глинистих ґрунтів.
Рис.6. Водопровідний канал:
а) поздовжній переріз; б) поперечний переріз каналу у виїмці; в) поперечний переріз каналу в напіввиїмці-напівнасипу; г) поперечний переріз каналу в насипу
При розміщенні каналу на косогорі для зменшення об'єму робіт можливе його розташування в напіввиїмці-напівнасипу, а на окремих ділянках траси допускається влаштування його в повному насипу.
Гідравлічні розрахунки каналів для рівномірного і нерівномірного руху води в них визначають форму і розміри поперечного перерізу каналу, його уклон.
По трасі каналу можуть розміщуватись різні гідротехнічні споруди: регулюючі, водопровідні, спрягаючи та інші.
При експлуатації систем виникає необхідність в регулюванні кількості води, що подається в систему чи на окремі її ділянки, регулювання рівнів води, аварійного скидання лишків води, або спорожнення окремих ділянок каналу. Споруди, що влаштовуються для виконання вказаних функцій, називають регулюючими або регуляторами [1, с.36…43]. За призначенням вони поділяються на регулятори-водовипуски, підпірні або перегороджуючи, водоскидні, промивні, вододільники.
За конструктивними ознаками регулятори можуть бути відкритими, закритими (трубчатими), діафрагмовими (з забральною балкою). Відкриті регулятори складаються з флютбету, поздовжніх стінок (берегових стоянів), затворів, підйомних механізмів та мостів. Підпірні регулятори можуть бути різних конструкцій, основним призначенням яких є підтриманні в старшому каналі певних горизонтів води з метою забезпечення нормальної роботи молодших каналів (відводів).
Вододільники це відкритті регулятори, що забезпечують поділ води в певних співвідношеннях між двома і більше каналами. Розміщуються вони поперек відвідного каналу фронтально до потоку, як і підпірні регулятори.
Розподільні вузли (вузли регуляторів) на каналах розміщуються на його розгалуженнях. До їх складу входить підпірна споруда та один або декілька бічних регуляторів водовипусків, що живлять відповідні канали.
Трубчаті закриті регулятори складаються з труб, що розміщені на деякій глибині від поверхні землі, вхідного та вихідного оголовків, затворів з підйомниками та гасителів енергії в нижньому б'єфі. Труби можуть бути круглого, прямокутного та полігонального поперечного перерізу. Число ниток визначається гідравлічними та техніко-економічними розрахунками.
Діафрагмові регулятори відрізняються від відкритих тим, що верхня частина отвору на вході перекрита поперечною стінкою (діафрагмою або забральною балкою), що дозволяє зменшити висоту затворів та потужність підйомників.