Попов экзамен ответы

энергетические,

водно-транспортные,

водозаборные.

регулирующие сток,

водохранилищные.

Часто гидроузлы бывают комплексные, одновременно выполняющие несколько водохозяйственных функций.

Различают гидроузлы:

низконапорные когда разность уровней воды верхнего и нижнего бьефов (напор) не превышает 10 м,

средненапорные (с напором 10-40 м),

высоконапорные (с напором более 40 м).

Низконапорные гидроузлы сооружаются на равнинных реках, преимущественно в пределах их русла, главным образом, для транспортных или энергетических целей (ГЭС) и на горных реках (для орошения); Средненапорные гидроузлы сооружаются для тех же целей, что и низконапорные, а также для борьбы с наводнениями;

Высоконапорные гидроузлы обычно служат для комплексных целей.

Сооружения, входящие в состав гидроузла, разделяются на основные и вспомогательные. Основные сооружения обеспечивают нормальную работу гидроузла и подразделяются на общие (плотины, водосбросы, сооружения для удаления льда, шуги, наносов, регуляционные и др.) и специальные (ГЭС, судоходные шлюзы, рыбоходы, бревноспуски и др.).

Вспомогательные сооружения необходимы для нормальной эксплуатации основных. К ним относятся жилые, административнохозяйственные и культурно-бытовые здания, водопровод, канализация, дороги, мастерские и т. п.

Кроме постоянных, на стройплощадке возводят также временные сооружения (перемычки, склады материалов и оборудования, бетонные и арматурные заводы, мастерские, временные электростанции и пр.). Эти сооружения при окончании строительства обычно ликвидируются, некоторые же из них остаются на период эксплуатации, напр. часть зданий рабочего поселка, часть перемычек, включаемых в объем плотины, дороги и др.

Гидротехнические сооружения — комплекс сооружений водопользования. Сооружения, предназначенныедляиспользованияводныхресурсов(рек, озёр, море

й, грунтовыхвод)илидляборьбысразрушительнымдействиемводнойстихии. В зави симостиотместарасположенияГ. .могутбытьморскими, речными, озёрными, прудо выми. РазличаюттакженаземныиподземныеГ. с. Всоответствииобслуживаемым иотраслямиводногохозяйстваГ. . бывают:водноэнергетическмелиоративные, , в однотранспортные, лесосплавные, рыбохозяйственные, дляводоснабженияиканализ ации, дляиспользованияводныхнедр, дляблагоустройствагородов, спортивныхцел ейидр.

РазличаютГ. с. общие, применяемыепочтидлявсехвидовиспользованиявод, испециальные, возводимыедлякакой-либооднойотрасливодногохозяйства.

КобщимГ. с. относятся:водоподпорные,водопроводящие, регуляционные, водозабор ныеиводосбросные. Водоподпорныесооружениясоздаютнапорилиразностьуровне йводыпередсооружениемзаним.

Кним относятся:плотины(важнейшийнаиболеераспространённыйтипГ. с.), перего раживающиеречныерусла, иречныедолины,поднимающиеуровеньводы, накаплива емойвверхнембьефе, дамбы(иливалы),отгораживающиеприбрежнуютерриторию предотвращающиееёзатоплениеприпаводкахиполоводьенареках, приприливах

штормахнаморяхиозёрах.

СпециальныеГ. с. — сооружениядляиспользованияводнойэнергии— зданиягидроэлектрическихстанций, напорныебассейныидр.; сооруженияводногот ранспорта— судоходныеШлюзы, Судоподъёминик, Маяки, идр.. сооруженияпообстановкесудов

огохода, плотоходы,бревноспускипр.; портовыесооружения— Молы, Волноломы, Пирсы, причалы, Доки, Эллинги, Слипы идр.; мелиоративные— магистральныераспределительныеканалы, шлюзы-

регуляторынаоросительныхиосушительныхсистемах; рыбохозяйственные— рыбоходы, рыбоподъёмники, рыбоводныепрудыит.п.

10) Водонапорные сооружения водохранилища, их особенности, характеристики уровней воды (Верхний и нижний бьефы; тип: озерный, речной, в искусственной котловине; НПУ – ФПУ – УС(УМО): мертвый, полезный, полный водохранилища; виды регулирования: суточное, недельное, годичное)

Водохранилище – искусственный водоем, образованный в русле реки, для накопления и использования воды в народном хозяйстве и регулировании ее стока.

Верхний бьеф – водное пространство, прилегающее к верховой стороне устройства; к низовой стороне – нижний бьеф.

НПУ – нормальный подпорный уровень – наивысший уровень воды, который по условиям устройства подпорного сооружения может поддерживаться сколько угодно длительно.

ФПУ – форсированный подпорный уровень – кратковременный подъем воды в верхнем бьефе, который может быть допущен при наводнении и паводках.

УМО – уровень мертвого объема (наивысшей сработки) – минимальный уровень водохранилища при его использовании.

Полезный объем - объем воды между НПУ и УМО, использующийся для регулировании стока. Глубина сработки водохранилища – Разность отметок между НПУ и УМО.

Мертвый объем – объем воды ниже уровня сработки, не участвующий в регулировке стока. Полный объем при НПУ – полезный и мертвый объемы.

Резервный объем – объем между НПУ и ФПУ, используется для трансформирования половодья и паводка.

При ФПУ: полный объем = полезный + резервный + мертвый объемы.

Для наиболее полного экономного использования и приспособления режимов водоотдачи производится регулировка стока водохранилища. Виды регулирования:

- Суточное – обеспечение неравномерного потребления воды исходя из колебаний нагрузки. Если производится суточное регулирование, то объем накопленной воды равен объему воды, израсходованному из водохранилища.

-Недельное – имеет целью обеспечение неравномерного потребления ГЭС воды в течении недели, в соответствии с нагрузкой на энергосистему. В нерабочие дни потребление электроэнергии снижается, снижается нагрузка ГЭС, вода аккумулируется в водохранилище. Накопленный запас воды расходуется в течении недели, дополнительно к естественному стоку реки.

-Годичное – наиболее редко применяемое на ГЭС и имеет целью перераспределение стока реки в течение года, путем накопления воды в многоводные сезоны и использование ее в маловодные. На рисунке схема годичного регулирования во время паводка, водохранилище наполнено до верхнего уровня, накопленный запас воды расходуется к началу паводка следующего года.

Водохранилища делятся на два вида:

озёрные;

речные (русловые).

Для водохранилищ озёрного вида характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Водохранилища речного (руслового) вида имеют вытянутую форму, течения в них,

обычно, стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.

Искусственные водохранилища, пруды. Создание таких озёр может быть самоцелью, например, для создания водохранилищ различного назначения. Нередко это создание связано с проведением более или менее значительных земляных работ. Но в ряде случаев такие озёра возникают как побочное следствие таких работ, например в выработанных карьерах.

11) Характерные признаки для классификации плотин (по основному материалу: бетонные, железобетонные, каменные, земляные, ряжевые, оболочные, смешанные; по восприятию нагрузок: гравитационные, арочные, контрфорсные; по условиям пропуска: глухие, водопропускные, допускающие пропуск воды)

По основному материалу: бетонные, железобетонные, каменные, земляные, каменно-земляные, каменно-набросные, ряжевые, оболочные, смешанные

Каменно-набросные - плотина, выполненная в основном из наброски или отсыпки камня. Водонепроницаемость каменно-набросной плотины обеспечивается противофильтрационными устройствами: экранами, располагаемыми по напорному откосу, диафрагмами или ядрами внутри тела плотины. Родственными каменно-набросным плотинам являются каменно-земляные плотины (из каменной наброски и земли), полунабросные (из каменной наброски и сухой кладки с напорной стороны), а также редко применяемые плотины из каменной сухой кладки с использованием постелистого камня. Каменно-набросные плотины строят, как правило, глухими с пропуском воды через специальные водосбросы в берегах, реже в теле плотины.

Бетонные - плотина, выполненная в основном из бетона. К бетону плотин предъявляются высокие требования: он должен обладать прочностью, водонепроницаемостью (плотностью), стойкостью против истирания наносами и водой и разрушающего воздействия мороза - и агрессивной воды. Это достигается надлежащим подбором состава бетона, тщательным его приготовлением и укладкой (см. Бетон гидротехнический), а также соответствующими конструктивными мероприятиями.

Бетонные плотины могут быть глухими, т. е. не пропускающими воду, и водосбросными (в т. ч. водосливными). По конструктивному признаку бетонные плотины подразделяются на гравитационные, арочные, гравитационно-арочные и массивно-контрфорсные.

Гравитационные плотины характеризуются тем, что их устойчивость против сдвига от давления воды обеспечивается в основном силами трения между

плотиной и ее основанием, что требует большого веса плотины. Поэтому бетонные гравитационные плотины строились массивными.

Арочные плотины представляют собой в плане криволинейную стенку, работающую как свод, который через свои пяты почти полностью передает горизонтальное давление воды скалистым берегам. К качеству скалы основания и особенно берегов предъявляют высокие требования.

Арочные плотины устраиваются и глухими и водосбросными; в плане они имеют обычно круговое очертание.

Все гравитационно-арочные и большинство арочных плотин возводят из бетона, только в отдельных случаях тонкие арочные плотины выполняют из железобетона. Толщина арочной плотины зависит от формы долины в створе плотины и отношения ширины долины на высоте гребня плотины к ее высоте.

Массивно-контрфорсные плотины состоят из толстых бетонных стенок (контрфорсов), располагаемых вдоль потока и снабженных с верховой стороны массивными консольными выступами — оголовками, вплотную примыкающими один к другому и непосредственно воспринимающими давление воды. Для повышения устойчивости плотины на сдвиг ее верховая грань обычно наклоне. Осн. достоинства массивно-контрфорсных бетонных плотин: почти полное отсутствие фильтрац. противодавления, ясность статич.. условий работы, меньшая затрата бетона по сравнению с гравитац. плотиной, возможность возведения их практически на любых основаниях, доступность осмотра и ремонта. Недостатки массивно-контрфорсных Б. п. по сравнению с массивными — усложнение произ-ва работ и пропуска воды в строительный период.

Железобетонные - плотина, выполненная в основном из железобетона, обеспечивающего прочность конструкции. В отличие от бетонных плотин, обычно массивных железобетонные плотины, как правило, тонкостенные. Железобетон плотин должен обладать необходимой прочностью, водонепроницаемостью, трещиноустойчивостью, морозостойкостью, стойкостью против истирания наносами и разрушающего воздействия агрессивной воды, долговечностью. Железобетонные плотины могут быть глухими и водосбросными. Глухие плотины сооружают гл. обр. при высоких напорах, водосбросные — преим. водосливные (см. Водосливная плотина) — при различных напорах. В нек-рых случаях применяют также и глубинные отверстия. По конструктивному признаку различают железобетонные плотины гравитационные, контрфорсные и арочные. Контрфорсные железобетонные плотины состоят из плоских или арочных напорных перекрытий, непосредственно воспринимающих давление воды, и контрфорсов, к-рые служат опорами для перекрытий и передают нагрузку основанию —

непосредственно или через фундаментную плиту (при нескальных основаниях). При наличии водосливных отверстий конструкция плотины дополняется гребнем, водосливной плитой и раздельными быками на водосливе. Контрфорсная железобетонная плотина представляет собой тонкостенную конструкцию с небольшим объемом железобетона. Недостающий для устойчивости плотины вес компенсируется весом воды, передаваемым напорному перекрытию, которое для этой цели делают наклонным. Иногда для увеличения сопротивления сдвигу применяют заанкеривание контрфорсов в основание.

Наиболее распространена конструкция контрфорсной железобетонной плотины с плоскими напорными перекрытиями.

Арочные перекрытия контрфорсных плотин, наз. многоарочными, имеют переменную по высоте толщину и круговую форму с центральным углом, близким к 180°. Арки делают преим. наклонными, но они могут быть и вертикальными, что упрощает произ-во работ, однако требует создания предварительного напряжения в контрфорсах. Соединение арок с контрфорсами обычно жесткое.

Каменные -

плотина, основныеконструктивныеэлементыкоторойвыполненыизкаменныхматер иаловбезприменениявяжущих. В практикесовременногогидротехническоготроител ьстваразличаютК. п. каменнонабросные(насыпные), полунабросные, изкаменнойсухойкладки.

К. п. строят, какправило, глухимиспропускомводычерезВодосбрыосвберегах, реж е— втелеплотины. ОсновныематериалыдлятелаК. п.:каменьрваный(изкарьеров), га

лька, гравий, щебенистыегрунты. Каменьдлянаброскисухойкладкидолженоблада тьдостаточнойпрочностьюистойкостьюпротиввыветривания, действияморозаираз рушенияфильтрационнымпотоком. Лучшиематериалыдлянаброски— изверженныепороды(гранит,сиенит, диорит, базальтидр.), изосадочныхпород— плотныеизвестнякидоломиты, кварциты.Существенноезначенимеютразмерыи формыкамня, атакжеспособыуплотнениянаброски, влияющиенапустотностьнабр оски, величинуосадкителаплотиныкрутизнуоткосов. В качествеоснованиядляК. и.пригодныпрактическивсевидыскальныхпород; изнескальныхпород— гравелисто-галечные,крупнозернистыепески, глиныплотныесуглинки.

Земляные - плотина, выполненная в основном из глинистых, песчано-глинистых, песчаных и т. п. местных грунтов. В основании земляной плотины допускаются различные грунты — от несжимаемых прочных до сильно сжимаемых малопрочных. Земляные плотины как правило, глухие — без перелива воды через ее гребень. Поперечное сечение (профиль) земляной плотины имеет трапецеидальное или близкое к нему очертание. Основные элементы земляной плотины: тело плотины, противофильтрационные устройства, ограничивающие

скорость фильтрационного потока и потери воды через тело и основание плотины, дренажные устройства, принимающие фильтрационную воду в нижний бьеф, и покрытия верхового, низового откосов и гребня, предохраняющие их от разрушающего действия воли, атмосферных осадков, ветра и пр. По применяемым материалам и конструкции различают 6 основных типов земляных плотин. Однородная земляная плотина (1-й тип) состоит из одного и того же грунтового материала — песка, супеси, суглинка, глины. Неоднородная земляная плотина (2-й тип) возводится из разнообразных грунтов, начиная с суглинков или глин до гравелисто-щебенистых с расположением более мелкозернистых к верховому, а крупнозернистых к низовому откосу, или мелкозернистых в центральной части, а более крупных — к откосам. 3. п. могут иметь противофильтрационные устройства в виде экрана (3-й тип) или ядра (4-й тип). 3. п. могут выполняться с экраном или диафрагмой из железобетона, бетона, металла, дерева и др. материалов (5-й и 6-й типы). Экран или диафрагма (ядро) применяется, если тело плотины образуется из водопроницаемых, крупнозернистых материалов (песка, песчано-гравелистого грунта, гравия).

Каменно-земляные - плотины с пластичным экраном или ядром. Каменно-земляные плотины менее требовательны к основанию, потому их можно возводить на более сжимаемых грунтах и породах. Эти плотины строят при наличии на месте достаточного количества камня, водонепроницаемых грунтов для устройства ядра или экрана, а также грунтов, пригодных для создания переходных зон в теле плотины около экрана или ядра. Уклоны откосов этих плотин более пологие по сравнению с каменнонабросными, и почти всегда напорные откосы положе низовых.

Противофильтрационную конструкцию выбирают с учетом ожидаемой ее осадки, наличия материалов для строительства плотины, производства работ, условий эксплуатации и ожидаемого порового давления в насыпи.

Плотины с экраном и наклонным ядром имеют некоторые преимущества перед плотиной с вертикальным ядром; они устойчивее против сдвига, поскольку сдвигу сопротивляется основная масса наброски; более равномерно передается нагрузка на основание, возможно опережение в выполнении наброски или отсыпки по сравнению с возведением экрана и защитного слоя. Однако плотина с вертикальным ядром может оказаться экономичнее плотины с экраном, так как имеет меньший объем материала, менее чувствительна к неравномерным осадкам наброски, то есть менее требовательна к основанию плотины и качеству наброски. Плотины с вертикальным ядром лучше обеспечивают сопряжение с крутыми склонами ущелья, где было бы затруднительно обеспечить надежное сопряжение наклонного экрана.

Ряжевые - представляет собой срубленные из бревен ящики, загруженные камнем или грунтом. Ряжевые плотины обычно строят при напорах 4—6 м, но встречаются плотины и для напоров 7—12 м и более.

Ряжевые плотины сопротивляются сдвигающим усилиям от давления воды и грунта преимущественно собственным весом, а также с помощью забитых свай в грунт и шпунтов. Поэтому ряжевые быки, устои и флютбеты плотин загружают грунтом и камнем и устраивают таких размеров, чтобы они обладали необходимым весом для обеспечения устойчивости сооружения.

На грунтах, не допускающих забивки свай, для поддержания сколько-нибудь значительного напора плотиной приходится развивать флютбет в длину и заглублять в основание.

Преимущества ряжевых плотин: простота производства работ, а также надежность их и большая долговечность по сравнению с другими типами деревянных плотин. Недостатком ряжевых плотин является большая потребность в лесоматериалах и значительный объем земляных работ по отрытию котлованов под устои и загрузке ряжей грунтом и камнем. Для уменьшения количества лесных материалов применяют полусквозные конструкции ряжей, наружные стены которых сплошные, а внутренние сквозные, через одно бревно, с креплением их в пересечениях деревянными нагелями или глухарями.

Глухие плотины не имеют водосбросных отверстий и служат только для создания необходимого напора. Формируют напорный фронт чаши водохранилища, требуют объема или создания условий для установки забора воды из водотока (деривационная схема ГЭС)

Водосливные, являясь необходимым участником напорного фронта, обеспечивает выход воды в нижний бьеф из водохранилища.

12) Типы оснований плотин (Скальные, полускальные, нескальные. Лучшие – скальные основания. Полускальные – осадочные породы с трещевидностью, частично деформируемые. Нескальные – глина, суглинок, песок, гравий, галька)

К скальным основаниям, особенно при возведении на них плотин большой высоты, предъявляются более жесткие требования в отношении их прочности,

деформативности и водонепроницаемости, чем к нескальным основаниям, для которых высота плотины ограничивается (см. п. 7.1). В реальных условиях скальные основания (как и нескальные) обычно неоднородны, сложены разными по свойствам горными породами, анизотропны и, как правило, разбиты многочисленными трещинами, наличие которых снижает прочность и увеличивает деформативность основания по сравнению с массивом породы «в куске». Для улучшения свойств и устранения дефектов скального основания обычно проводят специальные работы по их укреплению.

К скальным основаниям относятся массивы прочных пород с жесткими связями между зернами, при этом слагающие их породы характеризуются «в куске» пределом прочности на сжатие более 20 МПа и на растяжение более 1 МПа, модулем деформации более 50 ГПа.

В состав скальных входят магматические изверженные породы: интрузивные (граниты, сиениты, габбро, диориты) и эффузивные или лавовые (базальты, диабазы, порфириты, андезиты). Эти породы отличаются высокими показателями прочности (на сжатие 100К320 МПа), мало сжимаемые, имеют высокий модуль упругости. Нужно иметь в виду, что в гранитах под влиянием выветривания и тектонических процессов иногда образуются ослабленные зоны (вплоть до глинистой массы).

Другой вид скальных пород метаморфические (кристаллические сланцы, гнейсы, кварциты, филлиты и др.), которые по своим свойствам близки к изверженным, но некоторые из них, например сланцы с их тонкой слоистостью, обладают сниженным сопротивлением скалыванию (сдвигу). Вообще же метаморфические породы отличаются разнообразием строительных свойств (иногда они по своему качеству близки к тем осадочным породам, из которых произошли, например, к глинам, мергелям, известнякам).

Третий вид скальных пород осадочные (крепкие известняки, доломиты, кремнистые песчаники). Эти породы различны по своим свойствам; например, кремнистые песчаники обладают прочностью на сжатие 100230 МПа, а известняки и доломиты (породы органогенные) от 140 до 3050 МПа и ниже. Эти породы обычно слоистые, сильно трещиноваты, часто имеют глинистые и сланцевые прослойки, с низким сопротивлением сдвигу вдоль слоев.

Особо надо отметить такую группу пород, как гипсы, ангидриды, каменная соль, которые менее прочны, чем известняки и песчаники, и отличаются малой водостойкостью, легко растворяются в воде. При сильной трещнноватостн они опасны в качестве оснований подпорных гидротехнических сооружений; их можно использовать лишь при проведении особых мероприятий по обеспечению прочности. Эти породы иногда приходится относить не к скальным, а к полу скал ьным породам.

Полускальные (или слабые скальные) основания отличаются от скальных меньшей прочностью, значительной деформативностью (сжимаемостью) и пониженным сопротивлением сдвигу. В этих основаниях преобладают различные глинистые отложения, начиная от сильно уплотненных глин (аргиллиты), суглинков (алевролиты) и кремнистых глин до опок и мергелей включительно. Предел прочности при сжатии этих пород «в куске» колеблется от 1,0 до 5,0 МПа, в отдельных случаях (опоки, мергели) до 2030 МПа, а