Учебное пособие: Основи гідротехніки і гідроенергетики
Акведуки – це водоводи у вигляді моста для пропуску води через дороги, балки, яри, ріки. По суті це мости, прогінною будовою яких є лотік, розміщений на балковій, рамній або арковій конструкції, вода в якому рухається з рівномірним режимом.
Селепроводи за конструкцією схожі на акведуки і призначені для пропуску через канали, ріки, дороги селевих (грязекам'яних) потоків.
Дюкери – напірні трубопроводи, що влаштовуються для подолання перешкод на трасі каналу чи водоводу (балки, долини, ріки, дороги тощо), коли будівництво акведуків технічно неможливе. Дюкери за конструкцією поділяються на шахтні або колодязні. До них ставляться вимоги: доступність огляду, ремонту і очищення, водонепроникність швів, незамулюванність тощо. Складові частини дюкеру це вхідний і вихідний колодязі або оголовки, напірна труба. Поперечні перерізи труб круглі або прямокутні.
Гідравлічний тунель являє собою закритий водовід, прокладений в земній корі. Тунелі частіше всього будують в гірських умовах, коли на трасі водоводу зустрічаються підвищені місцевості та вододіли, також при будівництві тимчасових та постійних водоскидів високогірних гребель. За призначенням вони можуть бути: енергетичні, водопровідні та каналізаційні, суднопропускні, водоскидні, комбіновані; за гідравлічним режимом – напірні та безнапірні. Форма поперечного перерізу приймається в залежності від характеру порід, способу проведення робіт та гідравлічного режиму (найчастіше – кругла, рідше – прямокутна, яйцевидна чи підковоподібна). Для недопущення обвалення покрівлі та стінок виробки більшість тунелів влаштовується з бетонним або залізобетонним лицюванням.
Спрягаючі споруди застосовують коли на трасі каналу зустрічаються ділянки з крутими схилами, де швидкості руху значно перевищують нерозмивну для неукріплених каналів [1, с.51…59]. За умовами руху води спрягаючі споруди поділяються швидкотоки і перепади.
Швидкотік - це лотік (найчастіше прямокутної форми поперечного перерізу), що переводить воду з верхнього каналу в нижній. Крім лотока є ще вхідна і вихідна частини і гаситель енергії у вигляді водобійного колодязя. Гідравлічними розрахунками ширина окремих частин споруди, положення поверхні води в лотоку, параметри водобійного колодязя.
Швидкотоки можуть бути зі штучною шорсткістю, криволінійні в плані, змінної ширини.
Перепадами називаються спрягаючі споруди, як правило, у вигляді східців, що об'єднують безнапірні ділянки, розміщені на різних рівнях. Вони влаштовуються при великих уклонах місцевості, коли влаштування швидко токів неможливе. В перепадах вода на окремих ділянках рухається по споруді, в інших – в повітрі. Перепади можуть бути односхідчаті та багатосхідчаті, а за конструктивними ознаками – колодязні, гребінчасті, напівнапірні, шахтні, трубчасті.
Найбільш поширеною конструкцією є багатосхідчатий перепад колодязного типу. Такі перепади розраховують з умови утворення донного гідравлічного стрибка на кожному східці.
Консольні перепади в конструктивному відношенні складаються з вхідної частини і швидкотоку, кінцева частина якого розташована над укосом на високих опорах і виконана у вигляді консолі. Гасіння енергії проходить в ямі розмиву.
Водозабірні споруди влаштовуються з метою забору води з джерела живлення і подачі її в канал або водоводи для транспортування в зрошувальну, обводнювальну, гідросилову та інші системи. Оскільки ці споруди розташовуються в голові гідросистеми, то їх часто називають головними [1, с.219…236]. В залежності від виду джерела живлення водозабори бувають річковими, озерними, морськими та каптажними. Вода з них може подаватись самопливом або з механічною перекачкою. Водозабір з річок може бути безгребельним або гребельним.
Найбільш вигідним місцем для будівництва водозабірного вузла є стійка ділянка річки, без рукавів, мілин і острові, де береги і дно складені з ґрунтів, що погано розмиваються. Тип водозабірного вузла вибирається в залежності від прийнятої схеми використання річки, її гідрологічного і руслового режиму, характеру ділянки річки тощо.
У загальному випадку до складу водозабірного гідровузла входять: гребля, руслорегулюючі споруди, головні споруди (водоприймачі), водоскидні споруди, промивні пристрої для наносів тощо. При комплексному використанні річки до складу вузла споруд можуть входити будівля ГЕС, судноплавні та рибопропускні споруди.
Безгребельні водозабори з відкритим каналом прості за конструкцією, але мають ряд недоліків. Це обмежена величина і регулювання витрати води, що забирається, забір в канал великої кількості наносів.
Гребельні водозабори можуть бути боковими, фронтальними, донними решітчастими. Вони мають спеціальні пристрої, що обмежують попадання донних наносів в канал (промивні галереї, пороги тощо).
При водозаборі з річок, разом з водою в канали попадає велика кількість донних і завислих наносів, що викликає їх замулення, стирання поверхні бетонних споруд, проточних трактів гідросилового обладнання. Для боротьби з наносами влаштовуються відстійники, пісколовки, гравієловки тощо [1, с.238…255]. При нормальній роботі відстійників повинно бути забезпечено осідання в них визначених фракцій наносів і регулярне їх видалення при мінімальних втратах води і енергії.
Відстійники – це розширені і поглиблені (у порівнянні з каналом) басейни, в яких забезпечується рух води з малими і рівномірно розподіленими швидкостями, внаслідок чого відбувається осідання донних і завислих наносів. За конструкцією відстійники бувають з періодичним або безперервним промивом наносів.
6. Суднопропускні споруди в гідровузлах
Транспорт займає особливе місце в житті розвинутого суспільства. Кожен продукт суспільного виробництва проходить стацію переміщення: сировина – від місць добування до місць переробки, готовий продукт – від пунктів виготовлення – до пунктів споживання. Сучасний транспорт можна розділити на такі види: сухопутний (залізничний, автомобільний), водний (морський, річковий), повітряний, космічний і трубопровідний.
Роль річкового транспорту відносно незначна, але в деяких районах може бути більшою, наприклад в зоні впливу великих воднотранспортних артерій, таких як Дніпро в Україні, Волга, Дон, Єнісей, Амур – Росії, Дунай, Рейн в Західній Європі. Річковий транспорт дещо знімає перевантаження сухопутних видів в навігаційний період, широко розвиваються змішані залізнично-водні перевезення а також безперевалочні перевезення в суднах типу “річка-море”. З портів Києва, Дніпропетровська, Миколаєва, Херсона прокладені маршрути в зарубіжні країни Дунаєм і Середземним морем.
Велику роль для приморських країн відіграє морський транспорт, який виконує величезну кількість перевезень різноманітних вантажів, пасажирських, туристичних маршрутів. Морські порти України – Одеса, Іллічівськ, Миколаїв, Херсон, Маріуполь.
Водні шляхи – це водні простори або водотоки, що використовуються для перевезень ними вантажів і пасажирів. До водних просторів відносять океани, моря, озера і водосховища, до водотоків – річки, їх притоки і канали.
Водні шляхи по відношенню до материка розділяють на зовнішні і внутрішні. Зовнішні водні шляхи (моря і океани) звичайно використовуються для судноплавства в природному стані за винятком підходів до морських портів (морські канали). Моря і океани можуть з'єднуватись судноплавними каналами (Панамський, Суецький).
Внутрішні водні шляхи можуть бути природними і штучними. До природних шляхів відносять річки і озера у вільному стані, що використовуються для судноплавства чи для лісосплаву. Потрібні глибини тут забезпечують шляховими роботами чи регулюючими спорудами. Штучні шляхи – це шлюзовані річки, водосховища, судноплавні канали (наприклад р.Прип¢ять, Дніпровські гідровузли, Волго-Балтійський, Волго-Донський, Дніпро-Бузький, Середньогерманський канали). Особливості водних шляхів в значній мірі впливають на судноплавство.
Річки, що використовуються для судноплавства в вільному стані, характеризуються чередуванням мілких (перекатів) і глибоких (плесів) ділянок русла. Річка може меандрувати, ділитись на рукава, стік її значно змінюється за навігаційний період. Все це може затруднювати судноплавство і для покращення його умов використовують днопоглиблення, виправлення русел і регулювання стоку.
Судноплавні канали, що є штучними водними шляхами, розділяють за призначенням (обхідні, підхідні і з’єднувальні, конструкцією та способом живлення. На сучасних судноплавних каналах, крім шлюзів (суднопідіймачів) і насосних станцій, зводять також і інші гідротехнічні споруди різного призначення (водоскиди, водоспуски, загороджувальні ворота, дюкери тощо).
Шлюзування річки – це метод збільшення судноплавних глибин за рахунок зведення каскаду гідровузлів і створення підпертих б¢єфів або водосховищ. В результаті шлюзування поздовжній профіль поверхні води набирає ступінчатого виду і для переходу суден із б¢єфу в б¢єф потрібні суднопропускні споруди.
Судноплавний шлюз – це напірна гідротехнічна споруда, призначена для переміщення суден чи інших плавучих об¢єктів із б¢єфа в б¢єф в гідровузлах за рахунок послідовного вирівнювання рівня води в камері і в б¢єфах.
Основними частинами судноплавного шлюзу є камери, голови і підходи. Переміщення суден через шлюз складається з ряду послідовних операцій і називається процесом шлюзування. Частина цих операцій виконується шлюзом, частина – судном. Це такі операції: вхід суден в шлюз, причалювання суден, закриття воріт, наповнення або спорожнення камери, відкриття воріт, вихід суден зі шлюзу, закриття воріт, спорожнення або наповнення камери, відкриття воріт.