Сущность шлюзования, состав гидроузлов

Способ увеличения глубин водных путей посредством образования подпертых плотинами бьефов и соединения их шлюзами называют шлюзованием рек.

Плотина — водоподпорное сооружение, перегораживающее во­доток и его долину для подъема уровня воды. Часть водотока, примыкающую к водоподпорному сооружению, называют бьефом. Верхний бьеф — это бьеф с верховой стороны водоподпорного сооружения, а нижний бьеф — с низовой стороны его.

Подъем уровня воды, возникающий вследствие преграждения или стеснения русла водотока или изменения условий стока подземных вод, называют подпором.

Для пропуска судов из одного бьефа в другой устраивают судоход­ный шлюз. В результате устройства ряда гидроузлов продольный про­филь поверхности воды приобретает ступенчатый вид (рис. 29). При комплексном использовании рек кроме плотин и шлюзов строят гидро­электростанции.

Шлюзование, используемое только для судоходных целей, назы­вается транспортным. Оно применяется на небольших реках. В большинстве же случаев шлюзование — элемент в комплексном ре­шении других задач (задачи получения электроэнергии, регулирования стока, орошения, водоснабжения и др.).

Комплекс гидротехнических сооружений, объединенных по распо­ложению и целям их работы, называют гидроузлом. В состав

Рис. 29. Схема продольного профиля Волги с гидроузлами (А—падение, L — расстояние от истока)

гидроузла входит плотина, шлюз, ГЭС, подходные каналы, дамбы и др. Расположение сооружений гид­роузла отличается большим разно­образием. На рис. 30 показана схе­ма расположения сооружений в плане одного из гидроузлов.

Рис. 30. План гидроузла:

1 — оградительные дамбы аванпорта;

2 — верхний подходной канал: 3 — верховые причальные палы; 4 — шлюз: 5 — низовые причальные палы; 6 — нижний под­ходной канал; 7 — русло реки; 8 — зем­ляная плотина; 9 — гидроэлектростанция;

10—бетонная водосливная плотина: 11— бывшее русло реки; 12 — коренные берега реки; 13 — водохранилище; 14 — вход в аванпорт

Плотины больших гидро­узлов обычно состоят из двух ча­стей: бетонной и земляной. Общая длина плотин на больших равнинных реках достигает нескольких километров. Плотины могут быть глухие и водосливные. У первых вода не переливается через гре­бень, у вторых — может переливаться.

Вместе с плотиной сооружается здание гидроэлектростанции, которое может составлять продол­жение плотины (так называемые русловые гидроэлектростанции) и принимать на себя полный, одинаковый с плотиной, напор воды, а также располагаться под защи­той плотины с низовой стороны или совмещаться с плотиной.

Бетонные водосливные плотины (рис. 31) име­ют наибольшее распространение. На гребне водосливной части пло­тины 9 устанавливают металлические затворы 13 в виде подъемных щитов. Затворами регулируют высоту уровня воды в верхнем бьефе / и расход воды, пропускаемой в паводок через плотину.

Водосливная часть (водослив) быками 5 разделяется на отдельные пролеты. Быки служат также опорами для щитов и моста 2, предназ­наченного для связи между берегами и перемещения подъемных кранов 3 затворов. Большую часть го­да щиты опущены и вода в нуж­ном количестве поступает в ниж­ний бьеф 6 через работающие тур­бины ГЭС. Весной щиты поднима­ют для сброса паводковой воды.

Рис. 31. Бетонная водосливная пло­тина

Устойчивость плотины, так же как и других гидротехнических сооружений, в большей степени зависит от фильтрации воды под ней. Поднятая плотиной вода под напором просачивается в грунт и двигается под плотиной к нижнему бьефу. Чтобы предотвратить вымывание грунта при этом процессе, путь движущейся под плотиной

воды удлиняют. Тогда скорость фильтрационного потока уменьшает­ся до такой, при которой вода не будет вымывать грунт.

Для удлинения пути фильтрационной воды перед плотиной устра­ивают понур, который обычно состоит из глиняной подушки 12, за­щищенной от размыва уложенными поверху бетонными плитами 11. Для уменьшения скорости фильтрационного потока под основанием плотины забивают один-два ряда металлических шпунтовых стенок 10. Отдельные шпунтины, плотно соединенные между собою, обра­зуют сплошной заслон. Шпунтовые стенки погружают в грунт на глу­бину до 20 м.

Для погашения скорости и энергии воды, переливающейся через гребень, ниже плотины устраивают водобой 8, представляющий собой бетонную плиту с гасителями энергии в виде бетонных выступов, ко­лодцев и других устройств. Скорость потока на водобое снижается до 3—6 м/с. Выходя из водобоя, поток имеет все же повышенную размы­вающую способность. Поэтому за водобоем устраивают рисберму 7— укрепленный камнем участок дна реки.

Земляные плотины 4 (см. рис. 31) делают глухими, по­этому их гребень всегда на несколько метров выше наивысшего уров­ня воды верхнего бьефа. В поперечном разрезе плотина имеет вид трапеции. При сооружении плотины грунт намывают землесосами или (реже) насыпают сухой грунт. По гребню обычно прокладывают авто­мобильную или железную дорогу. При постройке принимают меры для уменьшения фильтрации воды через плотину: устраивают шпун­товые заслоны, глиняные водонепроницаемые экраны и т. п.

Судоходные разборные плотины (рис. 32) пред­назначаются для подпора воды и увеличения глубины при низком межен­ном уровне воды в реке. При высоком уровне воды плотины разбирают. Плотина состоит из ряда ферм 3, свободно поворачивающихся в под­шипниках бетонного основания 1. Пролеты между фермами перекры­вают щитами. В разобранном состоянии фермы, скрепленные поверху цепями 4, укладывают друг на друга. Верхние оконечности крайних ферм укладывают в нишу 2 устоя. При сборке фермы с помощью лебед­ки 6 ставят в вертикальное положение. По верхней части фермы про­кладывают мостик 5. Разбирают фермы на зиму до ледохода, а устанав­ливают после паводка по мере снижения уровня воды. После установ­ки плотины суда идут через шлюз. В зависимости от величины расхода воды убирают или добавляют необходимое количество щитов.

Напор на плотину обычно составляет 1—4 м. Судоходные разбор­ные плотины построены на реках Москве, Оке, Северском Донце и др.

Условия движения и стоянки судов у плотин осложняются неправильными течениями, возникающими вслед­ствие сброса воды через плотину и ГЭС. В верхнем бьефе образуется течение, направленное в сторону плотины или здания гидроэлектро­станции, а в нижнем бьефе — течение от сбросов воды через плотину и выхода ее из турбин ГЭС, зависящее от особенностей сооружений гидроузла.

Колебания расхода воды, вызываемые работой ГЭС, меняют уровень воды, что затрудняет движение и стоянку судов. Управление судном

Рис. 32. Судоходная разборная пло тина Рис. 33. К условиям судоходства в период строительства гидроузла

у плотин требует повышенного внимания, так как имеются случаи срыва судов с якорей, навалов их друг на друга или посадки на грунт.

Условия судоходства во время строительства гидроузла зависят от организации и очередности строительных работ. Для строительства здания гидроэлектростанции 5 (рис. 33) и водосливной бетонной плотины 3 часть русла реки отгора­живают перемычками 6, за которыми откачивают воду (затем уже ве­дут работу). Одновременно намывают земляную плотину 2 и соору­жают шлюз 4 с верхним подходным судоходным каналом 1. В остав­шейся при этом свободной части русла 7 скорость течения увеличивает­ся, возникают свальные течения, затрудняющие судоходство.

После окончания строительства гидроэлектростанции весь расход воды пускают через турбины, а свободную часть русла перекрывают земляной плотиной. В этот период и в период завершения работ на гидроузле суда движутся через временный канал и шлюз.

По другой схеме гидростанцию и водосливную плотину строят на пойме и к ней в нижнем бьефе прорывают новое русло. Когда эти со­оружения готовы, старое русло перекрывают земляной плотиной. Во время подготовки к перекрытию русла судоходство затрудни­тельно, так как русло сужается из-за отсыпки каменных призм с обоих берегов и в связи с этим возрастает скорость течения.