Рассмотрены конструкции и методы расчета различных речных и внутрисистемных гидротехнических сооружений, компоновки речных гидроузлов, а также регулирование рек. Большое внимание уделено новейшим достижениям в области проектирования и строительства гидротехнических сооружений. Приведены конструкции и сооружения, необходимые для создания технически совершенных мелиоративных систем. Для студентов по специальности "Гидромелиорация".

Предисловие

Раздел 1. Общие сведения о гидротехнических сооружениях и условиях их работы
1.1. Введение
1.1.1. Водные ресурсы, водное хозяйство и его отрасли, перспективы их развития в СССР
1.1.2. Краткие сведения о развитии строительства гидротехнических сооружений
1.2. Классификация гидротехнических сооружений, гидроузлов и гидросистем, условия их работы и общие вопросы проектирования
1.2.1. Гидротехнические сооружения и их классификация
1.2.2. Гидроузлы и гидросистемы, их классификация
1.2.3. Особенности и условия работы гидротехнических сооружений
1.2.4. Общие вопросы проектирования гидротехнических сооружений

Раздел 2. Фильтрация воды под гидротехническими сооружениями и в обход их
2.1. Фильтрация в нескальных основаниях
2.1.1. Общие сведения о фильтрации
2.1.2. Составные части флютбета
2.1.3. Расчетные условия при фильтрации
2.1.4. Методы фильтрационных расчетов
2.1.5. Метод коэффициентов сопротивлений
2.1.6. Особые случаи фильтрации
2.1.7. Влияние отдельных частей флютбета на фильтрацию
2.1.8. Фильтрационные деформации
2.2. Фильтрация в скальных основаниях
2.2.1. Особенности фильтрации в скальных породах
2.2.2. Противофильтрационное давление и противофильтрационные устройства в основании плотин
2.3. Фильтрация в обход гидротехнических сооружений
2.3.1. Общие сведения
2.3.2. Фильтрационные расчеты

Раздел 3. Общие вопросы расчетов устойчивости и прочности подпорных бетонных гидротехнических сооружений
3.1. Нагрузки и воздействия на бетонные подпорные гидротехнические сооружения. Особенности расчетов по предельным состояниям
3.1.1. Нагрузки и воздействия на бетонные гидротехнические сооружения. Сочетания нагрузок и воздействий
3.1.2. Расчеты плотик по предельным состояниям
3.2. Расчеты устойчивости подпорных бетонных гидротехнических сооружений
3.2.1. Расчеты устойчивости гравитационных плотин на сдвиг в случае нескальных оснований
3.2.2. Расчеты устойчивости гравитационных плотин на сдвиг в случае скальных оснований
3.2.3. Расчеты устойчивости на опрокидывание и всплывание
3.2.4. Расчеты устойчивости контрфорсных и арочных плотин
3.3. Расчеты прочности бетонных гидротехнических сооружений
3.3.1. Особенности плотин различной высоты на скальном основании
3.3.2. Критерии прочности. Основные требования к напряженному состоянию бетонных плотин на скальном основании
3.3.3. Критерии прочности и особенности расчетов бетонных плотин на нескальном основании
3.3.4. Влияние различных факторов на напряженное состояние и прочность плотин
3.4. Расчет деформаций бетонных гидротехнических сооружений на нескальном и скальном основании
3.4.1. Общие сведения о деформации бетонных сооружений
3.4.2. Расчеты деформаций при нескальных основаниях
3.4.3. Расчеты деформаций при скальных основаниях
3.5. Температурно-влажностные напряжения и деформации в бетонных и железобетонных гидротехнических сооружениях
3.5.1. Температурные напряжения и деформации
3.5.2. Усадка и набухание
3.6. Сейсмические воздействия на гидротехнические сооружения

Раздел 4. Общие вопросы проектирования водопропускных сооружений
4.1. Основные виды водопропускных гидротехнических сооружений, их особенности, режимы работы
4.1.1. Классификация водопропускных сооружений. Расчетные расходы и уровни воды. Отверстия
4.1.2. Условия работы открытых водопропускных сооружений
4.1.3. Условия работы закрытых водопропускных сооружений
4.1.4. Аэрация потока в водопропускных сооружениях
4.1.5. Волнообразование в водопропускных сооружениях
4.1.6. Пропуск льда через водопропускные сооружения
4.1.7. Абразивная эрозия бетонных поверхностей водопропускных сооружений
4.2. Методы управления бурными потоками и использование их при проектировании водосбросных сооружений
4.3. Кавитация элементов гидротехнических сооружений и меры борьбы с кавитационной эрозией
4.3.1. Кавитация и ее влияние на сооружение
4.3.2. Методы борьбы с кавитационной эрозией элементов водосбросных сооружений
4.4. Проектирование устройств нижнего бьефа гидротехнических сооружений
4.4.1. Гидравлические режимы сопряжения бьефов
4.4.2. Основные элементы крепления при донном режиме сопротивления. Определение параметров крепления
4.4.3. Гидродинамические нагрузки на плиты водобоев и рисберм
4.4.4. Конструкции креплений нижнего бьефа при поверхностном режиме сопряжения
4.4.5. Устройства нижнего бьефа при сопряжении с отбросом струи
4.4.6. Методы борьбы со сбойными течениями
4.4.7. Русловые переформирования в зоне нижнего бьефа

Раздел 5. Плотины грунтовые и из других местных материалов
5.1. Грунтовые плотины
5.1.1. Общие сведения о грунтовых плотинах
5.1.2. Характеристика грунтов тела плотины и оснований
5.1.3. Воздействие ветровых волн на откосы грунтовых плотин
5.1.4. Конструктивные части плотины
5.1.5. Дренажи грунтовых плотин
5.1.6. Обратные фильтры дренажей
5.1.7. Противофильтрационные устройства в теле плотины
5.1.8. Противофильтрационные устройства в основании плотин
5.1.9. Фильтрация в грунтовых плотинах
5.1.10. Фильтрация в плотинах на водонепроницаемом основании
5.1.11. Фильтрация в плотинах на водопроницаемом основании
5.1.12. Устойчивость откосов грунтовых плотин
5.1.13. Другие виды статических расчетов плотин
5.2. Каменнонабросные и каменно-земляные плотины
5.2.1. Общие сведения о каменнонабросных плотинах
5.2.2. Части каменнонабросных плотин и противофильтрационные устройства в их основании
5.2.4. Каменно-земляные плотины
5.3. Прочие типы плотин из грунтовых материалов
5.3.1. Намывные плотины
5.3.2. Сооружения, возводимые способом отсыпки грунта в воду
5.3.3. Плотины, возводимые направленным взрывом
5.3.4. Плотины на вечной мерзлоте
5.3.5. Плотины из армированного грунта
5.4. Грунтовые водосливные плотины
5.5. Деревянные плотины
5.5.1. Общие сведения о плотинах и их типы
5.5.2. Флютбеты деревянных плотин
5.5.3. Устои деревянных плотин
5.5.4. Опоры в пролетах плотины
5.5.5. Стланевые плотины

Раздел 6. Водопропускные сооружения гидроузлов с глухими плотинами
6.1. Типы водосбросов и водовыпусков. Условия их применения
6.2. Открытые береговые водосбросы
6.2.1. Водосбросы с лобовым подводом воды (фронтальные)
6.2.2. Водосбросы с боковым отводом воды от головной части (траншейные)
6.3. Закрытые береговые водосбросы
6.3.1. Трубчатые башенные водосбросы
6.3.2. Трубчатке ковшовые водосбросы
6.3.3. Сифонные водосбросы
6.3.4. Туннельные водосбросы
6.4. Пропуск паводка через основные и вспомогательные (естественные) водосбросы
6.5. Водовыпуски
6.5.1. Трубчатые водовыпуски
6.5.2. Туннельные водовыпуски

Раздел 7. Бетонные и железобетонные плотины
7.1. Общие сведения
7.1.1. Основные типы плотин и их характеристики
7.1.2. Методы улучшения оснований
7.2. Бетонные глухие гравитационные плотины на скальном основании
7.2.1. Массивные плотины
7.2.2. Облегченные плотины
7.2.3. Пути усовершенствования и удешевления гравитационных плотин
7.2.4. Расчеты напряженного состояния гравитационных плотин
7.3. Бетонные водосбросные плотины
7.3.1. Основные типы и схемы
7.3.2. Конструкции плотин
7.4. Арочные плотины
7.4.1. Основные типы
7.4.2. Общие сведения об арочных плотинах
7.4.3. Основные вопросы проектирования
7.4.4. Краткие сведения о расчетах прочности и устойчивости
7.5. Контрфорсные плотины
7.5.1. Классификация. Общие сведения
7.5.2. Массивно-контрфорсные плотины
7.5.3. Многоарочные плотины
7.5.4. Плотины с плоскими напорными перекрытиями
7.5.5. Некоторые конструктивные и другие особенности
7.5.6. Основы расчетов прочности элементов и устойчивости контрфорсных плотин

Раздел 8. Каналы и гидротехнические сооружения на них
8.1. Каналы
8.1.1. Общие сведения, классификация, формы и размеры поперечных сечений
8.1.2. Трассирование каналов
8.1.3. Потери воды из каналов и методы борьбы с ними, одежда (облицовки) каналов
8.2. Регулирующие сооружения
8.2.1. Общие сведения. Классификация, особенности и условия работы
8.2.2. Типы и конструкции регуляторов
8.2.3. Сборно-блочные внутрисистемные сооружения
8.2.4. Проектирование и расчет регулирующих сооружений
8.2.5. Водомерность регулирующих сооружений. Водомерные устройства и принципы автоматизации регулирующих сооружений
8.3. Водопроводяшие сооружения
8.3.1. Общие сведения, основные типы и особенности водопроводящих сооружений
8.3.2. Акведуки, селепроводы и лотки
8.3.3. Трубопроводы, дюкеры и трубы-ливнепроводы
8.3.4. Гидротехнические туннели
8.4. Сопрягающие сооружения
8.4.1. Общие сведения и классификации
8.4.2. Быстротоки
8.4.3. Перепады
8.4.4. Консольные перепады
8.4.5. Выбор типа сопрягающего сооружения
8.4.6. Особенности сооружений, возводимых на пучинистых и просадочных грунтах и в условиях вечной мерзлоты

Раздел 9. Затворы гидротехнических сооружений
9.1. Общие сведения о механическом оборудовании гидротехнических сооружений
9.1.1. Общие понятия и состав механического оборудования гидротехнических сооружений
9.1.2. Типы затворов и их классификация
9.1.3. Действующие силы и общие условия работы затворов
9.2. Плоские затворы водосливных отверстий
9 2.1. Плоские простейшие затворы
9.2.2. Металлические плоские затворы
9.2.3. Особые конструкции плоских затворов
9.2.4. Противофильтрационные уплотнения
9.2.5. Сила тяжести затворов и определение усилии для маневрирования ими
9.3. Сегментные затворы водосливных отверстий
9.3.1. Типы и конструкции сегментных затворов
9.3.2. Определение подъемного усилия и способы его уменьшения. Достоинства и недостатки сегментных затворов
9.4. Редко применяемые типы затворов водосливных отверстий
9.5. Затворы глубинных отверстий
9.5.1. Виды и особенности работы глубинных затворов
9.5.2. Глубинные затворы с камерами, облицовка которых омоноличена с бетоном сооружения
9.5.3. Глубинные затворы с камерами в виде самонесущего стального корпуса
9.6. Эксплуатация и автоматизация затворов, оборудование для маневрирования
9.6.1. Оборудование для маневрирования затворами
9.6.2. Автоматизация работы затворов гидротехнических сооружений на мелиоративных системах, вододействующие затворы-автоматы
9.6.3. Эксплуатация и выбор типа затворов

Раздел 10. Регулирование русл
10.1. Основные сведения о русловых процессах и деформациях
10.1.1. Естественные факторы руслообразования, определяющие морфологические элементы потока и русла
10.1.2. Способность русловых отложений образовывать отмостку
10.1.3. Устойчивость русл. Два уровня взаимодействия потока и русла
10.1.4. Классификация русл рек
10.1.5. Расчетные морфологические элементы русл
10.1.6. Виды деформаций русл и задачи их прогнозирования
10.1.7. Местные деформации русла
10.1.8. Деформации русл при бесплотинном водозаборе
10.1.9. Заиление подпертых бьефов и водохранилищ
10.1.10. Занесение в зоне дополнительного подпора
10.1.11. Общий размыв русл в нижних бьефах гидроузлов
10.1.12. Занесение русл в нижних бьефах
10.1.13. Вопросы охраны природы в зоне влияния гидроузлов
10.2. Задачи и методы регулирования русл и русловых процессов
10.2.1. Регулирование русл при бесплотинном водозаборе
10.2.2. Регулирование русл в подпертых бьефах
10.2.3. Борьба с заилением водохранилищ и прудов
10.2.4. Регулирование общего размыва в нижних бьефах
10.2.5. Регулирование рек-водоприемников
10.2.6. Обвалование земель
10.2.7. Гидротехнические методы рекультивации малых и средних равнинных рек
10.3. Регуляционные сооружения
10.3.1. Классификация
10.3.2. Краткие сведения о строительных материалах и элементах конструкций
10.3.3. Крепление берега
10.3.4. Дамбы
10.3.5. Шпоры
10.3.6. Прорези
10.3.7.    Наносоуправляющие пороги

Раздел 11. Водозаборные сооружения
11.1. Общие сведения
11.1.1. Понятие о водозаборе, назначение и классификация водозаборных сооружений
11.1.2. Выбор места расположения речного водозаборного узла сооружений
11.1.3. Выбор типа водозаборного узла, состав и компоновка его сооружений
11.2. Бесплотинные водозаборные гидроузлы
11.2.1. Общие сведения
11.2.2. Основные схемы бесплотинных водозаборных гидроузлов и область их применения
11.2.3. Головные сооружения бесплотинных водозаборных узлов
11.2.4. Расчеты бесплотинных водозаборных узлов
11.3. Плотинные водозаборные гидроузлы
11.3.1. Общие сведения, условия применения
11.3.2. Боковые поверхностные плотинные водозаборные гидроузлы
11.3.3. Фронтальные поверхностные плотинные водозаборные гидроузлы
11.3.4. Решетчатые плотинные водозаборные гидроузлы
11.3.5. Занесение и промывка верхних бьефов водозаборных гидроузлов

Раздел 12. Отстойники и гравиеловки
12.1. Общие сведения
12.1.1. Назначение, размещение и классификации отстойников
12.1.2. Требования к гравиеловкам и отстойникам
12.1.3. Процесс осаждения наносов в отстойнике
12.1.4. Изменение мутности и фракционного состава наносов
12.2. Конструкции отстойников
12.2.1. Многокамерные отстойники с периодической промывкой
12.2.2. Однокамерные отстойники
12.2.3. Отстойники непрерывного действия
12.2.4. Грунтовые отстойники с механической очисткой
12.3. Гидравлический расчет отстойников
12.3.1. Общие рекомендации при проектировании отстойников
12.3.2. Определение времени заиления камеры
12.3.3. Расчет промыва камеры от наносов
12.3.4. Расчет пульповода
12.4. Гравиеловки

Раздел 13. Специальные гидротехнические сооружения и конструкции
13.1. Судоходные пути и сооружения
13.1.1. Водные пути
13.1.2. Конструкции и габариты судоходных каналов
13.1.3. Назначение и конструкция судоходных шлюзов
13.1.4. Камеры и системы питания судоходных шлюзов
13.1.5. Пропуск судов через шлюзы
13.1.6. Судоподъемники
13.1.7. Лесопропускные сооружения
13.1.8. Размещение судоходных сооружений
13.1.9. Затраты воды на пропуск судов и леса
13.2. Рыбохозяйственные гидротехнические сооружения
13.2.1. Влияние речного гидротехнического строительства на ихтиофауну
13.2.2. Рыбоходы
13.2.3. Рыбоподъемники
13.2.4. Рыбозащитные конструкции при водозаборе
13.2.5. Рыбоводные пруды
13.3. Защита водозаборных сооружений от льда, шуги и мусора
13.3.1. Запони
13.3.2. Шугосбросы
13.3.3. Сороудерживающие решетки
13.4. Противоэрозионные сооружения
13.5. Противоселевые сооружения
13.5.1. Понятие о селевых потоках
13.5.2. Гидротехнические мероприятия и сооружения по борьбе с селевыми потоками

Раздел 14. Речные гидроузлы и водохранилища
14.1. Компоновка речных гидроузлов
14.1.1. Классификация речных гидроузлов
14.1.2. Основные положения при разработке компоновки гидроузлов
14.1.3. Условия, влияющие на компоновку гидроузлов
14.1.4. Примеры компоновки сооружений на равнинной реке
14.1.5. Пример компоновки гидроузла на реке с обилием песчаных наносов
14.1.6. Примеры компоновки сооружений на реке с гравелисто-галечниковыми наносами
14.1.7. Примеры компоновки сооружений высоконапорных гидроузлов
14.2. Гидротехнические мероприятия в бьефах гидроузлов
14.2.1. Классификация верхних бьефов
14.2.2. Организация чаши водохранилищ
14.2.3. Мероприятия в подпертых бьефах
14.2 4. Мероприятия в Нижних бьефах гидроузлов

Раздел 15. Исследования гидротехнических сооружений
15.1. Лабораторные исследования
15.1.1. Задачи и виды лабораторных исследований гидротехнических сооружений и их развитие
15.1.2. Основы теории подобия
15.1.3. Гидравлическое моделирование
15.1.4. Моделирование напряженного состояния и прочности гидротехнических сооружений и нх оснований при воздействии статических и динамических нагрузок и температур
15.2. Натурные исследования гидротехнических сооружений

Указатель литературы
Предметный указатель

Предисловие

Продовольственная программа СССР на период до 1990 г., одобренная майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС, и Долговременная программа мелиорации, повышения эффективности использования мелиорированных земель в целях устойчивого наращивания продовольственного фонда страны, принятая на октябрьском (1984 г.) Пленуме ЦК КПСС, предусматривают значительное развитие водохозяйственного строительства. Прежде всего это мелиорация земель в широких масштабах, возведение крупных гидроузлов с учетом нужд энергетики, орошения, водоснабжения, судоходства и рыбоводства, использование новейших достижений науки и техники, систем автоматики, телеуправления и др.

Наша страна занимает второе (после Бразилии) место в мире по запасам пресной воды, но распределяется речной сток по территории крайне неравномерно. Ощущается дефицит водных ресурсов в центральных районах РСФСР, на Северном Кавказе, юге Украинской ССР, в республиках Средней Азии, на юге Казахстана. Возникла необходимость в осуществлении крупномасштабных работ по перераспределению водных ресурсов в интересах полного обеспечения водой южных районов страны. К таким работам относятся переброска части стока северных рек в Волгу и части стока сибирских рек в Зауралье, Казахстан и Среднюю Азию, строительство каналов Ростов — Краснодар, Волга — Чограй, Дунай — Днепр.

Возводимые гидротехнические сооружения должны быть надежны и экономичны. Поэтому и необходимость в высококвалифицированных кадрах, умеющих проектировать и строить гидротехнические сооружения прогрессивных типов и конструкций, использовать при этом достижения науки и техники, заметно возросла. Будущих инженеров-гидротехников важно ознакомить с основными достижениями современной гидротехники и научить творчески подходить к выбору рациональных типов гидротехнических сооружений на основе глубокого анализа различных факторов.

Эту задачу ставили перед собой и авторы данной книги.

В настоящем учебном пособии рассмотрены все разделы курса «Гидротехнические сооружения», включенные в программу по специальности 1511 «Гидромелиорация». Большое внимание уделено теоретическим основам курса, а также новым, экономичным и перспективным типам и конструкциям различных гидротехнических сооружений, в том числе характерных для условий межбассейновых перебросок стока и мелиоративного строительства в Нечерноземной зоне РСФСР. Это грунтовые и бетонные плотины, водосбросы, каналы и сооружения на них, отстойники, водозаборные, рыбохозяйственные и регуляционные сооружения, гидротехнические затворы и др. Рассмотрены методы регулирования русл, водохранилищ, современные компоновки гидроузлов различного назначения.

Учитывая большую роль лабораторных и натурных исследований гидротехнических сооружений в обеспечении надежной их работы и экономичного проектирования, в книге уделено внимание исследованиям различного вида (гидравлические, прочностные и др.).

Для лучшего освещения принципиальных теоретических основ данной дисциплины с учетом последних достижений гидротехнической науки и практики в книге выделены специальные разделы, посвященные общим вопросам расчета устойчивости и прочности различных водоподпорных сооружений и их оснований, проектирования водопропускных сооружений (учет режимов работы, методы борьбы с кавитационной эрозией, управление бурными потоками, расчеты креплений нижнего бьефа, борьба с размывами и пр.).

В учебном пособии учтены основные тенденции развития гидротехники в нашей стране и за рубежом, действующие СНиП и другие нормативные материалы. Сведения о различных конструктивных особенностях современных гидротехнических сооружений по возможности снабжены информацией о применяемых в настоящее время методах их расчетного обоснования, проектирования и строительства. Авторы предполагали, что лекции и практические занятия с использованием студентами настоящего пособия будут носить проблемный характер, а в учебном процессе найдут широкое применение современные технические средства обучения. Поэтому текст содержит большое число иллюстраций, многие из которых могут быть положены в основу соответствующих плакатов, диаграмм, диапозитивов.

Предисловие, раздел 1, главы 4.3, 7.1, 7.4, 7.5, а также 15.1.1 и 15.1.2 написаны доктором технических наук Н.П. Розановым и совместно с кандидатом технических наук И.С. Румянцевым — глава 4.1 и раздел 6; разделы 2 (кроме главы 2.2) и 5 (кроме главы 5.4, а также 5.1.3 и 5.1.5) — кандидатом технических наук Г.И. Журавлевым, раздел 3, главы 2.2, 7,2 и 15.2, а также 5.1.3, 5,3.5 и 15.1.4 — кандидатом технических наук Г.М. Кагановым; главы 4.2, 4.4 и 7.3 — И.С. Румянцевым; разделы 8 (глава 8.4 — И.С. Румянцевым), 9 (при участии Г.М. Каганова, кроме 9.6.2) и 11 (при участии И.С. Румянцева, кроме 11.3.5) — доктором технических наук Я.В. Бочкаревым; разделы 10, 12, 13, (13.1.4 — при участии И.С. Румянцева) и 14 — доктором технических наук В.С. Лапшенковым.