Вплив гідрологічного режиму малих річок на будівництво гідротехнічних споруджень і призначення гідрометричних і гідрологічних робіт

 

Гідрологічний (водний) режим річок чинить дуже істотний вплив на гідротехнічне будівництво і, не знаючи його, неможливо раціонально і технічно грамотно спроектувати, побудувати й експлуатувати проектні споруди.

Недостатня вивченість максимальних витрат на малих річках приводить до того, що будівництво, наприклад, водоскидних споруд сільських ГЕС приходиться вести без належного обґрунтування; вони зводяться зі значним запасом, що здорожчує будівництво, або мають недостатні розміри, що приводить до порушення їх роботи й аварій. Вивчення аварій земляних гребель показує, що понад 30% їх відбувається через недостатню пропускну здатність водоскидних споруд.

Величина витрати весняної повені значною мірою визначає собою висоту перемичок, розміри будівельних каналів і впливає на вибір схеми провадження робіт.

Для визначення розмірів отворів гребель і їхніх гасителів, вибору оцінок закладення всмоктувальних труб, виконання водоенергетичних розрахунків (визначення потужності та розрахункового напору) і підрахунків стоку необхідно в створі ГЕС знати залежність між витратами і рівнями води в ріці.

У верхньому б'єфі гідростанції в зв'язку з підйомом рівня води відбувається зменшення швидкостей, що спричиняє замулення наносами, викликає підйом дна, утворення нових перекатів і обмілин та ріст існуючих перекатів. Це приводить до того, що підпір води від греблі починає поширюватися значно далі, ніж спочатку. Підвищення підпору викликає додаткове збільшення дзеркала води у верхньому б'єфі, що приводить до обміління річоки і викликає додаткові затоплення і підтоплення; при цьому зменшується корисний обсяг водоймища і, таким чином, знижується енерговіддача ГЕС і погіршуються умови її роботи. У результаті відкладення наносів у верхньому б'єфі, якщо їх не видаляти, відбувається заповнення ними водоймища, а також водоприймачів і дериваційних каналів, що приводить до зменшення їх пропускної здатності.

З будівництвом на річках гребель різко змінюється режим твердого стоку й у нижньому б'єфі, де відбувається розмив дна. На річкових ГЕС цей розмив спостерігається на великому протязі, що викликає іноді значне зниження рівня нижнього б'єфа, що приводить до оголення всмоктувальних труб турбін і зниження їх ККД.

Експлуатація ГЕС у зимовий час зв'язана з великими утрудненнями, що обумовлюються шкідливим впливом льоду на їх гідротехнічні споруди і турбінне устаткування. Поверхневий крижаний покрив при його температурних розширеннях і переміщеннях під впливом вітру викликає збільшення горизонтальних сил, що діють на гідротехнічні споруди. Утворення поверхневого льоду приводить до втрат води, що перетворюється у лід, а також до втрат напору на ГЕС при утворенні в нижньому б'єфі крижаних скупчень.

Хімічний склад води визначає її фізичні властивості і характер процесів, що протікають у ній: температуру її замерзання, величину випару, щільність, колір, прозорість, фільтраційну здатність тощо. При будівництві бетонних гідротехнічних споруд необхідно знати хімічний склад води, що буде стикатися з ними, для того щоб ужити попереджувальних заходів проти корозії (хімічного роз'їдання бетону). Невміння правильне і завчасно оцінювати вплив води на бетон і виділити при цьому основні фактори, що чинять найбільш шкідливий вплив на його довговічність, часто приводить до того, що бетонні гідротехнічні споруди передчасно виходять з ладу або вимагають дорогого ремонту.

У бетоні, у залежності від властивостей оточуючої води й умов її дії, а також від властивостей його самого, можуть розвиватися процеси корозії, що йдуть у декількох напрямках. При дії на бетон вод з малою тимчасовою твердістю в ньому виникають процеси, які супроводжуються розчиненням і виносом проточною водою складових частин цементного каменю. При дії кислих вод і розчинів деяких солей відбувається хімічна реакція між складовими частинами цементу і солями або кислотами, розчиненими у воді. Продукти цих реакцій легко розчинні у воді і виносяться нею. При наявності у воді розчинів солей, переважно сульфатів, у результаті взаємодій їх з цементним каменем утворюються малорозчинні солі, а ріст кристалів солей викликає руйнування бетону.

Призначення гідрологічних і гідрометричних робіт у сукупності з гідрологічними обстеженнями і полягає в тому, щоб у результаті їх проведення на невивченій чи недостатньо вивченій у гідрологічному відношенні річці можна було найбільше повно освітити основні особливості її гідрологічного режиму.

Зокрема, до цих робіт насамперед входить організація вимірів витрат води в річці і водомірних спостереженнях з охопленням якомога більшої амплітуди витрат з наступною побудовою кривого зв'язку між ними і рівнями в річці.

Для підвищення точності і надійності гідрологічних розрахунків по обчисленню максимальних витрат, виміряти які є неможливим, установлюють положення максимальних рівнів води в річці слідами, визначають подовжні ухили цих рівнів, виконують зйомку поперечних перерізів русла і заплави в місцях, де вони визначені. Крім того, тут же необхідно вимірити одне-два значення витрати при високих рівнях води в ріці.

Досить повно повинні бути обстежені фактори, які обумовлюють мінімальний стік, і насамперед ґрунтове живлення річки і його величина.

Для розробки методів боротьби з наносами, розрахунку відстійників і промивних пристроїв необхідно визначити обсяг твердого стоку річоки, установити його режим, а також гранулометричний і мінералогічний склад наносів.

Обов'язковому вивченню підлягає і зимовий режим використовуваної річоки. При цьому дуже корисно одержати на найближчій діючій ГЕС зведення про зміни, що траплялися тут у зимовому режимі річки в результаті спорудження й експлуатації споруд ГЕС.