8632
.pdf7.ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК
7.1.Общие сведения
Использование гидроэнергии рек начиналось с устройства на них устано-
вок с водяными колесами – прообразами современных гидротурбин. Водяные колеса в России появились в X-XIII в.в., они применялись в основном для водя-
ных мельниц. В XVII-XVIII вв. область использования водяных колес суще-
ственно расширилась: появились водяные крупорушки, лесопильни, установки на железоплавильных заводах. Первая гидроэлектростанция России была со-
оружена в 1892 г. на реке Березовке для электроснабжения Зыряновского руд-
ника (Алтай); мощность ГЭС составила 150 кВт.
В начале 1980-х гг. и в РФ возникли обстоятельства, способствующие по-
явлению нового интереса к использованию ГЭР малых водотоков и разверты-
ванию работ по возрождению малых ГЭС.
7.2. Гидроэнергоресурсы реки
Под гидроэнергоресурсами реки понимаются запасы гидравлической энергии руслового стока. Их принято выражать мощностью и энергией.
Теоретическая мощность может быть определена по формуле [16]
|
|
n−1 |
|
+ |
|
|
|
|
||
Q |
Q |
|
||||||||
|
|
Nпот = 9,81∑ |
|
i |
|
i−1 |
|
Hi,i−1 , кВт, |
||
|
|
|
|
|||||||
|
|
n=1 |
|
|
2 |
|
|
|
||
где |
|
- среднемноголетний расход; n – |
число участков разделения длины реки; |
|||||||
Q |
||||||||||
i – номер створа (границы смежных участков); |
Н – падение уровня воды на |
участке реки длиной ∆L. Разделение на участки производится в местах измене-
ния продольного профиля и графика площади водосбора.
Теоретическая энергия руслового потока принимается равной среднемно-
голетней величине, определяемой по формуле
Эпот = 8760Nпот , кВт·ч/год.
21
8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Для водоснабженческого использования малых рек непобедимы опреде-
ленные условия:
– для нормальной работы водоприемников насосных станций необходима определенная глубина, которая при отсутствии подпора может быть не обеспе-
чена в период летней или зимней межени;
– повышение уровня воды в зоне подпора уменьшает высоту водоподъема насосных агрегатов, что ведет к уменьшению их рабочей мощности и, соответ-
ственно, потребления электроэнергии;
– повышение уровня грунтовой воды в зоне подтопления также уменьша-
ет высоту водоподъема устройств, обеспечивающих водоснабжение из подзем-
ных источников, увеличивает водообеспеченность этих источников.
Выполнение этих условий чаще всего достигается при создании водохра-
нилищ.
22
9. РЕКРЕАЦИОННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК
Малые реки обычно характеризуются низкими рекреационными возмож-
ностями. Это обусловлено их небольшой глубиной и шириной. Из-за неболь-
шой глубины и ширины в период межени многие малые реки используются для отдыха у воды (купание, загорание и т.п.) или для катания на небольших лод-
ках. Другие виды рекреаций – водный спорт, рыболовство с лодок, подводное плавание и пр. – осуществляться не могут, что значительно снижает рекреаци-
онную ценность малых водотоков.
Создание водохранилищ приводит к увеличению глубины в зоне подпора,
длины и ширины глубоководной части. Это расширяет рекреационные возмож-
ности малых рек [17.].
23
10. РЫБОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК
Увеличение производства рыбы может быть достигнуто за счет строи-
тельства водоемов (прудов) на малых реках [12, 18].
По типу расположения пруды могут быть: пойменные, русловые, балоч-
ные. Пруды русловые и балочного типа – глубокие, с наличием русел и значи-
тельной проточностью – менее продуктивны по сравнению с пойменными.
Пруды, используемые для выращивания рыбы, разделяют на нагульные,
выростные, нерестовые и зимовальные.
Рыбоводные хозяйства разделяются на четыре типа.
Полносистемное хозяйство может быть организовано во многих хозяй-
ствах, имеющих в своем землепользовании малые реки и ручьи, в поймах кото-
рых можно устроить необходимые пруды.
Возможно устройство упрощенных полносистемных рыбоводных ферм.
Нерестовые и маточные пруды делают за плотиной верхних прудов, а зимо-
вальные – за плотиной нижнего водоема, чтобы осенью можно было сначала спустить нижний пруд, выловить из него рыбу, а затем наполнить его водой из расположенного выше пруда (для водоснабжения зимовальных прудов).
Неполносистемные хозяйства могут быть двух типов: нагульные и рыбо-
питомники. Нагульные хозяйства организуют при наличии одного или несколь-
ких прудов, озер, участков рек, которые пригодны для выращивания только то-
варной рыбы. В задачу рыбопитомника входит выращивание рыбопосадочного материала: личинок, мальков, сеголетков.
24
11. ВОДНОТРАНСПОРТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК
ГОСТ 26775-97 [7] делит реки на категории и классы водных путей
Класс внутреннего водного пути - это его характеристика, установленная в зависимости от габаритов судового хода.
Водные пути подразделяют на семь классов, которые объединены в четы-
ре категории: сверхмагистраль, которая относится к I классу, магистраль - ко II
или III классу, путь местного значения - к IV или V классу, малая река - к VI
или VII классу.
Сверхмагистраль характеризуется, например, гарантированной глубиной более 2,6 м, шириной судового хода 100-85 м и радиусом его закругления 1000-
600м.
Умагистрали II класса гарантированная глубина 1,6-2,6 м, III класса - 1,1- 2,0 м, пути местного значения IV класса - 0,8- 1,4 м, V класса - 0,6-1,1 м, малой реки VI класса - 0,45-0,8 м, VII класса – менее 0,6 м.
25
12. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛЫХ РЕК ДЛЯ ЦЕЛЕЙ МЕЛИОРАЦИИ
Мелиорация, рекультивация и охрана земель – область науки и техники,
занимающаяся улучшением (мелиорацией), восстановлением (рекультивацией),
охраной земель различного назначения, борьбой с загрязнением, с природными стихиями – наводнениями, подтоплением земель, их размывом, эрозией, ополз-
нями, селями, суховеями – для повышения потребительской стоимости (полез-
ности) земель.
Мелиорация земель — коренное улучшение земель в результате осу-
ществления комплекса мер. Среди различных видов мелиорации наиболее мас-
штабными являются орошение и осушение.
Мелиорация, направленная на удаление с территории избыточной влаги, носит название осушительной. Мелиорация, направленная на ликвидацию не-
достатка вод в почвогрунтах сельскохозяйственных полей, носит название
орошения.
Осушительные мелиорации являются одним из основных направлений развития водного хозяйства страны. Ими обеспечиваются высокие урожаи сельскохозяйственной продукции на землях, до этого малопригодных для тако-
го использования. Осушение широко распространено на территориях, где име-
ются заболоченные и переувлажнённые земли, что в первую очередь характер-
но для Нечернозёмной зоны России. Осушение низинных, переходных и верхо-
вых болот осуществляется с помощью открытых каналов и закрытого дренажа разных типов.
Часто в мелиоративных целях строятся многочисленные водохранилища,
пруды. Примером тому может быть Полесская низменность, где в организации водного хозяйства использованы два подхода. Если в Белорусском Полесье для обеспечения развития сельского хозяйства создают в основном водохранилища,
то в Украинском - пруды.
26
13.ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ НА МАЛЫХ РЕКАХ
13.1.Общая характеристика гидроузлов
Речным гидроузлом называют комплекс гидротехнических сооружений,
расположенных на одной реке и объединенных условиями совместного исполь-
зования водных ресурсов [8].
Гидротехнические сооружения подразделяются на постоянные и времен-
ные [15].
К временным относятся сооружения, используемые только в период строительства (реконструкции) и ремонта постоянных сооружений.
Постоянные гидротехнические сооружения подразделяются на основные
ивторостепенные.
Косновным следует относить гидротехнические сооружения, разрушение или повреждение которых приводит к нарушению нормальных условий исполь-
зования водных ресурсов реки, подтоплению осушаемой и затоплению защи-
щаемой территории, ущербу рыбным запасам. К второстепенным следует отно-
сить гидротехнические сооружения, разрушение или повреждение которых не влечет за собой указанных выше последствий.
Создание речных гидроузлов приводит к разделению реки и прилегаю-
щей к ней территории на две зоны: зона с высоким уровнем воды, называемая верхним бьефом; зона с низким уровнем воды, называемая нижним бьефом.
Соответственно уровень воды первой зоны − УВБ, уровень воды второй зоны − УНБ. Разность уровней бьефов – это напор. Гидроузлы, создающие напор,
называют подпорными.
Подпорные гидроузлы на малых равнинных реках по величине напора принято делить на низко- и средненапорные.
13.2. Состав сооружений и компоновка гидроузлов
На малых реках наиболее широко распространены подпорные гидроузлы,
в состав которых обычно входят:
27
-водоподпорные сооружения;
-водосбросные сооружения;
-водоспускные и водовыпускные сооружения.
В зависимости от назначения гидроузлов в них могут входить также зда-
ния ГЭС, водозаборы, насосные станции и другие сооружения.
Водоподпорные сооружения создают и поддерживают перепад уровней между верхним и нижним бьефами (напор).
Водосбросные сооружения должны обеспечивать:
- пропуск расходов половодья и дождевых паводков и других неисполь-
зуемых расходов воды во избежание превышения проектных уровней воды в верхнем бьефе;
- пропуск льда, шуги, мусора и других плавающих предметов из верхнего бьефа в нижний, если это требуется по условиям эксплуатации гидроузла.
Эти функции водосбросных сооружений могут осуществляться как в пе-
риод эксплуатации гидроузла, так и в период его строительства. В первом слу-
чае водосбросные сооружения называются эксплуатационными, во втором слу-
чае – строительными или сооружениями для пропуска строительных расходов.
Водоспускные сооружения необходимы для осуществления попусков во-
ды из водохранилища, в частности, для поддержания в нижнем бьефе опреде-
ленных санитарно-экологических условий (так называемые санитарные расхо-
ды воды, устанавливаемые санитарными правилами и нормами.
Взаимное размещение сооружений гидроузла принято называть компо-
новкой.
Возведение гидроузлов на малых реках осуществляют при двух основных способах пропуска строительных расходов:
-с отводом воды из русла реки;
-без отвода воды из русла.
По первому способу вначале отводят воду, например, по строительному каналу; далее русло реки огораживают временными дамбами - строительными перемычками, под защитой которых возводят водосбросное сооружение; по го-
28
товности последнего, речную воду направляют в это сооружение, а строитель-
ный канал перегораживают подпорными сооружениями.
По второму способу водосбросное сооружение возводят на пойме или в части русла; речная вода в это время проходит или по всему сечению русла, или по свободной его части; при готовности водосброса воду направляют в него, а в русле возводят подпорные сооружения.
В соответствии с размещением водосбросного сооружения различают компоновку русловую, пойменную, береговую, смешанную.
По размерам создаваемой емкости подпорные гидроузлы можно разде-
лить на два вида: водохранилищные и русловые.
Водохранилищные гидроузлы образуют значительное по объему водо-
хранилище путем затопления русла и поймы реки; такое водохранилище может вести регулирование стока реки.
Русловые гидроузлы характеризуются тем, что подпорный уровень в них не превышает бровки русла, при этом пойма реки не затопляется. Напор руслового гидроузла образуется за счет разницы между подпорным уровнем и уровнем воды в реке в межень; последний всегда ниже бровки русла. Напор в зависимости от высоты берегов может доходить до 5-6 м. Однако в период про-
хождения максимальных расходов воды (обычно в половодье) уровень воды перед створом гидроузла (УВБ) и уровень воды ниже створа (УНБ) практиче-
ски выравниваются, что приводит к снижению напора почти до нуля.
13.3.Водоподпорные сооружения
13.3.1.Типы водоподпорных сооружений
Вкачестве водоподпорных сооружений наиболее широко применяются плотины. В зависимости от назначения гидроузла подпорными сооружениями могут быть здания ГЭС и насосных станций, устои, подпорные стенки и др.
Плотины возводят из различных материалов: грунта (камня), бетона и железобетона, дерева, синтетических материалов. Наибольшее распространение в гидроузлах на малых реках получили плотины из грунтовых материалов.
29
13.3.2. Конструкции водоподпорных сооружений
Основным параметром этих плотин является максимальная высота, от-
считываемая от отметки основания плотины в наиболее глубоком месте речной долины до отметки бровки гребня плотины.
Конструкции земляных плотин разнообразны [9]. Широко распростране-
ны однородные плотины в силу простоты конструкции и возведения. Однород-
ные сооружения характеризуются тем, что их тело состоит из материала одного качества – песка, супеси, суглинка. При соответствующих условиях, как прави-
ло, для снижения фильтрационных потерь воды, возводят неоднородные пло-
тины, в состав тела которых входят противофильтрационные элементы (ядра,
экраны, диафрагмы).
Земляные плотины конструктивно могут быть с уположенным верховым откосом, не требующим специального крепления от волнового воздействия во-
ды верхнего бьефа или с крепленым верховым откосом.
13.4. Водосбросные сооружения
Главнейшим параметром водосброса является расход воды Qc6p, м3/с, кото-
рый необходимо пропустить из верхнего бьефа в нижний в период паводка или половодья.
Сбросной расход определяется максимальными расходами реки, величина которых назначается по обеспеченности в соответствии с [15].
К другим параметрам водосбросов в зависимости от их типа относятся:
число и размеры водосбросных отверстий, длина водосбросного (водосливно-
го) фронта, площади поперечного сечения отводящих сооружений, размеры гася-
щих энергию потока сооружений и др.
В водосбросах принято выделять три основные части: головная, отводя-
щая и гасящая.
Тип водосброса определяется, как правило, головной частью. В гидроуз-
лах на малых реках наиболее распространены следующие типы водосбросов:
30