Выбор створа и компоновка сооружений

Советские гидроэнергостроители придают большое значение правильному выбору створа гидроузла и его компоновке. 40-летняя практика проектирования выработала ряд общих принципов, позволяющих найти наиболее рациональное решение вопроса. По выбору створа сооружений к этим принципам можно отнести:

а) наличие общей схемы комплексного использования водных ресурсов реки, отдельно выбранный створ сооружений может затем не увязаться или привести к нерациональным решениям при сооружении последующих гидроузлов;

б) разбивка реки на бьефы должна учитывать максимально-возможное использование ее энергетических ресурсов, определяемых полнотой использования падения и стока; при этом большое внимание уделяется созданию регулирующих водохранилищ, особенно в голове каскадов;

в) тщательное изучение топографических и геологических условий достаточно большого участка реки, с тем чтобы объемы работ по гидроузлу, особенно бетонных, были минимальными;

г) требование минимально-возможных ущербов от затопления населенных пунктов, промышленных предприятий, ценных земельных угодий и полезных ископаемых;

д) учет наличия местных строительных материалов, транспортных связей удобства электроснабжения;

е) площадка строительства по возможности должна быть удобной для расположения жилых поселков и подсобных предприятий.

Выбор места сооружения первых гидроэлектростанций не всегда отвечал указанным принципам, так как ко времени их строительства степень изученности водотоков и их естественных условий была незначительна.

В настоящее время имеются полные схемы использования ряда крупных рек (Днепр, Днестр, Волга, Кама, Кура, Терек, Иртыш, Ангара, Сыр-Дарья и др.).

Одним из основных моментов, повлиявших на выбор схем использования как равнинных, так и горных рек и на назначение створов гидроузлов, явился вопрос зарегулирования стока рек и повышения обеспеченной мощности гидростанций. Строительство ряда каскадов гидростанций начиналось с осуществления верховых водохранилищ, так, например, Мало Ульбинское водохранилище для каскада гидростанций Хориузовской, Тишинской и Ульбинской; Храмское водохранилище в верховьях р. Храми, Рыбинское водохранилище в верхнем течении р. Волги, Камское — в верхнем течении р. Камы и др.

Созданию водохранилищ благоприятствовало наличие в верховьях ряда рек естественных озер, подъем горизонта в которых водохранилищными плотинами, даже на незначительную величину, создает емкости, исчисляемые миллиардами кубических метров воды и достаточные для многолетнего регулирования каскада гидростанций; к таким озерам относятся: Пиренга и Имандра в голове каскада Нивских ГЭС, Байкал в верховьях р. Ангары, Зайсан на р. Иртыше, Онежское озеро в истоке р. Свири и ряд других.

Задачей гидростроительства ближайших лет является создание еще ряда крупных регулирующих водохранилищ на освоенных в энергетическом отношении реках, в том числе Ковдинского водохранилища в верховьях р. Ковды, повышающего зарегулированность гидростанций ковдинского каскада, Чарвакского водохранилища для многоступенчатого каскада Чирчикских гидростанций, Черкейской ГЭС и водохранилища при ней в верхнем течении р. Сулак, Даховской ГЭС с водохранилищем в голове каскада гидростанций на р. Белой и целого ряда других.

Существенное влияние на стоимость и сроки строительства оказывает рациональная компоновка сооружений речных гидроузлов.

Многообразие естественных условий вызывает такое же многообразие и компоновок. Общим для них является:
а) минимум работ,
б) удобство эксплуатации сооружений, в) удобство при строительстве сооружений.

Проектные проработки и осуществленные строительства показали, что во многих случаях наиболее целесообразной компоновкой гидроузлов является расположение бетонных сооружений на пойме (Куйбышевская, Сталинградская, Новосибирская, Каховская, Днепродзержинская и другие гидростанции).

При пойменной компоновке бетонных сооружений к их строительству можно приступить немедленно после освоения стройплощадки, при этом перемычки требуются значительно меньшей высоты, чем для руслового расположения бетонных сооружений.

С точки зрения производства работ пойменная компоновка имеет еще то преимущество, что бетонные сооружения, безусловно, возводятся в одну очередь строительства, что очень важно с точки зрения ускорения его сроков.

Стеснение русла реки при такой компоновке допускается в пределах, обеспечивающих судоходство, пропуск паводков и ледохода.

На рис. 1 показан пример полурусловой компоновки Горьковской гидростанции на р. Волге. Бетонные сооружения гидроузла сооружаются в одну очередь. Расходы реки в период закрытия основного русла пропускаются через гребенку плотины. Основное русло перекрывается отсыпкой камня в воду каменного банкета. Судоходные шлюзы, располагаемые на левобережной пойме, возводятся за незатопляемыми перемычками. В период перекрытия основного русла судоходство осуществляется по временному судоходному каналу.

Рис. 1. Компоновка сооружений Горьковской ГЭС

К недостаткам такой компоновки относится необходимость на крупных реках, с интенсивным судоходством, сооружения временного судоходного канала с большими объемами работ. Горьковский обходной канал потребовал 4,1 млн. м³ выемки земли.

На рис. 2 приводится компоновка Мингечаурского высоконапорного гидроузла. Расположение всех основных бетонных сооружений на левобережной незатопляемой пойме позволило в первый период строительства пропускать расходы реки без стеснения русла и возводить бетонные сооружения насухо.

Рис. 2. Компоновка сооружений Мингечаурской ГЭС

В последующем в строительный период река перепускалась через трубы, проложенные под плотиной. Для создания напора, необходимого для пропуска строительных расходов через донные трубы, потребовалось возведение земляной перемычки высотой до 25 м. Эта перемычка затем вошла в тело земляной намывной плотины.

Удачным примером компоновки сооружений гидроузла является Кременчугская ГЭС на р. Днепре (рис. 3). Все бетонные сооружения— здание гидроэлектростанции, водосливная плотина и судоходный шлюз располагаются на гранитном основании в правом протоке реки и на пойме правого берега.

Рис. 3. Компоновка сооружений Кременчугской ГЭС

Остров между правым протоком и основным руслом, а также русло реки и левобережная пойма перекрыты земляной плотиной, расположенной на песчаном основании. Принятая компоновка удачна, во- первых, потому, что расположение бетонных сооружений на скале позволяет значительно сократить их объем, повысить удельные расходы воды на водосливе и отказаться от крепления рисбермы.

Все бетонные сооружения строятся в одну очередь, что сокращает срок и упрощает строительство. Железная и шоссейные дороги подходят к гидроузлу с правого берега, где располагаются бетонные сооружения. На правом же берегу имеется хорошая площадка для подсобных предприятий и поселков. Карьеры камня и песка также располагаются на правом берегу. С точки зрения эксплуатации гидростанции правобережное ее расположение также вполне благоприятно, и выдача основной мощности производится на правый берег.

В заключение нужно сказать, что в каждом отдельном случае, только в результате самого тщательного анализа местных природных условий — геологии, топографии створа и гидрологического режима реки, — а также учета строительных и эксплуатационных условий сооружений может быть правильно выбрана их схема и наиболее целесообразно решена компоновка гидроузла. Совершенствование в этом направлении, основанное на надежных и полноценных результатах изысканий, является задачей проектировщиков.