I. Введение
Группы гидротехнических водохозяйственных сооружений Различают 11 групп:
1. Плотины, дамбы (в практике преимущественно строят земляные, насыпные, низконапорные платины);
2. Сооружения для водоснабжения:
- водозаборные сооружения;
- шлюзы регуляторы;
- водоподающие каналы лотки;
- трубопроводы;
- регулирующие сооружения;
- водовыпуски;
- сопрягающие переходные сооружения;
- аэраторы;
- отстойники;
фильтры.
3. Водосбросные сооружения в теле платины или в обход ее;
4. Водоспуски, сбросная система;
5. Рыбозащитные сооружения (для предотвращения попадания рыбы в водозабор);
6. Рыбозаградительные сооружения;
7. Рыбопропускные сооружения (рыбоходы, угреходы, рыбоподъемники);
8. Комплекс ГТС с механической подачей воды;
9. Специальные сооружения;
10. Причалы.
Все указанные ГТС располагают в зависимости от рельефа местности и качества грунтов в близи источников водоснабжения. ГТС могут быть временными и постоянными.
ГТУ - или гидроузел, комплекс ГТС построен на одном участке реки и связанных между собой назначением и работой. Гидроузел создается на малых реках для поднятия уровня воды до нужной отметки, обеспечивая самотечную подачу воды для полного спуска воды с водохранилища и для сброса излишков паводковых вод из верхнего бьефа в нижний.
Все сооружения гидроузла связаны между собой, поэтому проектирование начинают с компоновки, которая заключается в выборе створа земляной платины, мест расположения водозаборных и водосбросных сооружений и увязке основных отметок. Створ платины выбирают в узком месте поймы реки с таким расчетом, чтобы обеспечить удобный сбор излишек воды. Тип и место водосбросного сооружения выбирают методом сравнения при сопоставлении различных вариантов и от величины сбрасываемой воды. Водозаборные сооружения располагают в местах сопряжения плотин с берегами на крупных реках России. ГТУ - являются комплексными т. е. предназначенными для полной энергии, обеспечения судоходства, осуществления орошения, водоснабжения городов и поселков и пропуска рыбы к местам нереста. Следовательно гидроузел обязательно входит в рыбопропускное сооружение.
Общая природно-климатическая характеристика района строительства гидроузла.
КРАСНОДАРСКИЙ КРАЙ, в составе РСФСР. Образован 13 сентября 1937 года. Площадь 83,6 км 2 . Население 4608 тысяч человек, делится на 39 районов, имеет 27 городов, 26 поселков городского типа. Центр – Краснодар.
Краснодарский край расположен в западной части Кавказа, с Юго-Запада омывается Черным морем, с Севера-Запада – Азовским морем. Береговая линия Черного моря сравнительно ровная (особенно на Юге), лишь на Севере выделяются Геленджикская и Цемесская бухты и полуостров Абрау. Более изрезана береговая линия в Керченском проливе, гда в Таманский полуостров вдается одноименный залив, и у Азовского моря с лиманами Ейский, Бейсугским и др.
Территория края состоит из горной и равнинной частей. Горная часть относится к западной части Б. Кавказа. Ее образуют сравнительно не большой отрезок высокогорного Западного Кавказа с южными и севернми склонами и предгорьями и средневысоные горы Черноморского Кавказа. Равнинная часть края относится к Западному Предкавказью и образована Кубано-Приазовской низменностью, Прикубанской наклонной равниной, дельтой Кубани и Таманским полуостровом с невысокими складчатыми грядами и грязевыми вулканами. На Востоке – край Ставропольской возвышенности. На равнине климат умеренно континентальный, степной, в горах – более влажный и прохладный; в северной части Черноморского побережья носит средиземноморский характер (с засушливым летом и влажным холодным полугодием; характерен ветер бора), переходящий к Юго-Востоку во влажный субтропический.
Главная река края – Кубань. Образуется слиянием рек Уллукам и Учкулан, берущих начало на склонах Эльбруса, у края ледника Уллукам. Впадает в Темрюкский залив Азовского моря. Длина реки – 870 км, площадь бассейна 57900 км 2. В 116 км от устья Кубани отходит правый рукав – Протока (130 км). Реки используются для гидроэнергетики и орошения рисовых полей (в низовье Кубани).
На равнинах Западного Предкавказья преобладают черноземы, особенно карбонатные предкавказские, в горах – горно-лесные бурые и дерново-карбонатные почвы, в высокогорье – горно-луговые. На местах господствовавших прежде равнинных степей – культурная растительность. В горах – широколиственная (дубовые, буковые, в районе Туапсе – Сочи – смешанные колхидские) и темнохвойные (из кавказских пихты и ели) леса, выше – субальпийские и альпийские луга. Древесно-кустарниковая растительность северной части Черноморского побережья сходна с крымской и восточно-средиземноморской. Западное Предкавказье – со степными земледельчески освоенными равнинами; Северо-Кавказский – с преобладанием горных лесов на хребтах Черноморского Кавказа и передовых куэстовых грядах; Западно-Кавказский высокогорный – с альпийским рельефом, горными лугами; Северо-Черноморскй – с ландшафтами восточно-средиземноморского типа и виноградниками; Колхидский горный – с лесными ландшафтами влажных субтропиков и курортной зоной побережья.
Краснодарский край – район развитой промышленности, многоотраслевого сельского хозяйства и курортов международного значения.
III. Характеристика источника водоснабжения. Расчет и построение гидрографа.
При установлении расчетных гидрологических характеристик используется кривая обеспеченности, которая показывает в каком числе случаев (%) может быть превзойдена та или иная характеристика для построения кривой обеспеченности используются следующие характеристики:
- Средняя арифметическая характеристика;
- Среднее квадратичное отклонение;
- Коэффициент вариации, коэффициент изменчивости статистического ряда;
- Коэффициент ассиметрии.
1.Определение максимальных расходов воды в половодье.
О мах = М Fdd’, где 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+0,2b+1)
d= 1-0,61 lg (1+0,2 × 0,5+1)=0,8
d'=1-jg, где j=0,3 - лиственные леса, g=0,2
d'=1-0,3 × 0,2=0,94
Qmax= M× F ×dd’, где Qmax=0,0067× 275× 0,8× 0,94=1,24 м3/с
0,278- коэффициент перехода от стока мм/час к м/с;
А- параметр характеризующий сток района мм/час (применяем рисунок N1 приложения).
(А=0,1 мм/ч);
F- площадь водосбора [275 км2];
2. Определение расходов воды среднее многолетнее.
Q ср. мног = М ср. мног × F, где
М ср. мног [ л/с км] модуль стока реки, (применяем рисунок N2 приложения).
М=0,5[ л/с' км]
Q ср. мног =0,5 × 275=137,5
3. Вычисляем коэффициент вариации по формуле Соколовского Д. Л.
Cv== а- 0,063 ×1g(F+1)= 0,7- 0,063 ×1g(275+1)= 0,55, где а - географический параметр (применяем рисунок N3 приложения). а =0,7.
4. Определяем модульный коэффициент 75% обеспеченности по таблице.
Таблица N 1
| Сv | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,2 |
| К75% | 0,93 | 0,86 | 0,78 | 0,71 | 0,63 | 0,56 | 0,49 | 0,42 | 0,42 | 0,29 | 0,24 | 0,1 |
5. Определяем расход 75% обеспеченности.
Q75% = Q ср. мног • К 75%. = 137,5 × 0,693 = 95,2
К 75%. =0,693
Определяем расход воды по месяцам.
Q cр.мес.= Q 75%×К
где К - коэффициент внутригодового распределения стока малых рек, принимается по таблице N3 (Никитин С. Н.) и составляется средняя таблица по 12 месяцам, по которой будет построен гидрограф.
Таблица N2
| мес. | I | П | Ш | IV | V | VI | VII | VШ | 1Х | X | XI | XII |
| К | 0,8 | 1,2 | 5,2 | 1,0 | 0,85 | 0,65 | 0,25 | 0,35 | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,9 |
| Q ср.мес. | 76,1 | 114,2 | 495 | 95,2 | 80,9 | 61,8 | 23,8 | 33,3 | 9,5 | 19 | 38 | 85 |
IV. ВЫБОР РАЙОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ГОЛОВНОЙ ПЛОТИНЫ
Для выполнения проекта гидроузла необходимо иметь топографический материал соответствующих масштабов. На нём выявляют основные формы рельефа (возвышенности, котловины, овраги, крутые и пологие склоны, террасы и пр.).
Створ головной плотины, как правило, назначают в самом узком месте поймы реки.
Все ГТС, плотины, дамбы, водосбросы проектируются в соответствии с инструкцией по разработке проектов и смет для промышленного строительства (СН 20276) и соответствующими главами строительных норм и правил.
Плотина входит в состав ГТС, построена на водотоке, делит его на верхний и нижний бьеф. Верхний бьеф - участок реки, прилегающий к подпорному сооружению с верховой стороны (по направлению течения), нижний бьеф участок реки с низовой стороны. Верхний и нижний бьефы различаются по своим режимам. В верхнем бьефе создается чаша водохранилища с расчетной повышенной отметкой уровня воды. Течение воды в водохранилище замедляется, в результате происходит отложение ила. В нижнем бьефе расходы воды уменьшаются, скорость течения значительная. Возможны размывы русла ниже плотины, поэтому рекомендуется выход водосбросных каналов относить не менее 15-20 метров от низового откоса.
Плотины сооружают из различных материалов. Из местных строительных материалов строят:
- земляные плотины из суглинка, супеси, песка;
- каменно-набросные плотины;
- смешанные (каменно-земляные) плотины;
- каменные и деревянные плотины;
Из долговечных материалов строят плотины бетонные, железобетонные, металлические.
По водохозяйственному назначению плотины делятся на водоподъемные и водохранилищные. Водоподъемные создают-подпор воды в верхнем бьефе, позволяющий подавать воду самотеком и улучшающий судоходство реки. Водохранилищные плотины создают определенный запас воды. По способу пропуска воды в нижнем бьефе плотины делятся на - глухие, водосливные, смешанные. В глухих плотинах нет отверстий для пропуска воды, и излишки паводковых вод сбрасываются через водосбросные каналы в обход плотины. В водосливных плотинах вода переливается через гребень плотины. В смешанных имеется как глухая, так и водосливная часть. Земляные плотины по высоте делятся на высокие (более 50м), средние (15-50м), низкие (менее 15м).