ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Комплекс взаимосвязанных гидротехнических сооружений называют гидроузлом. В плотинной схеме энергетического использования участка реки плотина и здание ГЭС образуют речной узел сооружений. При комплексном использовании водотока в состав узла для каждого участника ВХК включается соответствующее сооружение, например судоходный шлюз или судоподъемник, рыбопропускные сооружения, водозаборные сооружения для орошения, водоснабжения.
В деривационной схеме выделяют головной (речной) и станционный узлы сооружений и собственно деривацию. В состав сооружений головного узла входят плотина, водоприемные сооружения деривации и при необходимости — отстойники, шугосбросы, а при комплексном использовании водотока — также и водозаборные сооружения для орошения, водоснабжения. Здание станции, турбинные водоводы, напорный бассейн или уравнительный резервуар и примыкающий к ГЭС участок отводящей деривации образуют станционный узел сооружений. Между головными и станционными узлами находятся сооружения подводящей деривации: канал, туннель или деривационный трубопровод.
Основным принципом экономического обоснования компоновки сооружений следует считать достижение минимума суммарных приведенных затрат по водохозяйственной и энергетической системам, подсчитанных с учетом фактора времени (см. § 6-2). В первую очередь необходимо стремиться получить минимум капитальных вложений по всей совокупности сооружений ГЭС, а при комплексном использовании водотока — всех сооружений ВХК.
При компоновке сооружений гидроузлов необходимо обеспечить: 1) надежную, безопасную, удобную и экономичную эксплуатацию ГЭС и всех сооружений ВХК с возможно меньшими потерями напора и расхода воды; 2) постройку всего комплекса сооружений в возможно короткий срок при оптимальных суммарных затратах; 3) удобство производства работ, хорошие транспортные пути и рациональное размещение сооружений базы стройиндустрии — бетонного завода со складом заполнителей и цемента, механического завода, лесопильного и деревообрабатывающего заводов, автохозяйства и пр.; 4) наиболее экономичный, надежный и безопасный пропуск расходов воды в период строительства (пропуск строительных расходов); 5) наиболее целесообразное размещение поселков для строительного и эксплуатационного персонала; 6) оптимальную охрану природы и. улучшение природных условий.
ТИПЫ ПЛОТИН
Плотина входит в состав всех речных гидроузлов. В плотинных схемах использования водной энергии плотина является главным гидротехническим сооружением. Все плотины можно разделить на две группы: I) из грунтовых материалов, в виде земляных и каменно-набросных плотин; 2) плотины бетонные и железобетонные (рис. 12-1).
Земляные и каменно-набросные плотины строят, как правило, глухими, т. е. не допускающими перелива воды через их гребень. Бетонные и железобетонные плотины могут быть глухими или водосливными; пропуск избытков воды из ВБ осуществляется через водосливной гребень этих плотин или через отверстия, устраиваемые в теле плотин.
Земляные плотины строятся высотой до 200 м, а каменно-набросные до 300 м и более. Каменно-набросные и земляные плотины имеют ширину по основанию больше высоты. Крутизна откосов бывает 1 : 1,3; 1 : 1,5 и 1:3; 1 ; 2,5. В намывных плотинах откосы получаются более пологими. Их крутизна составляет 1:6—1 : 12. Бетонные гравитационные плотины, устойчивость которых обеспечивается их массой, строят на слабом основании (глина, песок) высотой до 40 м, а на прочном скальном основании — до 300 м.
Железобетонная контрфорсиая плотина может быть построена высотой до 120 м. Одноарочные плотины строятся только в узких глубоких каньонах с прочными скальными берегами, на которые передается нагрузка от плотины. Такие плотины обычно делаются железобетонными и могут достигать высоты 300 м. В многоарочиых железобетонных плотинах нагрузка через арки передается на контрфорсы, и через них на основание. Такие плотины строятся высотой до 1.00—150 м. (Подробнее о плотинах см. 12-7 и 12-8.)
Б. ЗДАНИЕ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
Здание русловой ГЭС наряду с плотиной создает напорный фронт. Здание ГЭС размещается рядом с плотиной и обычно выполняется наземного типа. При напорах #>35—45 м здание ГЭС размещается за плотиной. Здание приплотинной ГЭС может строиться наземным (см. рис. 2-5) и подземным. Здание деривационной ГЭС также может быть наземным или подземным (более подробно см. гл. 21 и 22).
В состав сооружений ГЭС входит распределительное устройство высокого напряжения, которое выполняется преимущественно открытого типа (ОРУ) (о его размещении см. § 12-3, 12-4 и 12-5).
СУДОХОДНЫЕ И РЫБОПРОПУСКНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Для пропуска судов и плотов обычно устраивается камерный шлюз, состоящий из железобетонной камеры, нижней и верхней голов, в которых размещаются ворота и галереи для наполнения водой или опорожнения камеры. Размеры камеры диктуются размерами и осадкой подлежащих пропуску судов или их караванов. При перепадах уровня воды между бьефами, превышающих 20 м, обычно устраивается каскадный многокамерный шлюз. На Бухтарминской ГЭС перепад в 70 м преодолевается четырехкамерным шлюзом с двумя концевыми и тремя промежуточными головами. Судоходные шлюзы иногда используются и как водосбросы для уменьшения размеров основного водослива.
При очень большом перепаде уровней воды между бьефами и срав-нительно небольших размерах судов вместо многокамерного шлюза возможно устройство механического судоподъемника. Судоподъемник Красноярской ГЭС, преодолевающий перепад уровней в 100 м, представляет собой стальной наклонный путь, по которому перемещается металлическая, заполненная водой судовозная камера с плавающими в ней судами. После подъема наверх камера на специальном поворотном круге разворачивается в направлении ВБ и по наклонному пути спускается в него (см. рис. 12-6).
Основным типом рыбопропускного сооружения является каскадный рыбоход, состоящий из небольших резервуаров, располагаемых обычно на берегу в виде каскада с небольшими перепадами между резервуарами. Имеется опыт переброски рыбы из НБ в ВБ в специальном рыбоподъемнике, переносящем заполненную водой камеру с рыбой из нижнего бьефа в верхний.
ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ
При самотечном орошении обычно устраивается открытый водозабор в виде бетонного сооружения с затворами, решетками и т. п.
В схемах машишюго орошения и водоснабжения вода из рекн забирается НС, представляющими самостоятельное сооружение. НС обычно строятся в некотором удалении от основного гидроузла и не включаются в состав его сооружений,
ВОДОПРИЕМНИКИ
На русловых и приплотинных ГЭС водоприемник ГЭС служит для подачи воды турбинам. Водоприемник входит в конструкцию здания русловой ГЭС и в конструкцию станционной плотины приплотинной ГЭС (рис. 12-2). Водоприемники оборудуются затворами и сороудер- живающими решетками. (Более подробно см. гл. 21 и 22)
Водоприемники деривационных ГЭС входят в состав сооружений головного узла и предназначаются для подачи воды в деривацию и прекращения доступа в нее воды при аварии или необходимости опорожнения деривации для ремонта. Об их конструкциях см. § 12-6.
