ТИПЫ ВОДОСБРОСОВ И ВОДОВЫПУСКОВ
Условия их применения
В состав компоновок гидроузлов с глухой плотиной (см. рис. 4.2, 4.3) чаще всего входят два сооружения—водосброс и водовыпуск (водоспуск).
По расположению относительно глухой плотины, перекрывающей русло, водосбросы могут быть:
непосредственно в теле плотины;
вне тела плотины на берегу (береговые) или на пойме (пойменные) (рис. 6.1 а, б, в).
При расположении водосброса в теле глухой грунтовой плотины он представляет: трубчатую бетонную конструкцию, опирающуюся на материковый грунт (реже на насыпной грунт) и покрытую со всех сторон насыпным грунтом; бетонный водослив, входящий в напорный фронт и сопрягающийся с грунтовыми частями плотины; грунтовую плотину, имеющую на низовом откосе и гребне специальное (бетонное, железобетонное, каменное с заанкеренной металлической сеткой и др.) крепление особой конструкции, позволяющее пропускать паводковые расходы с переливом через гребень и транзитом по пологому низовому откосу (см. гл. 5.7). Водосброс в теле плотины размещают в тех случаях, когда такое решение по технико-экономическим показателям предпочтительнее варианта с береговым расположением водосброса (при недостаточной устойчивости бортов русла; при использовании трубчатой части водосброса в качестве водосброса строительного периода).
Береговое расположение водосброса реализуется: при относительно небольших сбросных расходах, на низконапорных гидроузлах, при наличии благоприятных топографических и геологических условий для размещения водосброса на берегу; в составе компоновок основных сооружений средне и высоконапорных гидроузлов в тех случаях, когда вариант расположения водосброса в теле плотины оказывается весьма проблематичным в связи с отсутствием возможностей обеспечения условий его высокой конструктивной и эксплуатационной надежности; в узких каньонообразных скальных створах, где пропуск строительных расходов можно осуществить только туннелями в берегах, которые затем можно полностью или частично переоборудовать в постоянные водосбросы; в компоновках гидроузлов в стесненных створах, при узком фронте строительных работ.
Пропуск всего паводкового расхода или какой-то части его по пойме (или по специальной трассе) осуществляют на низко- и средненапорных гидроузлах, где есть возможность использовать пойму как нерегулируемый или частично регулируемый резервный пойменный водосброс (см. рис.4.4).
В отдельных случаях резервные водосбросы могут быть устроены в природных понижениях местности или в специальных каналах с оборудованием в них смываемых при определенных уровнях верхнего бьефа грунтовых перемычек.
В общем случае выбор типа паводкового водосброса следует осуществлять на основе результатов техникоэкономического сравнения различных вариантов.
По условиям расположения головной части различают поверхностные и глубинные водосбросы.
По конструкции поперечного сечения выделяют открытые, закрытые и комбинированные водосбросы.
Поверхностным водосброс называют в том случае, если он имеет поверхностное входное отверстие (см. рис. 6.1, а—в). У глубинных водосбросов это отверстие заглублено под уровень свободной поверхности воды (см. рис. 6.1, д,е), а транзитная часть водосброса представлена чаще всего трубой или туннелем. Если глубинное отверстие расположено непосредственно у дна, то водосброс называют донным (см. рис. 6.1, е). Открытые водосбросы имеют незамкнутое поперечное сечение; "закрытые — замкнутое; комбинированные имеют участки как с замкнутым, так и с незамкнутым сечением, то есть сочетают в себе признаки открытых и закрытых. Открытые водосбросы чаще всего бывают представлены открытым водосбросным каналом, в пределах которого перепад уровней между бьефами преодолевается быстротоком, многоступенчатым перепадом, консольным сбросом (см. рис. 6.1,а—в). Закрытые водосбросы (во- довыпуски) могут быть представлены как поверхностными, так и глубинными (в том числе донными) сооружениями (см. рис. 6.1,г—ж). К поверхностным водосбросам относят, например, трубчатые, туннельные и шахтные (см. рис. 6.1,ж). Глубинные водосбросы чаще бывают представлены напорными, безнапорными и полуна- порными трубчатыми и туннельными. По конструкции входной (головной) части открытые водосбросы подразделяют на фронтальные (с лобовым подводом воды), траншейные (с боковым отводом воды), полигональные (лабиринтные), веерообразные и др., а закрытые водосбросы и водовы- пуски — на траншейные и фронтальные безбашенные, башенные, шахтные, ковшовые, с вихревой камерой, с тангенциальным подводом воды (с закруткой потока) и др.
По условиям управления водосбросы делят на регулируемые (с затворами) и нерегулируемые (без затворов, автоматические).
Водовыпуски (водоспуски) по многим признакам напоминают закрытые водосбросы. Их всегда следует располагать на коренном грунте (в случае отказа от такой конструкции в пользу расположения частей водовыпуска на насыпном грунте необходимо иметь четкую аргументацию этого решения). При относительно малом диапазоне колебаний уровня верхнего бьефа водовыпуск может представлять открытый регулятор (открытый водовыпуск). В большинстве же случаев диапазон колебаний уровня ВБ оказывается значительным и водовыпуски (водоспуски) устраивают закрытыми. Различают водовыпуски, работающие в напорную (гидроэлектростанцию, насосную станцию, самотечную систему водоснабжения и т. д.) и в безнапорную открытую или закрытую (магистральный канал, напорные и безнапорные самотечные трубопроводы, туннели и т. д.) гидравлические системы.
По конструкции водовыпуски подразделяют на трубчатые, туннельные, комбинированные, сочетающие признаки трубчатых и туннельных.
По расположению регулирующих затворов различают водовыпуски: а) с затворами в начале водопропускного тракта (характерно для трубчатых водовыпусков); в этом случае обычно устраивают башню управления затворами, имеющую в нижней своей части камеру затворов, а в верхней—эстакаду с подъемными механизмами; в ряде случаев вместо башни предусматривают особое помещение с проходом в него либо со стороны нижнего бьефа, либо по специальной наклонной галерее, уложенной на верховой откос; б) с затворами в средней части водопропускного тракта (возможно как в трубчатом, так и в туннельном водовыпусках с устройством башни управления или без нее); в) с затворами в конце водопропускного тракта (характерно для водовыпусков, работающих в напорном режиме, а также для туннельных и трубчатых водовыпусков с напорными трубопроводами внутри галерей).
Требования, предъявляемые к водовыпускам (водоспускам) гидроузлов, приведены в главе 4.1.
Основные типы водосбросов, используемых в компоновках с глухими грунтовыми плотинами, имеют определенные области преимущественного применения (рис. 6.2). Эти области на графике В. М. Семенкова показаны в зависимости от мощности сбросного потока iV = 0,0098Q (MBT) и относительной ширины речной долины L/H, где L и Н — соответственно длина по гребню и высота плотины (м); Q — расчетный расход водосброса (м3/с); Н — перепад между УВБ и отметкой уровня воды в естественном русле в НБ при пропуске расчетного паводка с расходом Q (м). Наибольшее распространение в практике получили поверхностные водосбросы. В узких речных долинах при относительно небольших мощностях сбросного потока используют русловые поверхностные водосбросы; при больших мощностях преимущественно распространение получили береговые водосбросы. Туннельные водосбросы применяют в основном в относительно узких речных долинах, чаще всего в комбинации с другими типами русловых и береговых водосбросов.