Водозаборные сооружения в нижних бьефах гидроузлов и устьевых участках водотоков, впадающих в водоемы

5.77. Согласно п. 5.84 СНиП 2.04.02-84 не рекомендуется размещать водоприемники водозаборов на участках нижнего бьефа ГЭС, прилегающих к гидроузлу, в верховьях водохранилищ, а также на участках, расположенных ниже устьев притоков водотоков и в устьях подпертых водотоков. Однако в практике проектирования при определенных технико-экономических условиях возникает необходимость в размещении водозаборов на этих участках при соблюдении нижеследующих требований и рекомендаций.

5.78. При проектировании и строительстве водозаборов в нижних бьефах гидроузлов следует учитывать гидрологические особенности трех участков нижнего бьефа (см. рис. 102).

Верхний участок I характеризуется наибольшей амплитудой колебаний уровня воды вследствие регулирования мощности гидроэлектростанций; изменяющимся гидродинамическим воздействием потока на крутые береговые склоны, которые может повлечь их переформирование, особенно при наличии волнения;

Отстаивание воды в водохранилище и сброс в нижний бьеф осветленной воды увеличивают транспортирующую способность потока в нижнем бьефе и вызывают размыв ложа реки, особенно в верхней части участка.

Попуски воды из водохранилища зимой могут вызывать местный ледоход и значительное повышение уровня воды. Они обусловливают также появление полыньи в ледяном покрове, длина которой в течение зимы меняется в зависимости от колебания температуры воздуха и размера попуска воды, вследствие чего следует ожидать появления шуги, внутриводного льда, снежуры и связанных с ними ледовых осложнений в работе водозаборных сооружений.

Средний участок II характеризуется: меньшей амплитудой и интенсивностью суточных колебаний уровня воды; меньшими гидродинамическим воздействием потока на береговые склоны и размывом ложа реки; большими, чем на 1 участке, зимними уровнями воды из-за повышения гидравлических сопротивлений русла благодаря наличию ледяного покрова; неустойчивым ледовым режимом из-за возможности продвижения кромки полыньи на этот участок или появления локальных полыней; возможностью поступления шуги и внутриводного льда с 1 участка реки; возможностью возникновения зимнего ледохода, навала льда и образования щели между берегом и ледяным покровом.

Нижний участок III характеризуется: постепенным практическим исчезновением суточных колебаний уровней воды благодаря регулирующей способности русла при неустановившемся движении воды, впадению притоков и подпора от расположенного ниже гидроузла; затуханием недельных изменений расходов и уровней и ослаблением ледовых явлений по сравнению с этими явлениями до постройки гидроузла.

Выявление изменения гидрологических условий и их особенностей должно производиться на основе соответствующих изысканий, а также гидрологических и водохозяйственных расчетов.

5.79. При проектировании и строительстве водозаборов на реках в их истоках из озер следует учитывать дополнительные условия:

в истоках из больших и глубоких озер формируются большие полыньи и сложные шуголедовые условия. По сравнению с режимом в нижних бьефах режим истоков отличается отсутствием неустановившихся попусковых течений, иначе говоря, значительных колебаний уровней воды в пределах суток и недели;

в истоках некоторых средних озер во время весеннего половодья могут возникать в реке течения разных направлений. До наполнения озера до некоторого уровня воды в истоках возникает течение в сторону озера, а после этого наполнения течение приобретает обычное направление – из озера.

5.80. При проектировании и строительстве водозабора в нижних бьефах гидроузлов особое внимание необходимо обратить на гидротермический режим водохранилища и нижнего бьефа.

Относительно малые водохранилища незначительно влияют на гидротермический режим нижнего бьефа, в то время как из больших водохранилищ в нижний бьеф сбрасывается вода с положительной температурой в течение всего холодного периода года.

Нижние бьефы, не подпертые снизу, характеризуются неблагоприятным для водозабора режимом на большом протяжении, достигающем 50-80 км и более.

В нижних бьефах каскада ГЭС, которые подперты снизу, неблагоприятные для водозабора явления развиваются на меньшем участке, однако в этом случае на этом участке наблюдаются некоторые неблагоприятные гидравлические явления, например обратная волна. Они вызывают значительные перемещения загрязненных вод в направлении, противоположном направлению течения в русле.

Наиболее неблагоприятные для водозабора шуголедовые условия создаются в русле у низовых оконечностей полыней, в области формирования ледяной кромки ледостава, непрерывно передвигающейся по руслу реки под действием попусковых волн и термических условий. Поэтому наиболее неблагоприятными для водозабора оказываются те участки реки, для которых число перемещений кромки ледостава через створ за весь холодный период года оказывается наибольшим.

На реках Приуралья и Сибири на откосах берегов и земляных сооружений при значительных колебаниях уровней могут формироваться особые наледеобразные скопления льда разных видов.

Эти береговые многослойные наледеобразования при обрушении на спаде уровней могут перекрывать сечения каналов и водоприемных ковшей, а также разрушительно воздействовать на все береговые сооружения и крепления их откосов.

5.81. Вследствие недостаточной изученности неустановившегося режима в нижних бьефах гидроузлов и возможности возникновения непредвиденных явлений в русле реки оказываются необходимыми более детальные изыскательские работы у места водозабора и, в частности, определение высоты и скорости движения песчаных волн.

В исследованиях должны предусматриваться работы по выявлению особенностей режима попусковых волн и их влияния на перемещение загрязнения, в частности, специальное взятие проб воды по сечению реки вблизи очагов загрязнений в период подъема и спада попусковой волны.

5.82. При выборе типа и основных размеров водозабора должно учитываться своеобразие условий нижних бьефов гидроузлов.

Для водозаборов I категории надежности водоподачи рекомендуется применять незатопляемые водоприемники – береговые или русловые, но доступные в любое время года, например крибы, водоприемные ковши разных типов и т. п.

Затопленные водоприемники для водозаборов I категории надежности следует применять только в составе водозаборов комбинированного типа.

5.83. В малоустойчивых песчаных руслах больших рек с подвижным рельефом дна устройство руслового водозабора с незатопляемым крибом может оказаться целесообразным и для водозабора II категории надежности водоподачи, если в районе его расположения фарватер значительно удален от берега и отдален от него островами и мелями.

Если фарватер расположен сравнительно недалеко от линии берега, то вместо криба следует применять водоприемный ковш с усовершенствованным или самопромывающимся входом. Особенность такого ковша состоит в возможности промыва при высоких уровнях всей акватории первичного водоворота, формирующегося на входе в ковш в период межени. В подобном случае работа водоприемника, расположенного в ковше, не будет зависеть от изменений и деформаций русла, как работа водоприемников, расположенных в русле.

5.84. На устьевых участках водотоков, впадающих в водоемы, в зависимости от сложности условий забора воды можно применять все рассмотренные ранее речные водозаборные сооружения. При этом необходимо учитывать следующие гидрологические особенности этих участков:

формирование русел рек на устьевых участках зависит от условий подпора со стороны водохранилища, в которое впадает река;

при синхронном подъеме или спаде уровней воды в реке и водохранилище на устьевом участке формируется устойчивое русло;

при впадении реки в водохранилище (или другой водоем) с относительно небольшой амплитудой колебания уровней воды волна половодий и паводков проходит в пределах устьевого участка с образованием кривой спада, т. е. с увеличением скорости течения воды и наносотранспортирующей способности потока. При этом русло углубляется, а при малых расходах воды в реке, когда сказывается подпор со стороны водохранилища, на этом участке откладываются наносы;

те же явления происходят при проходе половодий и паводков на реке при низких уровнях воды в водохранилище (уровнях сработки), т. е. русло устьевого участка реки размывается и углубляется;

ежегодная обработка подпорного уровня воды в водохранилище (перед его наполнением в половодье) оказывает значительное влияние на устьевые участки притоков.