Водоспускные сооружения

Водоспускные сооружения (водоспуски) служат для полезных попусков воды из водохранилища в русло нижнего бьефа плотины, а также для полного освобождения водохранилища (головного и рыбоводных прудов) от воды [7].

Полезные попуски воды в русло нижнего бьефа необходимы для подачи воды потребителям (для водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий), подачи воды на орошаемые поля, подачи воды в рыбоводные хозяйства.
Освобождение водохранилища от воды необходимо при очистке его от отложившихся наносов, ремонте плотины и сооружений с низко расположенными порогами.
Водоспуски - обязательные сооружения в прудовом хозяйстве, где освобождение от воды искусственных водоемов необходимо по условиям выращивания рыбы.
Исходя из задач, выполняемых водоспусками, их располагают в пониженных местах русла водотока. Это условие должно обязательно выполняться, если водоспуски предназначены для полного освобождения водохранилищ или прудов от воды. Такие водоспуски часто называют донными.
Водоспуски полезно совмещать с другими водопропускными сооружениями - водосбросными сооружениями, а иногда и с водозаборами [8]. В зависимости от задач водоспуски работают непрерывно или периодически. Попуски воды из водохранилища для полезных целей (водоснабжения) осуществляются независимо от времени года. Водоспуски, предназначенные для этих целей, работают без перерыва при всех уровнях воды в водохранилище. В конструкции таких водоспусков полезно иметь две и больше самостоятельно работающие нитки трубопроводов. При необходимости ремонтных работ одну из ниток отключают, а остальные продолжают действовать, обеспечивая непрерывную подачу воды потребителю. Непрерывно работающие водоспуски в периоды высоких уровней воды в водохранилище находятся под большим напором, для гашения которого требуются мощные гасящие устройства. Кроме того, приходится учитывать появление кавитации и сопутствующей кавитационной эрозии.

 

Различают открытые, закрытые (трубчатые) и башенные водоспуски. Регулирование расходов осуществляют затворами, которые устраивают в начале водоводов, в средней части и на выходе, предусматривая для них камеры управления.
Открытые водоспуски. В плотинах небольшой высоты (например, для рыбных прудовых хозяйств) устраивают открытые водоспуски, по конструкции представляющие собой шлюзы-регуляторы.
Сооружаются они как в теле плотины, так и в берегах при плотинах высотой до 6 м и небольших паводковых расходах. Днище водоспуска - флютбет - устраивается ниже нормального подпорного уровня воды на 2-4 м, необходимый подпорный уровень воды поддерживается затворами. Благодаря такому расположению флютбета и наличию затворов водоспуски одновременно служат для сброса паводковых расходов и для выпуска воды из водохранилища полностью или до любого требуемого уровня [10, 16].
Открытые водоспуски бывают деревянные, каменные, бетонные и железобетонные. Из дерева водоспуски устраиваются лишь в отдельных случаях, чаще - на рыбоводных прудах.
Составными частями открытого водоспуска являются береговые устои, промежуточные опоры-быки и днище-флютбет.
Со стороны верхнего бьефа быки могут иметь переднюю грань прямоугольную, полуциркульную, заостренную и криволинейно заостренную. Пролеты между опорами перекрываются деревянными или металлическими затворами. На водоспуске обычно устраивается служебный мостик для подъема и опускания затворов и проходит проезжая дорога.
Для уменьшения пролетов между быками и береговыми устоями устанавливаются промежуточные деревянные или металлические стойки. Стойки могут быть постоянными и съемными (устраиваются, если предусмотрен пропуск через пролеты льда). Ширина одного пролета, если исходить из условия пропуска льда, должна быть не меньше 8 м.
Длину флютбета, а также необходимость предпонурной подушки и забивки шпунтов устанавливают на основании фильтрационного расчета. Толщина предпонурной глинобетонной подушки составляет 0,5-1 м, толщина глинобетонного понура - не менее 0,5 м. У стыка с водобоем толщину понура увеличивают. Сверху понура устраивается каменная мостовая или укладываются бетонные плиты. Толщина водобоя определяется фильтрационным расчетом (предварительно принимается 0,4-1 м). Трубчатые водоспуски. В плотинах небольшой высоты распространены трубчатые водоспуски, по конструкции аналогичные водозаборным сооружениям. Их особенность состоит в том, что при расположении затворов с низовой стороны площадку для управления затворами (задвижками) поднимают выше максимального уровня воды в нижнем бьефе.
Трубчатые водоспуски (рисунок 71) предназначены для полного или частичного опорожнения водохранилища при ремонте со стороны верхнего бьефа, для промывки наносов, а также для обеспечения водообмена (проточности) в рыбоводных прудах. Водоспуски данного типа используются для пропуска небольших расходов. Устраивают их из стальных, чугунных, железобетонных труб. Трубы водоспуска работают в напорном режиме. Входная часть трубы делается уширенной и перекрывается металлической решеткой. В выходной части устанавливается задвижка. Выходная часть водоспуска заканчивается в отводящем канале, где строится водобойный колодец или другие устройства для гашения энергии воды, выходящей из труб [20].

1 - металлическая решетка; 2 - стальная или чугунная труба; 3 - крепление верхового откоса; 4 - слой глины; 5 - диафрагма; 6 - задвижка; 7 - водобойный колодец.
Рисунок 71 - Трубчатый водоспуск (по Мамонтовой, 2012)
В зависимости от пропускаемого расхода могут быть уложены одна или несколько труб. Если укладывается несколько труб, расстояние между ними принимается не меньше диаметра трубы. Чтобы обеспечить прочность труб при осадке плотины и избежать фильтрации вдоль труб, устраивают железобетонные диафрагмы (на стальных трубах стальные), располагая их в местах стыков отдельных звеньев труб. Вокруг труб укладывают слои глины или глинобетона.
Перспективна конструкция многоголового водоспуска-водовыпуска, в которой необходимый потребителю расход изымается из напорных водоводов в распределительной камере, что очень важно при использовании сооружения для различных целей (например, водоснабжения, рыбоводства, малой гидро
энергетики и др.).
Башенные водоспуски - наиболее рациональный тип водоспуска при плотинах низких и средней высоты. Конструкция их такая же, как и водозаборов, расчеты аналогичны. В состав башенного водоспуска входят трубопровод, башня управления затворами, входной и выходной оголовки. Трубопровод состоит из железобетонных труб диаметром 1-1,4 м. Нагрузка от
земли по длине трубы неодинакова, и, чтобы ослабить напряжение от изгиба, ее устраивают из нескольких звеньев. Звенья труб с башней и между собой сопрягаются швами, которые обеспечивают раздельную их работу. Швы следует конструировать так, чтобы при осадках не нарушалась их водонепроницаемость [6].