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 F d d’,  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
К 75%	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.

Q 75% = 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).

По способу производства работ земляные плотины делятся на насыпные, полунамывные и намывные. В большинстве случаев на водохозяйственных объектах строят низконапорные земляные плотины высотой до 10 м из однородных и разнородных грунтов.

Основные требования, предъявляемые при проектировании и строительстве низконапорных земляных плотин.

1. Размеры тела плотины выбираются с таким расчетом, чтобы фильтрация воды через тело плотины не вызывала суффозии*. Примечание: Суффозии - оседание тела плотины в результате вымывания частиц грунта.

2. Профильтровавшаяся через плотину вода должна собираться и отводится  в  нижний  бьеф  специальными  дренажными устройствами.

3.   Нельзя допускать перелива воды через гребень, поэтому водосбросные  сооружения должны  быть  рассчитаны на максимальный пропуск паводковых вод.

4. Сопряжение тела плотины с основанием, берегами и бетонными сооружениями должно быть плотным и надежным.

5. Откосы  плотины  должны  быть  устойчивыми,  хорошо защищенными от размывания и механических повреждений.

6. Гребень плотины должен быть укреплен в соответствии с классом дороги, которая будет по нему проходить.

7. Грунты для плотины должны быть определенного качества и хорошо уплотнены.

8. Грунты в основании плотины должны быть всесторонне изучены.

9. При проектировании плотины руководствуются правилами, изложенными в СНиП 115373 "Плотины из грунтовых материалов.

Основные элементы земляных плотин.

Земляная плотина представляет собой трапецию ограниченную сверху гребнем, с боков откосами, снизу подошвой. При проектировании земляных плотин устанавливают размеры основных элементов насыпи, заложение и крепление откосов, сопряжение с основанием и берегами и тип дренажа.

Ширина гребня назначается исходя из условий эксплуатации сооружения. При отсутствии специальных дорог минимальная ширина Зм, а если устраивают по гребню плотины автомобильную дорогу, в соответствии с нормами, назначают 6-8 м. Полная высоты плотины определяется как суммарная величина напора плотины (Н) и сухого запаса. На практике сухой запас назначают 1,5-2 м. Напор плотины разность отметок верхнего и нижнего бьефа. Откосы земляных плотин делают различными. Верховой (мокрый откос) более пологий, низовой откос более крутой. Заложение откосов назначают из условий устойчивости грунтов.

VI. Гидравлический расчет открытого паводкового водосброса.

Паводковые водосбросные сооружения строят в глухих плотинах нагульных (русловых) и головных прудов. Водосбросные сооружения (водосбросы) служат для сброса излишка паводковых вод из головного пруда или водохранилища в нижний бьеф. При помощи таких сооружений регулируют уровень воды в головном пруду, в котором вода должна находится на определенной расчетной отметке.

Через водосбросные сооружения сбрасывают излишки весенних и летне-осенних паводковых вод и воду из головного пруда в нижний бьеф.

Паводковые водосбросные сооружения проектируют двух основных типов: автоматические и управляемые с затворами. Тип водосброса и место расположения его в головном гидротехническом узле выбирают в зависимости от величины пропускаемого расхода, топографических и геологических условий и наличия местных строительных материалов.

При проектировании и строительстве паводковых водосбросов широко используют типовые проекты. Паводковые водосбросы проектируют, руководствуясь гл. 50 Сни П П-50-74.

Конструкции автоматических и управляемых водосбросов различаются тем, что у автоматических водосбросов порог (дно) сооружения располагается на отметке НПУ, при повышении уровня воды над этой отметкой вода автоматически сбрасывается из верхнего в нижний бьеф; у управляемых водосбросов порог сооружения располагается ниже отметки НПУ (вплоть до дна), и отверстие этого сооружения перекрывается затворами, при помощи которых и регулируется уровень воды в водохранилище.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ ВОДЫ.

Гидравлическим расчетом водосбросных сооружений определяются размеры отверстий сооружений, которые должны обеспечивать пропуск максимальных расходов воды.

Расчет отверстий водосбросных сооружений производится на основании величин вероятных наибольших расходов воды в период снегового половодья и дождевых паводков.

Величины максимальных расходов воды талых вод необходимы гидротехникам при проектировании плотин и водосбросных сооружений.

Расчет максимальных расходов воды можно вести по данным гидрометрических наблюдений.

Опах-37,5

НПУ=25м

ПВС=22 м

Уровень нижнего бьефа равен 23 м

Периметр живого сечения перед водосбросом -у = 30 м2

Количество стоек т1 = 2

Ширина стоек С = 0,2м

Коэффициент скорости (р = 0,936 у плавного входа и (р = 0,9 - неплавный вход;

Коэффициент расхода для плавного ц = 0,35, неплавный ^ = 0,32;

Гидравлический расчет водосбросного сооружения производят исходя из условий работы прямоугольного водослива с широким порогом в котором водослив может быть затопленный и незатопленный.

Порядок расчета:

1. Определяем напор на пороге водослива.

Н= Зм Н=НПУ

2. Определяем скорость течения воды на подходе к водосливу.

Уо = О =37.5 =1,25 м/с

уу    30 где 0 расход м^с расчетный расход,

Уо = 1,25 м/с

3. Определяем действующий напор.

Но=Н+У!= Цб = 0,08+3 = 3,08 м

2§ 2-9,8

4. Определяем глубину воды под напором водослива в нижнем бьефе. п=1м

5. Условия работы водослива.

Ь= -1=0,32