Использование водных ресурсов всегда было одним из базовых условий поддержания жизнедеятельности человека. Потребность в них обуславливается не только питьевыми нуждами, но и хозяйственными, а в наши дни все чаще и промышленными задачами. Регуляция использования источников воды обеспечивается гидротехническими сооружениями, которые имеют разные формы и функциональное наполнение.

Общие сведения о гидротехнике

В общем смысле гидротехнический объект можно представить как любое функциональное сооружение или конструкцию, которая так или иначе взаимодействует с водой. Это могут быть не только рукотворные инженерные системы, но и естественные регуляторы, изначально созданные природой, но в дальнейшем эксплуатируемые людьми. Какие же задачи выполняют современные объекты гидротехнических сооружений? Основные из них можно представить так:

• Сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов. Как правило, это объекты с водоснабжающими коммуникациями и оборудованием.
• Водоохранные сооружения. Комплексы, в инфраструктуре которых может выполняться несколько задач. Наиболее распространены для подобных объектов ограничения по использованию и влиянию на гидрологическую среду с целью предотвращения вредного воздействия на нее.
• Промышленные сооружения. Инженерные системы, в которых циркуляция воды может использоваться как источник энергии.

Разумеется, это лишь часть функций, которые выполняет гидротехника. Редко бывает, когда на подобные сооружения возлагается одна или две задачи. Обычно крупные комплексы поддерживают сразу несколько рабочих процессов, среди которых природоохранные, защитные, регулирующие и т. д.

Основные и второстепенные сооружения гидротехники

Для начала стоит определить базовую классификацию, в которой существуют постоянные виды гидротехнических сооружений, и временные. Согласно нормативам, к первой группе относятся основные и второстепенные объекты. Что касается основных сооружений, то под ними понимается техническая инфраструктура, разрушение или повреждение которой может привести к прекращению нормального функционирования обслуживаемого с помощью гидроресурсов хозяйства. Это может быть остановка водоснабжения системы орошения, прекращение работы электростанций, сокращение судоходства и т. д. Важно учитывать, что энергия гидрологических турбин может обслуживать целые предприятия (морские, судоремонтные, отопительные). Соответственно, остановка подачи воды нарушит работоспособность подобных объектов.

К категории второстепенных сооружений относят гидротехнику, разрушение или повреждение которой не повлечет вышеперечисленных последствий. Например, если основные гидротехнические сооружения снабжают предприятия производственными ресурсами, то второстепенные могут участвовать в регуляции этого процесса, не оказывая значительного влияния на результат.

Также стоит упомянуть особенности временных сооружений, которые используются в периоды проведения ремонтных мероприятий. Если на том же основном водоснабжающем объекте произошла разгерметизация, к примеру, то обслуживающая бригада с проектировщиком должна будет создать технические условия для устранения проблемы. Решением этой задачи может стать организация работы временного гидроузла.

Классификация по способу взаимодействия с ресурсом

Одну и ту же задачу можно выполнять разными способами. Как уже отмечалось, один комплекс способен поддерживать несколько функциональных процессов, но принципиально различают именно условия взаимодействия с водоемом или водостоком и, соответственно, характер выполнения той или иной функции. По этим признакам выделяют следующие сооружения:

• Водоподпорные. Предназначены для перегораживания водотока, ограждения водохранилища или пруда за счет принятия напора воды. При оценке водотока отмечают уровень выше водонодпорной станции (верхний бьеф), и ниже - нижний бьеф. Разницу между этими уровнями называют напором на гидрологическом сооружении.
• Многофункциональные мелиоративные станции. Это могут быть водовыпуски, шлюзы, дамбы и водоотделители. Внутри данной группы также предусматривается классификация гидротехнических сооружений, в соответствии с которой различают сопрягающие и преграждающие комплексы.
• Водопроводящие. Обычно сетевая инфраструктура, формируемая каналами, туннелями, трубопроводами, лотками для проведения воды. Задача у них простая - доставка ресурса от точки сбора к накопителю или конечному месту использования воды.
• Водозаборные. Собирают ресурс из тех же накопителей для транспортировки к потребителям.
• Водосбросные. В отличие от заборных сооружений такие станции лишь убирают излишки воды. К этим объектам относятся глубинные водосбросы, сливные каналы, водоспуски и пр.
• Регуляционные. Контролируют взаимодействие потока с руслом, не допуская выход воды за пределы ограждения, размывы и отложения.

Опасные гидротехнические объекты

К данной группе сооружений могут относиться представители всех гидротехнических объектов независимо от назначения. Опасной станция может быть по причине высокого риска аварии, бесхозного состояния, нахождения в зоне риска из-за влияния сторонних факторов и т. д. Перечни с опасными объектами формируются специалистами МЧС и сотрудниками Росприроднадзора. По каждому региону производится комплексная ревизия с выявлением создающих угрозу объектов. Опасными гидротехнические сооружения признаются после выполнения следующих процедур:

• Идентифицируются и уточняются морфометрические характеристики объекта.
• Определяется техническое состояние сооружения и степень его безопасности.
• Определяется потенциальный размер вреда, который может иметь место в случае развития аварии (например, после разрушения тела плотины).
• Производится зонирование местности вокруг объекта с площадью, которая будет зависеть от степени риска и угрозы от конкретного сооружения.

После признания объекта опасным организуется его наблюдение, а также составляется график проведения обслуживающих, технико-ремонтных и восстановительных работ, направленных на устранение или минимизацию угрозы.

Общие и специальные гидротехнические объекты

Под общими сооружениями понимается большинство объектов гидротехники, относящейся к регуляционным, водопроводящим, водозаборным и водосбросным станциям. Их объединяет единый принцип выполнения своих функций, который технологически можно накладывать на разные условия эксплуатации.

В свою очередь, специальные объекты гидротехники рассчитываются на использование в узких областях, где необходимо учитывать специфику применения оборудования. Это касается проектировочных нюансов, требований к строительству, а также непосредственной эксплуатации гидротехнических сооружений. Примеры такого рода объектов хорошо демонстрирует инфраструктура водного транспорта:

• Судоходные шлюзы.
• Сооружения для обслуживания морской техники.
• Плотоходы и причалы.
• Лесоспуски.
• Судоподъемники.
• Эллинги.
• Доки.
• Волноломы и пр.

В рыбном хозяйстве применяются рыбоводные пруды, рыбоподъемники и рыбоходы. В социально-развлекательной инфраструктуре это могут быть аквапарки с бассейнами и аквариумами. В каждом случае и обслуживающие мероприятия будут иметь свою специфику, которая учитывается еще на этапе разработки проекта. Впрочем, техническое задание для строительства гидротехники стоит рассмотреть отдельно.

Проектирование гидротехнических объектов

В состав проектной документации входят технические расчеты конструкций, характеристики применяемого оборудования, а также результаты натурных наблюдений за условиями эксплуатации будущего сооружения для своевременного выявления неблагоприятных процессов и появления возможных дефектов. Должна всесторонне и комплексно оцениваться окружающая обстановка, чтобы изначально предусмотреть и, возможно, предотвратить угрозы аварий.

В частности, проект для гидротехнического сооружения включает следующие данные:

• Список диагностических и управляемых показателей объекта и его основы, в том числе критерии безопасности.
• Список управляемых воздействий и нагрузок на конструкции со стороны окружающей среды.
• Состав визуальных и инструментальных наблюдений.
• Результаты и условия работы контрольно-измерительной аппаратуры.
• Технико-конструкционные решения и структурную схему состояния элементов объекта, а также сведения с прогнозированием поведения сооружения при взаимодействии с техногенными и природными факторами.

Отдельное внимание уделяется именно критериям безопасности, исходя из которых также принимаются решения об использовании оборудования с определенными характеристиками. Кроме того, основные виды гидротехнических сооружений для постоянной эксплуатации дополняются проектами аварийных действий. В этой документации, в частности, описываются мероприятиям, направленные на предотвращения чрезвычайных ситуаций.

Требования к обеспечению безопасности

С момента проектной разработки и на протяжении всего периода эксплуатации безопасность гидротехнического объекта обеспечивается на основе требований соответствующей декларации. Это основной документ, в котором указываются риски, угрозы и эксплуатационные нюансы, которые должны учитываться обслуживающим персоналом. К основным требованиям безопасности гидротехнических сооружений можно отнести следующие:

• Поддержание допустимой степени рисков аварий.
• Регулярная диагностика конструкций и оборудования с последующими корректировками в декларации безопасности.
• Обеспечение непрерывности эксплуатации объекта.
• Поддержание мер по организации средств защиты и технического контроля сооружений.
• Мониторинг потенциально возможных угроз для объекта.

Строительство гидротехнических сооружений

В первую очередь определяются средства производства строительных работ. Принципиальным является вопрос о степени механизации процесса, так как в большинстве случаев реализация проектов гидротехнических станций происходит при поддержке спецтехники. На первых же этапах строительства выполняются земляные работы с бульдозерами, самосвалами, погрузчиками и экскаваторами, которые позволяют быстро обустроить траншеи, ямы, скважины и просто расчистить рабочую площадку.

В некоторых случаях производится уплотнение грунта. Например, при создании водоемов с грунтовой чашей. Подобные операции выполняются послойно на расчищенном грунте с помощью специальных катков. На небольших площадках могут использоваться дизельные или бензиновые трамбовщики. Впрочем, специалисты все же рекомендуют отказываться от ручного инструмента в пользу механики. Рекомендация связана даже не столько с ускорением темпов рабочего процесса, сколько с качеством результата. И особенно это касается строительства гидротехнических сооружений на основном этапе возведения конструкции. Бетонные работы требуют выполнения качественного армирования с обвязкой, применением инструктивных материалов и добавлением водостойких пластификаторов.

На заключительном этапе производится инженерное обустройство сооружения. Устанавливаются функциональные агрегаты, технические приспособления и прокладываются коммуникации. Если речь идет об автономной станции, то задействуются энергонезависимые генераторы, для которых также потребуются соответствующие условия содержания в инфраструктуре комплекса.

Эксплуатация гидротехники

Основная деятельность обслуживающего персонала связана с поддержанием оптимального уровня технического состояния сооружения, а также с контролем его основных функций. Что касается первой эксплуатационной части, то она сводится к задачам обновления расходных материалов, диагностикой оборудования, коммуникаций и т. д. В частности, операторы проверяют техническое состояние энергоснабжающих сетей, агрегатов и целостность материалов конструкций. На случай выявления серьезных неполадок или повреждений правила эксплуатации гидротехнических сооружений требуют составления отдельного проекта по ремонтно-восстановительным мероприятиям с учетом имеющихся материальных резервов.

Вторая же часть эксплуатационных задач ориентируется на управляющие функции. Используя автоматику, средства связи и телемеханики уже другая команда операторов регулирует работу сооружения и его функциональных блоков, опираясь и на контрольные операции по нормативным параметрам с допустимыми нагрузками.

Реконструкция гидротехнических сооружений

Процессы устаревания конструкций и повышение требований к функциональному и силовому потенциалу объекта неизбежно приводят к необходимости модернизации. Как правило, основные рабочие модули и агрегаты подвергаются реконструкции без прекращения их работы. Впрочем, это будет зависеть от характера планируемых изменений. В каждом случае проводится обследование гидротехнических сооружений на предмет возможностей для реконструкции. Конечными целями может выступать повышение надежности основания объекта, увеличение пропускной способности, наращивание мощностей насосного оборудования и т. д. После этого реализуются конкретные операции, связанные с изменениями технико-эксплуатационных свойств сооружения. Достигаются поставленные задачи путем укрепления грунтов, замены стройматериалов и добавления новых конструкционных элементов.

Гидротехника и охрана окружающей среды

Еще на этапе проектирования вместе с декларацией безопасности составляется отчет о мероприятиях, которые в процессе эксплуатации должны будут привести к улучшению окружающей экологической обстановки. Изначально оценивается ситуация в условиях естественной природной среды, а в дальнейшем разработчики делают комплексную поправку на поддержание защиты природных объектов уже после реализации проекта. В частности, разрабатываются биотехнические мероприятия, направленные на защиту населения от аварий на гидротехнических сооружениях и создание условий по нейтрализации отрицательных эксплуатационных факторов.

Особое внимание уделяется влиянию строительных конструкций и оборудования на гидрологические ресурсы. Например, в водохранилищах подготавливаются специальные ложа для хранения или отведения жидких отходов. На каждом объекте также содержатся технические средства по ликвидации источников химических опасных или просто грязных веществ. Для постоянного мониторинга экологического фона инфраструктура гидротехнических сооружений дополняется измерительными приборами, которые фиксируют биологические и химические показатели водной и воздушной сред. К основным характеристикам такого рода можно отнести цветность, насыщенность кислородом, концентрацию определенных элементов, санитарные показатели и т. д.

Заключение

Высокая ответственность объектов гидрологического назначения обуславливается широтой сфер их применения и значимостью задач, которые они решают. Как правило, гидротехнические сооружения выступают лишь в качестве звена в рабочей цепочке крупных производственных и хозяйственных циклов. Но конечные цели, которые достигаются при поддержке таких объектов, могут быть крайне важными. Например, энергетика, мелиорация, транспорт, водоснабжение - лишь часть направлений, в которых задействуются водные ресурсы.

Гидротехническое сооружение – это инженерное или естественное сооружение для использования водных ресурсов или для борьбы с разрушительным действием воды. Гидротехнические сооружения бывают общие и специальные . Общие применяются почти при всех видах использования вод: водоподпорные, водопроводящие, регуляционные, водозаборные и водосбросные.

Водоподпорные гидротехнические сооружения создают напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним. К ним относятся: плотины и дамбы (или валы).

Плотины - важнейший и наиболее распространенный тип гидротехнических сооружений. Они перегораживают речные русла и создают разницу уровней по руслу реки. Перед плотиной вверх по водотоку накапливается вода и образуется искусственное или естественное водохранилище. Участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами называется бьефом. Верхним бьефом плотины является часть реки выше подпорного сооружения, а часть реки ниже подпорного сооружения называется нижним бьефом. Водохранилища могут быть долговременными или кратковременными. Долговременным искусственным водохранилищем является, например, водохранилище верхнего бьефа плотины гидроэлектростанции, оросительной системы. Долговременное естественное водохранилище может образоваться в результате перекрытия реки после такого чрезвычайного происшествия, как обвал твердых скальных пород. Кратковременные искусственные плотины создаются для временного изменения направления течения реки при строительстве ГЭС или др. гидротехнические сооружения. Кратковременные естественные плотины возникают в результате перекрытия реки рыхлым грунтом, снегом или льдом. Дамбы отгораживают прибрежную территорию и предотвращают ее затопление при паводках и половодье на реках, при приливах и штормах на морях и озерах.

Водопроводящие гидротехнические сооружения (водоводы) служат для переброски воды в заданные пункты: каналы, гидротехнические туннели, лотки, трубопроводы. Некоторые из них, например, каналы, из-за природных условий их расположения, необходимости пересечения путей сообщения и обеспечения безопасности эксплуатации требуют устройства др. гидротехнических сооружений, объединяемых в особую группу сооружений на каналах (акведуки, дюкеры, мосты, паромные переправы, ворота, водосбросы, шугосбросы и др.).

Регуляционные (выправительные) гидротехнические сооружения предназначены для изменения и улучшения естественных условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек от размывов, отложения наносов, воздействия льда и др. При регулировании рек используют запруды, струенаправляющие устройства (полузапруды, щиты, дамбы, ограждающие валы, траверсы, донные пороги и др.), берегоукрепительные сооружения, ледонаправляющие и ледозадерживающие сооружения.

Водозаборные (водоприемные) гидротехнические сооружения устраивают для забора воды из водоисточника и направления ее в водовод. Кроме обеспечения бесперебойного снабжения потребителей водой в нужном количестве и в требуемое время, они защищают водопроводящие сооружения от попадания льда, шуги, наносов и др. Водосбросные гидротехнические сооружения служат для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов и пр. Они могут быть русловыми и береговыми, поверхностными и глубинными, позволяющими частично или полностью опорожнять водоемы. Для регулирования количества выпускаемой (сбрасываемой) воды водосбросные сооружения снабжают гидротехническими затворами. При небольших сбросах воды применяют также водосбросы-автоматы, автоматически включающиеся при подъеме уровня верхнего бьефа выше заданного. К ним относятся открытые водосливы (без затворов), водосбросы с автоматическими затворами, сифонные водосбросы.

Специальное гидротехническое сооружение возводится для какой-либо одной отрасли водного хозяйства. Для водного транспорта: судоходный шлюз, судоподъемник, причал, плотоход, лесоспуск (бревноспуск), маяк и др. сооружения по обстановке судового хода, различные портовые сооружения (молы, волноломы, пирсы, причалы, доки, эллинги, слипы и др.). Для гидроэнергетики: здание ГЭС, напорный бассейн и др. Для гидромелиорации: оросительный или осушительный (магистральный или распределительный) канал, дренаж, шлюз-регулятор на оросительной и осушительной системе, коллектор и др. Для водоснабжения и канализации: каптаж, насосная станция, водонапорная башня и резервуар, пруд-охладитель и др. Для рыбного хозяйства: рыбоход, рыбоподъемник, рыбоводный пруд и др. Для социального устройства: бассейны, аквапарки, фонтаны. Указанные гидротехнические сооружения, наряду с их прямым назначением, используются для:

• защиты от наводнений и разрушений берегов водохранилищ, берегов и дна русел рек;
• ограждения хранилища жидких промышленных отходов (добывающих, металлургических, энергетических) и сельскохозяйственных предприятий;
• предохранения от размывов на каналах;
• предотвращения вредного воздействия вод и жидких отходов.

В ряде случаев общие и специальные гидротехнические сооружения совмещают в одном комплексе, например, водосброс и здание гидроэлектростанции (так называемая совмещенная ГЭС) или другие сооружения для выполнения нескольких функций одновременно. При осуществлении водохозяйственных мероприятий гидротехнические сооружения, объединенные общей целью и располагаемые в одном месте, составляют комплексы, называемые узлами гидротехнических сооружений или гидроузлами . Несколько гидроузлов образуют водохозяйственные системы, например, энергетические, транспортные, ирригационные и т.п. В зависимости от места расположения гидротехнические сооружения могут быть морскими, речными, озерными, прудовыми. Различают также наземные и подземные гидротехнические сооружения.

Для анализа потенциальной опасности и капитальности гидротехнические сооружения как объекты гидротехнического строительства они делятся на 5 классов. К 1-му классу относятся основные постоянные гидроэлектрические станции мощностью более 1 млн. кВт. Ко 2-му - сооружения ГЭС мощностью 301 тыс. - 1 млн. кВт, сооружения на сверхмагистральных внутренних водных путях (например, на Волге, Волго-Донском канале и др.) и сооружения речных портов с навигационным грузооборотом более 3 млн. условных тонн. К 3-му и 4-му классам - сооружения ГЭС мощностью 300 тыс. кВт и менее, сооружения на магистральных внутренних водных путях и путях местного значения, сооружения речных портов с грузооборотом 3 млн. условных т и менее. К 5-му классу относятся временные гидротехнические сооружения. Аварии на гидротехнических сооружениях многообразны. Наиболее опасные из них - гидродинамические аварии.

При разработке мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях в зависимости от класса их опасности в проектах назначают степень их надежности, т.е. запасы прочности и устойчивости, расчетные максимальные расходы воды, характеристики и качество стройматериалов и т.п. Кроме того, по классу опасности определяется объем и состав изыскательских, проектных, исследовательских и диагностических работ. Характерные особенности гидротехнических сооружений связаны с воздействием на него водного потока, льда, наносов и других факторов. Это воздействие может быть механическим (статические и гидродинамические нагрузки, суффозия грунтов и др.), физико-химическим (истирание поверхностей, коррозия металлов, выщелачивание бетона), биологическим (гниение деревянных конструкций, истачивание дерева живыми организмами и пр.). Условия возведения гидротехнических сооружений осложняются необходимостью пропуска через сооружения в период их постройки (обычно в течение нескольких лет) так называемых строительных расходов реки, льда, сплавляемого леса, судов и пр. Влияние гидротехнических сооружений, особенно водоподпорных, распространяется на обширную территорию, в пределах которой происходит затопление отдельных земельных площадей, подъем уровня грунтовых вод, обрушение берегов и т.п. Поэтому строительство таких сооружений требует высокого качества работ и обеспечения большой надежности и безопасности конструкций, т.к. аварии на гидротехнических сооружениях вызывают тяжелые последствия - человеческие жертвы и потери материальных ценностей.

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня в нашем мире практически нет ничего невозможного: выстроить гигантский небоскреб - пожалуйста, опуститься на сотни метров под воду - не вопрос. Инженерная мысль и технический прогресс идут гигантскими шагами. Еще в середине прошлого века повернуть реки вспять было необыкновенным решением. Чего уж говорить: на каждом уважающем себя садовом участке или даче все так и норовят сделать свой пруд или «свой», домашний водопад. Всеми этими высокотехнологичными промышленными сооружениями и домашними водяными причудами занимаются специалисты по гидротехническому строительству. Только у каждого масштаб свой: кому ГЭС установить на сибирской реке - обычный вопрос ближайшего десятилетия, а кому - берег реки в городской черте облагородить и сохранить надо.

КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Гидротехническое сооружение - это сооружение, которое используется для водных ресурсов, а также для борьбы с вредным воздействием вод. Примеров таких сооружений - море (и в прямом и в переносном смысле...). Есть очень известные: дамбы рек, причалы, гидроэлектростанции, каналы, порты. Есть и очень специализированные: гидромелиоративные системы (применяются в сельском хозяйстве), судоходные сооружения (речное и морское пароходство), водоводы и отстойники, и многое, многое другое. Одни строятся исходя из принципов развития той или иной отрасли хозяйства, другие - защищают людей от водной стихии.

В зависимости от местоположения, гидротехнические сооружения могут быть морскими, речными, озерными, прудовыми. Различают также наземные и подземные гидротехнические сооружения. В соответствии с обслуживаемыми отраслями водного хозяйства, гидротехнические сооружения бывают: водноэнергетические, мелиоративные, воднотранспортные, лесосплавные, рыбохозяйственные, для водоснабжения и канализации, для использования водных недр, для благоустройства городов, спортивных, эстетических целей.

Различают гидротехнические сооружения - общие, применяемые почти для всех видов использования вод, и - специальные, возводимые для какой-либо одной отрасли водного хозяйства. К общим относятся:

Водоподпорные. Создают напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним. Самые известные примеры: плотины (важнейший и наиболее распространённый тип гидротехнического сооружения), перегораживающие речные русла, и речные долины, поднимающие уровень воды, накапливаемой в верхнем бьефе; дамбы (или валы), отгораживающие прибрежную территорию и предотвращающие её затопление при паводках и половодье на реках, при приливах и штормах на морях и озёрах;

Водопроводящие. Служат для переброски воды в заданные пункты: каналы, гидротехнические туннели, лотки, трубопроводы. Некоторые из них, например каналы, из-за природных условий их расположения, необходимости пересечения путей сообщения и обеспечения безопасности эксплуатации, требуют устройства других гидротехнических сооружений, объединяемых в особую группу сооружений на каналах (акведуки, дюкеры, мосты, паромные переправы, заградит, ворота, водосбросы, шугосбросы и др.);

Регуляционные. Предназначены для изменения и улучшения естественных условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек от размывов, отложения наносов, воздействия льда и др. При регулировании рек используют струенаправляющие устройства (полузапруды, щиты, дамбы и др.), берегоукрепительные сооружения, ледонаправляющие и ледозадерживающие сооружения;

Водозаборные (водоприёмные) сооружения. Их устраивают для забора воды из водоисточника и направления её в водовод. Кроме обеспечения бесперебойного снабжения потребителей водой в нужном количестве и в требуемое время, они защищают водопроводящие сооружения от попадания льда, шуги, наносов и др.;

Водосбросные. Служат для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов. Они могут быть русловыми и береговыми, поверхностными и глубинными, позволяющими частично или полностью опорожнять водоёмы. Для регулирования количества выпускаемой (сбрасываемой) воды водосбросные сооружения снабжают гидротехническими затворами. При небольших сбросах воды применяют также водосбросы-автоматы, автоматически включающиеся при подъёме уровня верхнего бьефа выше заданного. К ним относятся открытые водосливы (без затворов), водосбросы с автоматическими затворами, сифонные водосбросы.

Специальные гидротехнические сооружения:

Сооружения для использования водной энергии здания гидроэлектрических станций, напорные бассейны и др.;

Сооружения водного транспорта - судоходные шлюзы, судоподъёмники, маяки, и др.;

Сооружения по обстановке судового хода - плотоходы, бревноспуски и пр.;

Портовые сооружения - молы, волноломы, пирсы, причалы, доки, эллинги, слипы и др.;

Мелиоративные - магистральные и распределительные каналы, шлюзы-регуляторы на оросительных и осушительных системах;

Рыбохозяйственные - рыбоходы, рыбоподъёмники, рыбоводные пруды и т.п.

В ряде случаев общие и специальные сооружения совмещают в одном комплексе, например водосброс и здание гидроэлектростанции (совмещенная ГЭС) или другие сооружения для выполнения нескольких функций одновременно. При осуществлении водохозяйственных действий, гидротехнические сооружения, объединённые общей целью и располагаемые в одном месте, составляют комплексы - узлы гидротехнических сооружений (гидроузлы). Несколько гидроузлов образуют водохозяйственные системы, например энергетические, транспортные, ирригационные и т.п.

В последнее время появилась третья группа гидротехнических сооружений. Пока их не много (и некоторыми это называется «блажь») - индивидуальное гидротехническое строительство. Это строительство частных «рек», «озер», «прудов» и «водопадов». То есть та же вода, только для настроения, для украшения, как эстетическое оформление водного ландшафта. В прайсах некоторых фирм уже давно появилась такая услуга - «экологическое гидротехническое строительство». Конечно, это в первую очередь касается экологического сохранения естественного русла реки (в городской черте, например), берегов озер и других водоемов вблизи дорог, набережные и т.д. Но ведь и милый искусственный пруд в саду - вопрос немаловажный. Это вмешательство в экосистему пусть небольшого, но кусочка природы. Поэтому-то строительством больших и малых гидротехнических сооружений должны заниматься высококвалифицированные специалисты.

гидротехнический сооружение строительство вода

Гидротехни́ческие сооруже́ния (ГТС) – вид инженерных сооружений, предназначенных для обеспечения разных видов пользования водами (водопользования) и/или для борьбы с вредными воздействиями вод посредством воздействия на режим и свойства природных водных объектов и содержащейся в них воды.

Первые гидротехнические сооружения

Строительство первых гидротехнических сооружений относится к эпохе IV и III тысячелетий до н. э., к эпохе цивилизации шумеров. Поселившись в Месопотамии, постепенно освоили ирригацию, мореплавание и судоходство по рекам и каналам . Были построены каналы Итурунгаль и И-нина-гена, Арахту, Апкаллату и Ме-Энлила, канал Зуби. Появление первых ирригационных систем относительно рано сформировало экономическую базу для возникновения в Двуречье разветвлённой системы хозяйственных отношений. Следствием сооружения каналов стало также строительство на их берегах новых городов, ставших экономическими, политическими и культурными центрами шумеров. Существует легенда, что разрушение Вавилона в VII в. до н. э. ассирийским царём Синахерибом было произведено с помощью специально созданного, а затем спущенного (путём разрушения плотины) водоёма на Евфрате.

В Европе первые водохранилища, насколько можно судить по имеющимся данным, появились ещё до нашей эры. Так, в Испании предположительно во II в. до н. э. на р. Альбаррегас была построена плотина Карнальбо с водохранилищем объёмом 10 млн м 3 (существует до сих пор). Вероятно, в эту эпоху водохранилища создавались в Греции, Италии, Южной Франции и других средиземноморских странах, однако конкретных сведений о них мы не имеем. Косвенно об этом можно судить, например, по сохранившимся остаткам гидротехнических сооружений в районе Рима. Подпорные сооружения возводились и в I тысячелетии н. э. в связи со строительством мельниц и для ирригации. В Галлии первые мельницы появились в III–IV вв.; так, вблизи г. Арля сохранились остатки комплекса из 16 мельниц. Широкий размах строительство мельничных плотин получило в VIII–IX и особенно в XII–XIII вв. Водоёмы, образованные мельничными плотинами, имели, конечно, небольшой объём и по современной классификации искусственных водоёмов их можно отнести большей частью к прудам . Более крупные водохранилища в Европе появились позднее, при развитии добычи руды, обработки металлов, лесопиления и т. д.

Значительные гидротехнические сооружения строились ацтеками, майя и инками в доколумбовой Америке. Несколько водоёмов для сбора талых вод существовало у подножья Анд, как, например, водохранилище в долине Непенья длиной 1,2 км и шириной 0,8 км. Много плотин для забора воды строилось народом майя; хорошо известно водохранилище у древнего города Тикаль. Для водоснабжения городов майя строили многочисленные открытые резервуары с противофильтрационным покрытием дна; некоторые из них сохранились до XIX в. Грандиозные по тем временам гидротехнические сооружения строили ацтеки, например дамбу Нецоуалькойотль длиной 16 км, которая разделила оз. Тескоко и образовала водохранилище Мехико. Испанские конкистадоры разрушили большинство древних гидротехнических сооружений ацтеков, инков, майя. Создававшиеся испанцами подобные сооружения по сложности и размерам часто уступали прежним. Всё же в этот период были построены некоторые большие водохранилища: Журурия объёмом 220 млн м 3 и площадью зеркала 96 км 2 (используется до сих пор) и Чалвири объёмом 3 млн м 3 для водоснабжения серебряных рудников в Потоси.

Россия богата водами, поэтому в древности надобности в гидротехнических сооружениях не ощущалось. Вместе с тем с Х–ХI вв. в городах сооружались водопроводные и канализационные системы. А поскольку реки использовались как пути сообщения, нередки были устройства каналов, спрямляющих излучины – под названием прость. Такие каналы, приобретшие за столетия вполне естественный облик, существуют в разных местах и поныне. Древнейшим гидротехническим проектом на Волге было расширение и углубление русла в районе озера Стерж (Волга представляет здесь собою маленький ручеёк) для обеспечения проводки судов в р. Полу и далее к Новгороду.

С глубокой древности широкое распространение получили гидросиловые установки – водяные мельницы. Они нередко приводили в действие не только мукомольные механизмы, но и лесопильные, металлургические и иные производства, всё равно сохраняя название мельниц («пильные мельницы» и др.). Устройство мельниц предполагало сооружение перегораживающей реку плотины, что на судоходных реках запрещалось (по Соборному Уложению 1649 г. – «чтобы по тем рекам судового ходу не переняти»), однако обилие малых рек, не пригодных для использования в качестве путей сообщения, открывало широкие возможности для использования их водной энергии. Водяных мельниц было в XVIII–XIX вв. очень много, они были настолько привычным атрибутом жизни и ландшафтов, что статистики и географы в своих описаниях их просто не замечали. Во второй половине XIX в. обмеление Волги стало угрожать России утратой её главного пути сообщения, «артерии земли Русской». И причиной обмеления определённо называли не только сведение лесов и распашку земель в её бассейне, но и уничтожение после реформ 1861 г. десятков тысяч мельничных прудов. Несмотря на это, в начале ХХ в. в бассейне Волги было 13326 гидросиловых установок, и по их суммарной мощности Россия, по данным ГОЭЛРО, занимала третье место в мире после США и Канады.

Крупномасштабное гидротехническое строительство началось при Петре I – для снабжения Петербурга хлебом с Волги была построена Вышневолоцкая судоходная система. В её состав входили каналы, плотины, судоходные шлюзы . С начала XIX в. вплоть до железнодорожного «бума» 1860–1880-х гг. строительство судоходных гидротехнических систем было чрезвычайно активным. Тогда Волга, в дополнение к Вышневолоцкой судоходной системе, получила ещё два соединения с Петербургом: Тихвинскую (1811) и Мариинскую (1810) системы (последняя с середины ХIХ в. приобрела доминирующее значение). Был построен канал имени герцога Александра Вюртембергского (ныне – Северо-Двинский канал), соединивший Волгу с Северной Двиной (1825–1829); закончена Северо-Екатерининская система (соединение Камы с Северной Двиной через р. Вычегду); возобновлено строительство начатого и брошенного Петром I в 1711 г. из-за потери Азова Ивановского канала (соединение Оки с Доном); строилось соединение Волги с Москвой по рекам Сестре и Истре и каналу между ними; построены соединения Днепра с Западной Двиной (Березинская система), Неманом (Огинская система) и Вислой (Днепро-Бугская система). Проектировались соединения Камы с Иртышом , Волги с Доном в районе Царицына, и т. д.

Поскольку и в грузоперевозках, и в заботах правительства Мариинская система (нынешний Волго-Балтийский канал) с середины XIX в. доминировала, за столетие её ремонтов и реконструкций несколькими поколениями инженеров были выработаны оптимальные типы деревянных гидротехнических сооружений – плотины и шлюзы «русского», или «мариинского» типа.

В XVIII–XIX вв. в России развивались торговые и военные порты на Балтике, Чёрном и Белом морях. В связи с эти были сооружены крупные оградительные и причальные сооружения.

Классификация ГТС

Согласно современной классификации гидротехнические сооружения можно разделить на следующие виды и типы:

В зависимости от водного объекта, на котором расположены гидротехнические сооружения , они могут быть речными, озёрными, морскими.

По расположению относительно земной поверхности различают наземные и подземные гидротехнические сооружения.

В соответствии с обеспечиваемыми видами водопользования гидротехнические сооружения разделяют на гидромелиоративные (осушительные, обводнительные, оросительные), воднотранспортные, гидроэнергетические, рыбохозяйственные, для водоснабжения и водоотведения, для использования водных недр, спортивных целей и др.

По характеру взаимодействия с водным объектом различают водоподпорные, водопроводящие, регуляционные, водозаборные и водосбросные гидротехнические сооружения.

Водоподпорные сооружения, подпирая водоток , создают напор или разность уровней воды в водотоке перед сооружением и за ним и воспринимают давление воды, возникающее вследствие возникновения напора. Это, прежде всего, плотины – сооружения, перегораживающие речные русла (а нередко и вышерасположенные части речных долин), с целью повышения уровня воды (например, для нужд судоходства) или создания резервирующего объёма воды водоёма (пруда, водохранилища). Подпорными могут быть защитные дамбы, отгораживающие прибрежную территорию и предотвращающие её затопление при паводках, при приливах, нагонах и штормах на морях и озёрах . Подпорными сооружениями являются также русловые здания гидроэлектростанций, судоходные шлюзы, некоторые водозаборные сооружения .

Водопроводящие сооружения (водоводы) служат для передачи воды (её подвода или отвода) из одних пунктов в другие. Это каналы, туннели (гидротехнические), лотки, трубопроводы.

предназначены для целенаправленного воздействия на условия протекания водотоков, защиты их русел и берегов рек от размывов, отложения наносов, воздействия льда и др. При регулировании рек используют струенаправляющие сооружения (дамбы, полузапруды и др.), дно- и берегоукрепительные сооружения («одежды»), сооружения, регулирующие движение льда и плавающих тел (запани, ледозащитные стенки, ледорезы и др.).

Водозаборные (водоприёмные) сооружения устраивают для забора воды из водоисточника и направления её в водовод. Их обычно снабжают устройствами, защищающими водопроводящие сооружения от попадания льда, шуги, наносов, плавающих тел и др.

Водосбросные сооружения (водосбросы) служат для выпуска («сброса») излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов и пр. Они могут быть русловыми и береговыми, поверхностными и глубинными, позволяющими частично или полностью опорожнять водоёмы. Для регулирования количества выпускаемой (сбрасываемой) воды водосбросные сооружения часто снабжают гидротехническими затворами.

По назначению различают общие гидротехнические сооружения, обеспечивающие все виды (или несколько видов) использования вод, и специальные, возводимые для какого-либо одного вида водопользования.

К гидротехническим сооружениям общего назначения относят все водоподпорные и водосбросные сооружения и, отчасти, водопроводящие, регуляционные и водозаборные сооружения – если они не являются частями сооружений специального назначения.

К числу специальных (отраслевых) гидротехнических сооружений относят следующие:

В некоторых случаях общие и специальные гидросооружения удаётся совместить: например, водосброс помещают в здание гидроэлектростанции, гидроэлектростанцию помещают в теле водосливной плотины («совмещённая ГЭС»), судоходный шлюз может служить водосбросом и т.д.

При осуществлении комплексных водохозяйственных мероприятий гидротехнические сооружения, объединённые функционально и располагаемые в одном месте, составляют комплексы, называемые узлами гидротехнических сооружений, или гидроузлами .

В настоящее время (с 1 января 2014 г.) действует классификация гидротехнических сооружений по степени их опасности. В соответствии с ней все гидротехнические сооружения делятся на четыре класса: низкой, средней, высокой и чрезвычайно высокой опасности.

В зависимости от класса назначается степень надёжности гидротехнических сооружений, т.е. запасы их прочности и устойчивости, устанавливаются расчётные максимальные расходы воды, качества материалов сооружений и т.п.

От всех гражданских и промышленных зданий гидротехнические сооружения отличаются наличием воздействий на них водного потока, льда, наносов и др. факторов. Эти воздействия могут быть механическими (статические и гидродинамические нагрузки, вынос частиц грунта фильтрационным потоком (суффозия) и др.), физико-химическими (истирание поверхностей, коррозия металлов, бетона), биологическими (гниение деревянных конструкций, истачивание древесины живыми организмами и пр.).

Кроме того, в отличие от гражданских и промышленных зданий, условия возведения гидротехнических сооружений осложняются необходимостью пропуска через русло реки и недостроенные сооружения в период их постройки (обычно – нескольких лет) так называемых строительных расходов реки, а также льда, сплавляемого леса, судов и пр.

Особенностью содержания и функционирования гидротехнических сооружений в Российской Федерации является их раздробленность по ведомственно-отраслевой принадлежности и формам собственности. Так, по суммарной балансовой стоимости сельскому хозяйству принадлежат 29% всех гидротехнических сооружений, промышленности – 27%, ЖКХ – 20%, гидроэнергетике – около 15%, водному транспорту – около 6%, рыбному хозяйству – 2%, на балансе структур Федерального агентства водных ресурсов – менее 2%. Кроме того, из 29,4 тыс. напорных гидротехнических сооружений 1931 объект (7%) относится к федеральной собственности, 7675 объектов (26%) – к региональной собственности, 16087 объектов (54%) – к муниципальной собственности, около 4 тыс. объектов (13%) являются бесхозными.

Ю.В. Богатырёва, А.А. Беляков

Виды и классификация которых говорят о широком спектре их использования. Любые из этих конструкций возводятся на водных ресурсах - от рек и озер до морей или грунтовых вод - и необходимы в целях борьбы с разрушающей силой водной стихии. Каждая из систем имеет свои особенности возведения и эксплуатации.

Как классифицируются?

Под гидротехническими сооружениями понимаются системы, которые позволяют с пользой использовать или предотвратить вредное воздействие излишков воды на окружающую среду. Все современные водосбора, мелиорации) называются "гидротехнические сооружения". Виды и классификация их, в зависимости от особенностей монтажа и эксплуатации, следующие:

• морские, озерные, речные или на прудах;
• наземные или подземные;
• обслуживаемые сферой водного хозяйства;
• используемые различными отраслями.

Современные гидротехнические сооружения - это и плотины, и дамбы, и водосбросы, и водоприемники, и каналы. В общем, любые системы, которые устанавливаются на

Водоподпорные

Водоподпорные гидротехнические сооружения представляют собой конструкции, с помощью которых можно создать напор или обеспечить разность перед плотиной и за ней. Специалисты говорят, что водный режим в зоне подпора меняется в зависимости от природно-климатических условий региона. Водподпорные гидротехнические сооружения - это самые важные для создания плотин конструкции, так как на них приходится большая нагрузка из-за давления воды. Если вдруг водоподпорное сооружение даст сбой, напорный фронт воды будет трудно контролировать, и это может привести к печальным последствиям.

Водопроводящие

Водопроводящие конструкции состоят из водозаборов, водосбросов, водоспусков и каналов. Это гидротехнические сооружения, служащие для переброски воды в заданные пункты. Отдельного внимания заслуживают водозаборные системы, которые берут воду из водоема и поставляют ее на объекты гидроэнергетики, водоснабжения или ирригации. Их задача - обеспечение пропуска воды в водовод в установленном объеме, количестве и качестве соответственно графику водопотребления. В зависимости от места может быть:

• поверхностным: забор воды осуществляется на уровне свободной поверхности;
• глубинным: забор воды производится под уровнем свободной поверхности;
• донным: вода забирается с самого низкого участка водотока;
• ярусным: при таком сооружении забор осуществляется с нескольких уровней воды - это зависит от ее уровня в самом водоеме и от ее качества на разной глубине.

Чаще всего монтируются на реках водозаборные гидротехнические сооружения. Фото показывает, что такие конструкции могут быть высокими и низкими.

Водозаборы для разных водоемов

В зависимости от типа источника, водозаборы могут быть речными, озерными, морскими, водохранилищными. Среди речных конструкций самыми популярными являются береговые, плавучие, русловые, которые можно совмещать с насосными станциями или монтировать их по отдельности:

• Береговое сооружение необходимо устанавливать, если берег крутой. Такая конструкция - состоящие из бетона или железобетона с большим диаметром водозаборные гидротехнические сооружения. Фото показывает, что передняя стенка выходит на берег.
• Русловые системы ставятся на и отличаются оголовком, вынесенным в
• Плавучие конструкции представляют собой понтон или баржу с установленными на них насосами, посредством которых вода забирается из реки и подается по трубам на берег.
• Ковшовые водозаборные системы забирают воду из водоема расположенным на берегу ковшом.

Регуляционные

Регуляционные гидротехнические сооружения - это что? По-другому их называют выправительными конструкциями, так как они позволяют регулировать течение рек. Достичь этого можно с помощью строительства струенаправляющих и ограничивающих сооружений в самом русле и по берегам водоема. Благодаря таким системам происходит формирование речного потока так, чтобы он двигался с относительно невысокой скоростью и тем самым поддерживал фарватер с заранее установленными минимальными значениями ширины, глубины и кривизны. Пользуются популярностью эти гидротехнические сооружения, виды и классификация которых следующие:

• капитальные конструкции, входящие в состав генеральных систем для регулирования рек и направленные на длительное использование;
• легкие конструкции, которые иначе называются временными и используются в основном на реках малого и среднего объема.

Первые сооружения состоят из дамб, ограждающих валов, запруд и идеально справляются с подмывом и разрушающим действием воды. Легкие регуляционные сооружения - это завесы, плетни из хвороста, которые просто направляют или отклоняют поток устройства.

Ирригационные гидротехнические сооружения

Виды и классификация предполагают деление по наличию плотин - бесплотинные или плотинные. Первые системы предполагают создание искусственного канала, который отходит от реки под определенным углом и забирает часть расхода водотока. Чтобы наносы со дна не попадали в оросительный канал, такие сооружение располагаются на вогнутых участках берега. Если расходы воды значительные, тогда требуется возведение плотинных сооружений, которые, в свою очередь, могут быть поверхностными или глубинными.

Водопропускные

Водопропускные гидротехнические сооружения - это представляющие собой водосливы и водоспуски. Эти системы относятся к управляемым или автоматического действия. С помощью водосброса происходит сброс излишков воды из водохранилища, а водослив представляет собой систему, в которой вода переливается свободно через гребень водоподпорного сооружения. В зависимости от особенностей движения воды такие системы могут быть без напора или напорными.

Специального назначения

В числе гидросооружений специального назначения можно выделить: гидроэнергетические, конструкции орошения, осушения, системы мелиорации и сооружения водного транспорта. Рассмотрим эти конструкции подробнее:

• Гидроэнергетические сооружения бывают встроенными, русловыми, приплотинными или деривационными. Такие системы состоят из водоприемных сооружений, напорных трубопроводов, турбин с генераторами, отводящих трубопроводов и разного типа затворов. ГЭС нужны для преобразования энергии потока воды в электрическую.
• Водного транспорта: данные системы состоят из шлюзов, судоподъемников, портовых сооружений, которые монтируются на реках, каналах с различным уровнем воды в них.
• Мелиоративные: данные системы позволяют продумать мероприятия, направленные на коренное улучшение земель. В рамках мелиорации производится осушение и орошение территорий. С помощью осушительной системы отводятся излишки влаги, а оросительная система обеспечивает своевременное обводнение территории. Осушительные системы могут быть горизонтальными или вертикальными.
• Рыбопропускные: данные гидротехнические сооружения обеспечивают пропуск рыбы из нижнего уровня воды в верхний главным образом при ее нерестовой миграции. Такие системы бывают двух типов: первые предполагают самостоятельный проход рыбы через специальные рыбоходы, вторые - посредством специальных рыбоходных шлюзов и рыбоподъемников.
• Отстойники: они представляют собой специальные накопители, куда собираются отходы производства и промышленные стоки.

В некоторых случаях общие и специальные сооружения комбинируются, например система водосброса помещается в здание ГЭС. Подобные комплексные системы называются узлами гидротехнических сооружений.

Какая опасность?

Существует еще и деление гидротехнических сооружения по степени их опасности: они могут быть низкой, средней, высокой или чрезвычайно высокой степени опасности. Чаще всего основными факторами, влияющими на опасность ГТС, являются природные нагрузки и воздействия, несоответствие проектного решения нормативным требованиям, нарушение условий эксплуатации сооружений или последствия и ущерб вследствие аварии. Любые недочеты и непредсказуемые воздействия могут привести к разрушению конструкций, прорыву напорного фронта.