Рассмотрены особенности проектирования и строительства в условиях жаркого климата грунтовых и бетонных плотин, каналов и сооружений на них, компоновки гидроузлов, водохранилища, методы регулирования речных русел, вопросы эксплуатации и ремонта гидротехнических сооружений. Для студентов высших учебных заведений по специальностям «Гидротехническое строительство» и «Водное хозяйство и мелиорация».

Введение (Н.П. Розанов)

Глава 1. Общие сведения о развивающихся странах различных регионов (И.С. Румянцев, H.Т. Кавешников)
1.1. Ближний и Средний Восток
1.2. Латинская Америка
1.3. Африка
1.4. Южная и Юго-Восточная Азия

Глава 2. Плотины из грунтовых материалов (Г.М. Каганов)
2.1. Общие сведения
2.2. Современные конструкции грунтовых плотин и их элементов
2.2.1. Противофильтрационные элементы из грунтовых материалов (грунтовые ядра и экраны)
2.2.2. Противофильтрационные элементы из негрунтовых материалов
2.2.3. Применение геотекстильных материалов и геомембран
2.2.4. Некоторые специальные конструкции грунтовых плотин
2.2.5. Противофильтрационные элементы в основании
2.2.6. Особенности проектирования, связанные со спецификой оснований

Глава 3. Плотины бетонные, железобетонные и из каменной кладки на растворе (Н.П. Розанов)
3.1. Общие сведения
3.2. Основные особенности строительства бетонных плотин в условиях жаркого климата
3.3. Гравитационные плотины
3.4. Контрфорсные плотины
3.5. Арочные плотины

Глава 4. Водопропускные сооружения гидроузлов (И.С. Румянцев, А.Т. Кавешников)
4.1. Общие сведения. Особенности проектирования водосбросов а тропических зонах
4.2. Водосбросы гидроузлов с грунтовыми плотинами
4.2.1. Открытые береговые веерные водосбросы
4.2.2. Открытые береговые траншейные водосбросы
4.3. Водосбросы гидроузлов с бетонными плотинами
4.3.1. Водосбросы гидроузлов с гравитационными плотинами
4.3.2. Водосбросы гидроузлов с облегченными гравитационными и контрфорсными плотинами
4.3.3. Водосбросы гидроузлов с арочными и арочно-гравитационными плотинами
4.4. Водовыпуски
4.5. Водосбросные сооружения на устьевых участках рек при наличии морских приливов и отливов

Глава 5. Каналы и сооружения на них (С.Н. Корюкин)
5.1. Каналы
5.2. Регулирующие сооружения на каналах
5.2.1. Открытые регуляторы
5.2.2. Водовыпуски в каналы младшего порядка
5.2.3. Вододелители
5.2.4. Трубчатые регуляторы
5.2.5. Сооружения по учету воды на оросительных системах
5.3. Сопрягающие сооружения на каналах
5.3.1. Быстротоки
5.3.2. Перепады
5.3.3. Сопрягающие сооружения на малых оросительных каналах
5.4. Водопроводящие сооружения
5.5. Гидротехнические туннели

Глава 6. Затворы гидротехнических сооружений (М.А. Попов)
6.1. Поверхностные затворы
6.2. Глубинные затворы
6.3. Современные тенденции проектирования и проблемы эксплуатации затворов

Глава 7. Водозаборные сооружения и отстойники (H.Т. Кавешников)
7.1. Основные типы и конструкции водозаборов, применяемые в условиях жаркого климата
7.2. Некоторые типы и конструкции отстойников, применяемые в условиях жаркого климата

Глава 8. Регулирование русел и эстуариев, регуляционные сооружения (В.П. Букреев)
8.1. Регулирование речных русел и эстуариев
8.1.1. Основные понятия о русловых процессах
8.1.2. Задачи и методы регулирования русловых процессов
8.1.3. Регулирование русел в бьефах гидроузлов
8.1.4. Особенности процессов в эстуариях и методы их регулирования
8.2. Регуляционные сооружения
8.2.1. Классификация сооружений
8.2.2. Строительные материалы и элементы конструкций
8.2.3. Конструкции защитных креплений берегов
8.2.4. Поперечные и продольные массивные сооружения и дамбы
8.2.5. Сквозные и струенаправляющие сооружения

Глава 9. Водохранилища речных гидроузлов (И.С. Румянцев)
9.1. Классификация водохранилищ стран с жарким климатом
9.2. Влияние водохранилищ на решение социальных и экономических проблем общества
9.3. Особенности хозяйственного использования водохранилищ гидроузлов стран с жарким климатом
9.3.1. Водохранилища гидроузлов Азии
9.3.2. Водохранилища гидроузлов Африки
9.3.3. Водохранилища гидроузлов Латинской Америки
9.3.4. Водохранилища гидроузлов Австралии и Океании

Глава 10. Эксплуатация гидротехнических сооружений (H.Т. Кавешников)
10.1. Структура и задачи службы эксплуатации
10.2. Основные положения приемки объектов в эксплуатацию и составление технической документации
10.3. Эксплуатация грунтовых гидротехнических сооружений
10.4. Эксплуатация бетонных сооружений
10.5. Особенности эксплуатации каналов, водозаборов и отстойников

Указатель литературы
Предметный указатель

Введение

При проектировании и строительстве гидротехнических сооружений очень важно учитывать специфические условия конкретной страны или региона — природные и социальные условия, экономическое развитие и его перспективы, связи с другими странами; опыт и традиции гидротехнического строительства, целесообразность каскада гидроузлов на реке; полноту и достоверность данных изысканий (например, экологических, гидрологических, геологических и др.). Последние в ряде случаев, особенно в развивающихся странах, были недостаточными и приводили к авариям сооружений. Рассмотрим несколько примеров.

В современных условиях, как правило, не строят трудоемкие плотины из каменкой кладки на растворе — они вытеснены бетонными плотинами. Однако в некоторых странах — с большой численностью населения и дешевой рабочей силой (например, КНР, Индия) — такие плотины применяют и в настоящее время. Так, в КНР интенсивно строили арочные плотины: в 1949-1980 гг. — 538 плотин высотой более 20 м, причем 469 из них (87,2 %) из каменной кладки (с частичным небольшим применением бетона — в зоне водослива, у верховой грани и т. п.). Опыт строительства таких плотин позволил возвести ряд крупных бетонных арочных и арочно-гравитационных плотин — Лонъянся высотой 178 м, Дунцзян — 157 м, Эртань — 240 м и др. В Индии в 1969 г. построена высокая (124,7 м) каменная плотина Нагарджанасагар, имеется и ряд небольших плотин из каменной кладки.

Могут быть и сооружения смешанного типа. Так, недавно построенная в Индии гравитационная плотина Карджан состоит из секции длиной 520 м, выполненной из каменной кладки (объем 261, 9 тыс. м³), и бетонной секции длиной 380 м, включающей четыре донных водоспуска и водослив длиной 191 м, девять пролетов которого перекрыты сегментными затворами (объем бетона 1175 тыс. м³).

Очень важно учитывать местные условия и при проектировании резервных (вспомогательных) водосбросов для пропуска очень больших паводков малой обеспеченности. Такие водосбросы применены на ряде гидроузлов в странах с жарким климатом, например на Кубе (гидроузлы Нахаса, Пасо Бонито и др.). Иногда в их состав включают размываемую при высоком паводке грунтовую насыпь ("плавкую вставку"), как это сделано на гидроузлах Эппалок в Австралии и Мниоли в Свазиленде. Отметим, что на гидроузле Мниоли, построенном в 1975-1979 гг., максимальный расчетный расход при тропическом циклоне (7650 м³/с) в 8 раз превышал расход повторяемости 1 раз в 100 лет (950 м³/с), на который рассчитывался основной бетонный водосброс на правом берегу. “Плавкая вставка” была устроена на катастрофическом левобережном водосбросе, стоимость которого составила 37 % общей стоимости водосбросных сооружений. Окупился он в 1984 г., когда во время тайфуна Домойна несколько недель пропускал паводок.

Однако, как показал опыт проектирования и эксплуатации некоторых гидроузлов, "плавкая вставка" может быть и нерациональной или даже недопустимой. Так, при проектировании гидроузла Уивенкос в Австралии более экономичным решением оказалось сооружение парапета у плотины и пропуск максимального расхода с дополнительной форсировкой уровня воды в водохранилище. Не размылась при большом паводке 1969 г. "плавкая вставка" в составе небольшого гидроузла Ля Сейба (Куба), так как ока в условиях влажного жаркого климата быстро покрылась растительностью и ее пришлось разрушить бульдозером.

Необходимо знать и характер жаркого климата — с чередующимися сухим и мокрым (с дождями, быстро наступающими ливнями) периодами или с малым количеством осадков и даже пересыхающими в самое жаркое время некоторыми реками (Северная Африка). В первом случае при небольших гидроузлах, не создающих вместительного водохранилища, водосбросы обычно устраивают открытыми и без затворов на гребне, с развитым гребнем, что характерно, например, для гидроузлов Кубы. В других случаях на крупных гидроузлах с достаточно вместительными водохранилищами обычно целесообразны водосбросы с затворами, в том числе и глубинными. Усовершенствованные конструкции последних позволяют обеспечивать их надежную работу даже при больших напорах, значительно срезать пик паводка в водохранилище, существенно снижать уровень воды в нем в чрезвычайных ситуациях, упрощать пропуск строительных расходов, что в ряде случаев удешевляет строительство и сокращает его сроки (примеры: плотина Кабора Басса в Мозамбике, Лонъянся в КНР на реке Хуанхэ и др.).

Длительный пропуск больших расходов воды через глубинные отверстия плотины Кабора Басса на реке Замбези подтвердил надежность таких водосбросов и целесообразность их применения.

Характер жаркого климата может существенно повлиять и на выбор типа грунтовой плотины, и на способ ее возведения. Например, при сухом климате практически исключается способ намыва, а при наличии продолжительного периода дождей в подходящих условиях заслуживает внимания способ отсыпки грунта в воду. В этом случае плотина с грунтовым экраном может быть предпочтительней плотины с ядром, так как экран не обязательно делать одновременно с телом плотины, его можно отсыпать в сухой сезон и это не задержит общий процесс строительства.

Основные (общие и частные) тенденции развития конструкций различных гидротехнических сооружений и методов их строительства и эксплуатации как в жарком, так и в умеренном климате одинаковые.

К общим относятся: обеспечение надежности работы сооружений; использование достижений науки и практики, отыскание новых прогрессивных инженерных решений; учет требований экологии и осуществление мероприятий по охране окружающей среды; получение наиболее экономичных решений с рассмотрением альтернативных вариантов; использование современных высокопроизводительных механизмов и методов производства работ и др.

К частным тенденциям относятся: все более широкое распространение в горных условиях каменно-насыпных плотин с негрунтовыми противофильтрационными элементами, в том числе с железобетонными экранами (особенно в странах Южной Америки); распространение во многих странах плотин из малоцементного укатанного бетона (США, Японии, Пакистане, ЮАР, СНГ, Австралии, Бразилии, КНР и др.), который позволяет существенно удешевить плотину и ускорить ее строительство; большое развитие туннельных водосбросов различных конструкций, в том числе усовершенствованных, пропускающих поток с высокими скоростями; развитие и усовершенствование сборных конструкций сооружений на каналах; существенное ужесточение требований к организации чаши водохранилища с учетом требований охраны окружающей среды (полная лесосводка и лесоочистка; перехват вредных стоков, в том числе с устройством биологических прудов и др.).

Характер мероприятий по охране окружающей среды разнообразен и зависит от местных условий. Были случаи, когда при недостаточном обосновании приемлемости в экологическом отношении гидротехнического объекта приостанавливали его строительство, как это было с плотиной Элк Крик в США, и выполняли дополнительные экологические исследования.

Серьезные трудности возникают при оценке влияния крупных водохранилищ на окружающую среду в условиях жаркого влажного климата. Так было, например, при рассмотрении вопроса об энергетическом использовании притоков реки Амазонки, проектировании и строительстве крупного гидроузла Тукуруи на одном из этих притоков (реки Токантино) в Бразилии. Затопление 2160 км² тропического леса оказало бы отрицательное влияние на окружающую среду (разложение, гниение древесины может привести к значительному выделению метана, водорода и сероводорода в соединениях с железом, марганцем кремнием и т. д.), поэтому предусмотрели значительную лесосводку в зоне водохранилища. Кроме того, в водохранилище могут разлагаться водоросли, что сильно ухудшит качество воды и снизит воспроизводство рыбы. Требуется решение и ряда других экологических вопросов.

Сохранением надлежащей окружающей среды и недопущением существенного отрицательного влияния на нее строительных работ  надо заниматься и при их проведении. Например, при строительстве в Японии плотины Куробе-4, чтобы не нарушать существующий ландшафт, выполнили длинные транспортные туннели (длиной около 15 км). Карьеры грунта для отсыпки грунтовых плотин располагать в верхнем бьефе, где они затем затапливаются при заполнении водохранилища, в общем рационально и допустимо, хотя и не всегда. Так, при возведении плотины Массинжир в Мозамбике (на реке Элефантиш) карьеры суглинка для устройства экрана и понура плотины заложили в верхнем бьефе непосредственно около плотины, а этого не следовало делать, так как в некоторых зонах при снятии суглинка образовались "окна". По ним вода уходила в мощную толщу сильнопроницаемых песчано-гравелисто-галечных грунтов с коэффициентом фильтрации до ~ 800 м/сут (в отдельных зонах), поэтому пришлось проводить трудоемкие дорогие работы по инъекции основания.