Вода – это источник жизни. Но несмотря на то что испокон веков поселенцы селились возле рек и озер, они не переставали опасаться силы потока. Наводнения, половодья, изменения русла и другие природные напасти могут за один раз изменить всю привычную жизнь. Чтобы «одомашнить» воду необходимо строить плотины и другие заградительные конструкции. В этой статье мы расскажем про гидротехнические сооружения – что это такое и что относится к таким объектам.
Для чего устанавливают гидросооружения
Ответить на этот вопрос поможет СП 58.13330.2012 и СНиП 33-01-2003 – это основные документы, которые регламентируют все проектные и строительные работы. В разделе «Термины» свода правил есть указание на то, что такое водные конструкции. Они могут принадлежать к разным группам, в зависимости от чего будут помогать исполнять одну из следующих целей:
- Охрана водных ресурсов от негативного воздействия людей и их жизнедеятельности.
- Предотвращение влияния загрязненных вод на окружающую среду.
- Защита от разрушений берегов.
- Хранение жидких отходов после производства или сельского хозяйства.
- Для причаливания судов и купания населения.
- Сообщение с производством – подача воды из водоема и сброс использованной жидкости.
Таких целей множество. Фактически любое сооружение, которое находится частично или полностью на водном ресурсе естественного или искусственного заглубления, считается гидросооружением. Чаще всего, когда используется, например, речная вода на производстве, то комплексы мер и задач не сходятся на одной, производственной. Также обязательными являются охранительные функции гидротехники, которые компенсируют вред, нанесенный водоему.
Из-за обилия конструкций, которые можно отнести к этой категории, трудно дать четкую классификацию всех построек. Мы выделим основные черты, а затем приведем примеры проектов гидротехнических сооружений.
Проектирование построек невозможно без качественного софта. Компания «ЗВСОФТ» предлагает многофункциональный САПР ZWCAD. Его возможности также можно расширить, если установить модули – ИНЖКАД и Geonium. Эти программные продукты позволяют автоматизировать процесс создания проекта и сопутствующей документации.
Временная и постоянная гидротехника
Среди тех гидросооружений, которые работают круглосуточно, выделяют основные и второстепенные объекты. К первым относятся все конструкции, поломка которых повлечет за собой сбой работы крупных предприятий. Это может быть привязка водопровода, оросительной системы, перекрытие судоходной реки без такого рода дамб, и прочее.
Второй сорт построек обычно не влияет на производство или иной процесс, а только его регулируют. Однако из-за поломки не произойдет полной остановки работы.
Кроме перечисленных, есть временные гидроузлы. Это техника, которая устанавливается на определенный период, например, на время проведения ремонтных работ на основном гидросооружении.
Разновидности гидротехнических сооружений в зависимости от взаимодействия с водным ресурсом
Большинство конструкций представляет собой преграду, которая делает уровень между двумя водными потоками различным. Перепад обеспечивает силу напора, а участок между двумя дамбами может использоваться как водохранилище. Рассмотрим классификацию по признаку обращения с рекой.
Водоподпорные
Такие заграждения выстраиваются наперекор руслу. Они предназначены для того, чтобы перегородить течение, за счет чего добиться искусственного перепада уровней. Это несоответствие объему воды и нормальному течению приводит к появлению напора. Таким механизмом пользуются станции, которые используют гидротехническое сооружение как объект энергетики. Сила воды в напоре преобразуется в энергию.
Еще одна функция водоподпорной конструкции – создавать искусственные затоны, водохранилища. Нижним и верхним бьефом называются две точки с максимальной разницей в уровнях. Такие постройки обеспечивают контроль за климатическими изменениями, которые могут нарушить инфраструктуру целого города, если произойдет затопление. Поэтому такие дамбы считаются самыми опасными в случае неправильного проектирования или строительства, дальнейшего обслуживания.
Они же являются самыми необходимыми. Такая искусственная преграда дает возможность строить дома вдоль русла реки, не опасаясь наводнений и прочих напастей.
Водозаборные
Из названия уже понятно, что функция таких конструкций – руководить потоком. Не только забирать кубометры воды, но и перемещать их по определенным территориям, запуская в шлюзы и отводя от определенного русла. Такая система используется в судоходстве, когда нужно поставить на мель или, напротив, вывести из порта загруженное судно.
Небольшие водозаборы регулируют и выводят излишки жидкости из водохранилищ и других искусственных водных систем. Это небольшие клапаны, которые имеют отверстия в ниже располагающиеся стоки.
Кроме того, основное назначение водозаборных гидросооружений – поставлять необходимые объемы прохладной речной влаги на заводы и крупные предприятия. Кубометры необходимы для охлаждения, фильтрации или иных функций. Ряд производств производит вторичную фильтрацию и выводит жидкость обратно в водоканал. Для иных целей требуется только расход, например, для орошения. Полив крупных сельскохозяйственных угодий требует больших запасов воды. Вместе с тем осуществляется еще одна функция – очистка от льдов, мусора и иных примесей. На таких заборных пунктах устанавливается более крупная или мелкая фильтрация, которая убирает ненужные элементы.
Водозабор может осуществляться:
- с поверхности реки или озера – это легко в проектировании гидросооружения, но часто бывает неэффективно из-за поверхностных загрязнений, которые требуют более тщательной очистки;
- с глубины – уровень забора проходит значительно ниже поверхности, это труднее в строительстве, но это снимает необходимость строить защиту от наледи, а также гарантирует, что подача влаги будет осуществляться даже в засушливые периоды, когда уровень воды сильно падает;
- со дна – это самый устойчивый и монументальный вариант, который долго прослужит, но его особенность в мощности конструкции (сопротивление давлению водной массы) и глубокой фильтрации от ила; а также становится более затруднительным проводить ремонтные работы и техническое обслуживание.
Крупные предприятия чаще всего делают разноуровневый водозабор. Так трубы с насосами устанавливаются на разных расстояниях, что дает постоянный напор.
По способу забора также есть различные конфигурации систем:
- Береговые. Они монтируются на крутом, обрывистом берегу с выносом передней стенки на землю. Крупные, массивные железобетонные полукольца делают обрыв пригодным для эксплуатации. Из бетонной стены выходят на определенном уровне трубы, которые предназначены для откачки жидкости.
- Русловые. Это также системы, которые находятся на берегу реки, но в отличие от предыдущих они менее монументальные и затратные, не требуют таких крупных сооружений. Они располагаются на пологих берегах, а оголовок выносится в русло.
- Плавучие. Такие островки находятся на баржах. На них вмонтированы насосы, они качают воду с поверхности и отправляют ее по трубопроводу на берег.
- Ковшовые. В такой конструкции есть ковш, то есть крупный резервуар на большое количество литров, который опускается и поднимается. При этом переливается влага.
Все их можно совмещать с насосным оборудованием, подводить к ним водопроводы.
Регуляционные или выправительные конструкции
Их предназначают для искусственного вмешательства в направление течения реки, то есть они меняют русло. Строения называют струенаправляющими. Они возводятся в несколько этапов – регулируются берега, ширина реки, затем, при необходимости, глубина. Этого можно достичь путем выстилания дна на определенном участке. Ограничители и струенаправители формируют поток и его скорость в уже подготовленных рамках. Так поддерживается оптимальный уровень фарватера, водоем не выходит из своего места, а ближайшее производство может воспользоваться водным ресурсом.
Для строительства водозаборных конструкций или дамб, которые обеспечивают направленный поток высокой мощности, иногда требуется правильно подвести русло. Для этого по предыдущей схеме обустраиваются берега и дно.
По мощности различают регуляционные конструкции двух типов:
- постоянные – многоярусные установки по полному выправлению русла, кривизны и скорости потока;
- временные – более легкие устройства, которые скорее помогают реке найти более оптимальный изгиб, чем меняют ее.
Первые состоят из крупных дамб, плотин, запруд, валов. В случае необходимости могут также подключить насосную станцию. Такой комплексный подход практически полностью дает взять контроль над стихией в человеческие руки.
Вторые же – это легкие насыпи, укрепления берегов. Такие меры скорее предохраняют от неправильного течения, немного изменяют направление.
Оросительные системы
Среди водозаборных отдельно стоят конструкции ирригационные. Расчет гидротехнического сооружения по орошению определенных участков делается еще на период решения о расположении водоема, так как для этих целей часто искусственно выкапываются пруды, а также делаются запруды из русла ближайшей реки. Если гидросооружение располагается на естественном водном ресурсе, то различают два типа:
- бесплотинные – когда для отвода воды выбирается оптимальный изгиб, чтобы течение не мутило жидкость;
- плотинные – строится специальная дамба, которая направляет русло и перекрывает его, образуя напор.
Водопропускные системы
Это конструкции, которые освобождают замкнутые водохранилища от излишков дождевых осадков. Когда их становится слишком много, то жидкость перетекает через гребень линейного сооружения. При достижении более обширного спектра целей могут быть налажены автоматизированные процессы – открытие и закрытие клапана водосброса.
ГТС специального назначения
Среди них:
- рыболовные;
- гидроэнергетические;
- судоходные;
- мелиоративные;
- отстойники для жидких отходов.
Общие нормы и основные положения проектирования и строительства гидротехнических сооружений (ГТС)
Все требования представлены в документах:
- СП 58.13330.2012;
- СНиП 33-01-2003.
Они обеспечивают безопасность и техническое регулирование построек. Основаниями являются законопроекты N 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений», N 184-ФЗ «О техническом регулировании» и N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Также ссылки осуществляются на правила и ГОСТы по строительству:
- СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах»;
- СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»;
- СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы»;
- СНиП 2.06.07-87 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения»;
- СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территорий от затопления и подтопления»;
- ГОСТ 19185-73 «Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения»;
- ГОСТ 26775-97 «Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях» и другие.
Основные положения проектирования ГТС
При составлении проекта нужно учитывать:
- схему градостроительства и инженерной застройки;
- технические показатели сооружения в зависимости от назначения;
- результаты проектных изысканий: геологических, экологических, сейсмических, гидрологических, метеорологических и других;
- возможность проведения тех или иных методов работ, строительства в определенных условиях;
- влияние на окружающую среду и население, уровень загрязнения вод и прочее;
- интенсивность эксплуатации;
- материалы для строительства – железобетон, трубы и пр.;
- необходимость использования насосного оборудования, а значит, подведение электричества.
Так как количество разновидностей ГТС очень большое, то нельзя выделить типовой проект и привести условия его разработки. Все проектные решения будут применяться в зависимости от задач, целей и назначения.
Программное обеспечение от «ЗВСОФТ» для проектирования гидротехнических сооружений
ZWSOFT предлагает многочисленные программы для конструирования и трехмерного моделирования. Представим достоинства основного ПО – ZWCAD 2018 Professional:
- Удобный русскоязычный интерфейс понятен как профессионалам, так и любителям. Пользователь может воспользоваться софтом как для проектирования сложных многослойных проектов, так и для создания небольшой плотины на частном пруду.
- Поддержка трехмерного пространства. Модель в 3D необходима для крупного строительного объекта.
- Открытие (импорт\ экспорт) большинства графических и инженерных форматов.
Для расширения функций ZWCAD Professional на его основу можно установить модули:
- ИНЖКАД – помогает в прокладке трубопровода, позволяет учитывать на чертеже все пересечения, колодцы и сечения труб.
- Geonium – автоматизирует изыскательные работы, в том числе гидрологические при вертикальной планировке на стадии генерального плана. Помогает создавать схемы и проектную документацию в соответствии с нормативами.
Проектируйте легче и быстрее вместе с многофункциональными программами от «ЗВСОФТ».
