Гидротехническое строительство что это
Гидротехническое сооружение
Гидротехническое сооружение – это инженерное или естественное сооружение для использования водных ресурсов или для борьбы с разрушительным действием воды. Гидротехнические сооружения бывают общие и специальные. Общие применяются почти при всех видах использования вод: водоподпорные, водопроводящие, регуляционные, водозаборные и водосбросные.
Водоподпорные гидротехнические сооружения создают напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним. К ним относятся: плотины и дамбы (или валы).
Плотины — важнейший и наиболее распространенный тип гидротехнических сооружений. Они перегораживают речные русла и создают разницу уровней по руслу реки. Перед плотиной вверх по водотоку накапливается вода и образуется искусственное или естественное водохранилище. Участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами называется бьефом. Верхним бьефом плотины является часть реки выше подпорного сооружения, а часть реки ниже подпорного сооружения называется нижним бьефом. Водохранилища могут быть долговременными или кратковременными. Долговременным искусственным водохранилищем является, например, водохранилище верхнего бьефа плотины гидроэлектростанции, оросительной системы. Долговременное естественное водохранилище может образоваться в результате перекрытия реки после такого чрезвычайного происшествия, как обвал твердых скальных пород. Кратковременные искусственные плотины создаются для временного изменения направления течения реки при строительстве ГЭС или др. гидротехнические сооружения. Кратковременные естественные плотины возникают в результате перекрытия реки рыхлым грунтом, снегом или льдом. Дамбы отгораживают прибрежную территорию и предотвращают ее затопление при паводках и половодье на реках, при приливах и штормах на морях и озерах.
Водопроводящие гидротехнические сооружения (водоводы) служат для переброски воды в заданные пункты: каналы, гидротехнические туннели, лотки, трубопроводы. Некоторые из них, например, каналы, из-за природных условий их расположения, необходимости пересечения путей сообщения и обеспечения безопасности эксплуатации требуют устройства др. гидротехнических сооружений, объединяемых в особую группу сооружений на каналах (акведуки, дюкеры, мосты, паромные переправы, ворота, водосбросы, шугосбросы и др.).
Регуляционные (выправительные) гидротехнические сооружения предназначены для изменения и улучшения естественных условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек от размывов, отложения наносов, воздействия льда и др. При регулировании рек используют запруды, струенаправляющие устройства (полузапруды, щиты, дамбы, ограждающие валы, траверсы, донные пороги и др.), берегоукрепительные сооружения, ледонаправляющие и ледозадерживающие сооружения.
Водозаборные (водоприемные) гидротехнические сооружения устраивают для забора воды из водоисточника и направления ее в водовод. Кроме обеспечения бесперебойного снабжения потребителей водой в нужном количестве и в требуемое время, они защищают водопроводящие сооружения от попадания льда, шуги, наносов и др. Водосбросные гидротехнические сооружения служат для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов и пр. Они могут быть русловыми и береговыми, поверхностными и глубинными, позволяющими частично или полностью опорожнять водоемы. Для регулирования количества выпускаемой (сбрасываемой) воды водосбросные сооружения снабжают гидротехническими затворами. При небольших сбросах воды применяют также водосбросы-автоматы, автоматически включающиеся при подъеме уровня верхнего бьефа выше заданного. К ним относятся открытые водосливы (без затворов), водосбросы с автоматическими затворами, сифонные водосбросы.
Специальное гидротехническое сооружение возводится для какой-либо одной отрасли водного хозяйства. Для водного транспорта: судоходный шлюз, судоподъемник, причал, плотоход, лесоспуск (бревноспуск), маяк и др. сооружения по обстановке судового хода, различные портовые сооружения (молы, волноломы, пирсы, причалы, доки, эллинги, слипы и др.). Для гидроэнергетики: здание ГЭС, напорный бассейн и др. Для гидромелиорации: оросительный или осушительный (магистральный или распределительный) канал, дренаж, шлюз-регулятор на оросительной и осушительной системе, коллектор и др. Для водоснабжения и канализации: каптаж, насосная станция, водонапорная башня и резервуар, пруд-охладитель и др. Для рыбного хозяйства: рыбоход, рыбоподъемник, рыбоводный пруд и др. Для социального устройства: бассейны, аквапарки, фонтаны. Указанные гидротехнические сооружения, наряду с их прямым назначением, используются для:
В ряде случаев общие и специальные гидротехнические сооружения совмещают в одном комплексе, например, водосброс и здание гидроэлектростанции (так называемая совмещенная ГЭС) или другие сооружения для выполнения нескольких функций одновременно. При осуществлении водохозяйственных мероприятий гидротехнические сооружения, объединенные общей целью и располагаемые в одном месте, составляют комплексы, называемые узлами гидротехнических сооружений или гидроузлами. Несколько гидроузлов образуют водохозяйственные системы, например, энергетические, транспортные, ирригационные и т.п. В зависимости от места расположения гидротехнические сооружения могут быть морскими, речными, озерными, прудовыми. Различают также наземные и подземные гидротехнические сооружения.
Для анализа потенциальной опасности и капитальности гидротехнические сооружения как объекты гидротехнического строительства они делятся на 5 классов. К 1-му классу относятся основные постоянные гидроэлектрические станции мощностью более 1 млн. кВт. Ко 2-му — сооружения ГЭС мощностью 301 тыс. — 1 млн. кВт, сооружения на сверхмагистральных внутренних водных путях (например, на Волге, Волго-Донском канале и др.) и сооружения речных портов с навигационным грузооборотом более 3 млн. условных тонн. К 3-му и 4-му классам — сооружения ГЭС мощностью 300 тыс. кВт и менее, сооружения на магистральных внутренних водных путях и путях местного значения, сооружения речных портов с грузооборотом 3 млн. условных т и менее. К 5-му классу относятся временные гидротехнические сооружения. Аварии на гидротехнических сооружениях многообразны. Наиболее опасные из них — гидродинамические аварии.
При разработке мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях в зависимости от класса их опасности в проектах назначают степень их надежности, т.е. запасы прочности и устойчивости, расчетные максимальные расходы воды, характеристики и качество стройматериалов и т.п. Кроме того, по классу опасности определяется объем и состав изыскательских, проектных, исследовательских и диагностических работ. Характерные особенности гидротехнических сооружений связаны с воздействием на него водного потока, льда, наносов и других факторов. Это воздействие может быть механическим (статические и гидродинамические нагрузки, суффозия грунтов и др.), физико-химическим (истирание поверхностей, коррозия металлов, выщелачивание бетона), биологическим (гниение деревянных конструкций, истачивание дерева живыми организмами и пр.). Условия возведения гидротехнических сооружений осложняются необходимостью пропуска через сооружения в период их постройки (обычно в течение нескольких лет) так называемых строительных расходов реки, льда, сплавляемого леса, судов и пр. Влияние гидротехнических сооружений, особенно водоподпорных, распространяется на обширную территорию, в пределах которой происходит затопление отдельных земельных площадей, подъем уровня грунтовых вод, обрушение берегов и т.п. Поэтому строительство таких сооружений требует высокого качества работ и обеспечения большой надежности и безопасности конструкций, т.к. аварии на гидротехнических сооружениях вызывают тяжелые последствия — человеческие жертвы и потери материальных ценностей.
Источник: Гражданская защита: Энциклопедия в 4 томах. Том I (А–И); под общей редакцией С.К. Шойгу; МЧС России. – М.: Московская типография № 2, 2006.
Проектирование гидротехнических сооружений: нормативная база, этапы, ошибки
Проектирование гидротехнических сооружений является одной из наиболее сложных инженерных задач. Проектировщикам приходится иметь дело с постоянно изменяемыми условиями эксплуатации будущего объекта и учитывать множество факторов и переменных, способных повлиять на целостность и безопасность конструкции.
Плотины, дамбы, тоннели, водосбросы, набережные – лишь небольшая часть объектов, которые относятся к данной сфере проектно-изыскательных работ. В нашем материале описаны требования, нормативные документы, этапы проектирования, основные ошибки и пути их решения.
Гидротехнические сооружения: строительство, проектирование, назначение
Проектирование гидротехнических сооружений – совокупность мероприятий по разработке объектов производственного, военного или гражданского назначения на естественных или искусственных водоемах или рядом с ними. Следует отметить, что такие конструкции относятся к искусственным водным объектам.
Данные объекты в зависимости от функционального назначения могут быть постоянными или временными.
Ко второму типу гидротехнических сооружений относят конструкции, которые предназначены для решения определенных задач на период строительства или реконструкции объектов постоянного типа.
В свою очередь второй вид конструкций можно классифицировать на основные и второстепенные сооружения.
Основные строения гидротехнического назначения выполняют важную роль, поскольку при их неисправности или уничтожении нарушается подача водоснабжения, прекращается полив, возможно затопление близлежащих территорий, останавливается работа электростанции, снижается количество судоходства, порты прекращают функционировать. Также более масштабное влияние сооружения оказывают на компании, занимающиеся добычей нефти, поскольку возрастает опасность выброса топлива. Подобное происходит и с газодобывающими предприятиями, что грозит оказать негативное воздействие как на природу, так и на людей.
Говоря о второстепенных гидротехнических сооружениях, стоит отметить, что их поломка или уничтожение не становится причиной описанных выше негативных последствий.
Что входит в перечень ГТС основного типа:
Что входит в перечень гидротехнических сооружений второстепенного типа:
Основное предназначение гидротехнических сооружений состоит в целесообразном расходовании воды, охране водных ресурсов, защите ее от сточных загрязнений, оказывающих негативное воздействие на экосистему.
Нормативная база проектирования гидротехнических сооружений
Перед началом работ исполнитель должен знать правила и стандарты по использованию гидротехники, эксплуатационные особенности задания, выполняя проектирование и расчеты гидротехнических сооружений. Основными законодательными актами, регулирующими разработку проекта и само строительство, являются федеральный закон, строительные нормы и правила (СП).
Какие требования действуют в отношении проектирования гидротехнических сооружений (СП и другие нормативные акты):
Методы проектирования гидротехнических сооружений
Рассмотрим основные методы, которые используют при разработке проекта ГТС. Они разные, но каждый используется при определенной ситуации, чтобы добиться наилучшего и наиболее точного результата.
Начнем с самого простого – метод аналогий и повторения решений. Однако ему можно доверять при соответствующем использовании. Суть способа в принятии решений и действий, которые уже были использованы в аналогичных условиях ранее. Важным достоинством описанного метода является его помощь в создание шаблонных схем для сооружений и их элементов, которые часто встречаются в системе. Но и здесь может поджидать опасность, поскольку, как показывает практика, каждый случай в гидростроительстве по-своему уникален. Более того, вы можете поддаться влиянию консерватизма, забыв об инновациях.
Следующий прием более распространен – метод теоретических исследований. Не допускает экспериментального пути, однако помогает определить важные закономерности, чтобы вычислить главные параметры устройства ГТС.
Один из самых эффективных экспериментальный лабораторный метод нашел широкое применение в области гидротехники. Прием активно используется при работе с сооружениями, поскольку помогает отыскать верное оптимальное решение при отсутствии теоретических сведений. В данном экспериментальном методе собраны два типа работ. При первом (общем) моделировании опытным путем доказывают или перепроверяют теоретические данные. Другим (лабораторным) способом конструкции представляют собой геометрические сооружения, в которых изначально установлены искажения. На них затем происходят измерения необходимых параметров (скорость, уровень давления и т.п.).
Более естественный прием, который используют непосредственно на сооружениях гидротехники, находящихся в стадии постройки или эксплуатации. Экспериментальный натурный метод похож на описанный выше, но имеет существенное отличие: исследования не происходят в лабораторных условиях, а осуществляют на настоящих сооружениях. Благодаря использованию этого приема можно убедиться в точности данных проекта, полученных теоретическим путем, а также накопить дополнительные знания в области.
Если конструкции эксплуатировались не один раз и были выявлены особые статистические закономерности, то используется метод обобщения. Именно статистический метод подходит в данной ситуации и может успешно применяться. Однако важно понимать, что с помощью этого способа можно увидеть прошлую картину ГТС. Чтобы прием был успешным, необходимо помнить о последующем развитии области и будущих инновациях.
И последний метод вариантного проектирования, суть которого состоит в изучении экономических и технических данных нескольких оптимальных вариантов. В результате выбирают наиболее рациональное решение из всех представленных.
3 этапа проектирования гидротехнических сооружений
Проектирование представляет собой комплексную работу, состоящую из множества шагов. Сведения, полученные при инженерных изысканиях, являются необходимой опорой при разработке проекта. Какую информацию получает исполнитель из исследований:
Первый этап
В самом начале важно проанализировать рациональность работ, оценить достоинства и недостатки запланированного строительства, особенности объектов, экономическую целесообразность. Нужно определить:
Чтобы грамотно рассчитать целесообразность и эффективность гидротехнических сооружений, нужно в приоритет поставить следующие экономические данные: общее время окупаемости проекта, себестоимость полученного 1 м 3 воды или 1 кВт ч энергии, расходы на комплекс инженерных изысканий, количество эксплуатационных издержек, величину расходов для поддержания рабочего состояния объекта и т.п.
Помимо прочего, важно помнить о свойствах сооружаемого здания: возможность проводить контроль, пригодность к быстрому ремонту, стойкость. Первый признак заключается в способности мониторить, находить поломки и проблемы в короткие сроки. Второй означает, что при необходимости ГТС удобен для ремонта и реконструкции. Что касается стойкости или живучести, имеется в виду способность сооружения поддерживать рабочее состояние даже в моменты повышенных нагрузок.
При возможном затоплении участка возводят заградительные сооружения (дамбы) ниже по реке после подпорного объекта. Чтобы уменьшить вероятность возникновения проблем или снизить уровень аварийности на гидротехнических узлах, на объекте хранят техническое оборудование и природные нерудные материалы. Для создания безопасных рабочих условий для сотрудников устанавливают систему оповещения, создают схему эвакуации.
Второй этап
Как только экспертиза завершилась положительно, переходят ко второму этапу. Здесь происходит разработка технического проекта. В отличие от прочих сооружений гидротехнические обладают определенными исключительными признаками. Поскольку ГТС постоянно находятся под влиянием водной среды, любая аварийная или техногенная ситуация грозит опасностью не только для производства, но и людей. В связи с этим работать над техническими документами необходимо исключительно внимательно и детально.
В процессе технико-экономического обоснования определяют основные данные и размещение главных строений. На сегодняшний день можно использовать не только классические технические приемы, но и уникальные за счет единообразия ресурсов.
При разработке проекта ГТС необходимо выяснить:
Какие факторы ТЭП необходимо учитывать при рассмотрении всех вариантов гидротехнических сооружений:
Третий этап
Как только технический проект получил утверждение, начинается создание рабочей документации. В ней подробно описывают схемы и чертежи строений, все детали, а также включают окончательный вариант генерального плана. Госнадзор подтверждает декларацию безопасности гидротехнических сооружений, которая является главным документом.
Основные ошибки проектирования гидротехнических сооружений и пути их решения
Основные сложности и ошибки при проектировании самостоятельно (своими руками)
Решения проектировщиков
Отсутствие согласований проектной документации по санитарно-защитной зоне (СЗЗ)
Исследования фактической ситуации, разработка тех. задания на проектирование СЗЗ. Если требуется, разработка и согласование проектной документации по СЗЗ.
Отсутствие измерительного оборудования и точных данных по необходимой производительности.
Поиск всех требуемых данных, выполнение расчетов их анализ по заданию заказчика. Для этих мероприятий могут применяться временно установленные приборы учета.
Отсутствие необходимой документации на право использования земли.
Помощь в сборе и оформлении документов, а также, в случае необходимости, включение их в состав тех. задания на проектирование.
Отсутствие должной точности при подготовке тех. задания: проектирование осуществляется без учета необходимых исследований и перечисленной выше документации.
Исследование фактической ситуации и составление грамотного тех. задания.
Неточный расчет сметы, базирующейся на коммерческих предложениях непрофильных компаний, без учета требований тех. условий, данных обследования зданий и сооружений и др.
Расчет стоимости проектно-исследовательских мероприятий на основании данных базовых справочников.
Анализ, исследования, расчеты и составление проектной документации осуществляют разные организации, что увеличивает сроки работ и приводит к появлению дополнительных задач.
Проектные работы выполняет организация, которая имеет квалифицированных специалистов с опытом работы в данной сфере, что позволяет оперативно выполнить весь объем необходимых исследовательских и расчетных мероприятий. Такое предприятие имеет допуски СРО как на формирование проекта, так и на проведение изыскательских процедур.
Гидротехнические сооружения
Гидротехни́ческие сооруже́ния (ГТС) – вид инженерных сооружений, предназначенных для обеспечения разных видов пользования водами (водопользования) и/или для борьбы с вредными воздействиями вод посредством воздействия на режим и свойства природных водных объектов и содержащейся в них воды.
Первые гидротехнические сооружения
Строительство первых гидротехнических сооружений относится к эпохе IV и III тысячелетий до н. э., к эпохе цивилизации шумеров. Поселившись в Месопотамии, постепенно освоили ирригацию, мореплавание и судоходство по рекам и каналам. Были построены каналы Итурунгаль и И-нина-гена, Арахту, Апкаллату и Ме-Энлила, канал Зуби. Появление первых ирригационных систем относительно рано сформировало экономическую базу для возникновения в Двуречье разветвлённой системы хозяйственных отношений. Следствием сооружения каналов стало также строительство на их берегах новых городов, ставших экономическими, политическими и культурными центрами шумеров. Существует легенда, что разрушение Вавилона в VII в. до н. э. ассирийским царём Синахерибом было произведено с помощью специально созданного, а затем спущенного (путём разрушения плотины) водоёма на Евфрате.
Строительство водохранилищ началось не менее 4 тыс. лет тому назад, в основном, для орошения земель в Египте, Месопотамии, Китае. Они были жизненно необходимы для развития цивилизаций в этих районах, способствовали их расцвету и исчезали, как правило, с лица Земли с падением этих цивилизаций. Известны несколько десятков плотин и водохранилищ, построенных до нашей эры. В Египте первая плотина Кхосхайш длиной 450 м и высотой 15 м была построена при фараоне Менесе около 3000 г. до н. э. в 20 км выше г. Мемфиса для подвода к нему воды р. Нил. В 2778–2563 гг. до н. э. плотиной высотой 13 м и длиной 110 м был создан водоём Садд эль Кафара в 30 км южнее Каира. Около 1800 г. до н. э. было создано большое водохранилище Мёрис в Файюмской депрессии для орошения десятков тысяч гектаров земель. Оно наполнялось нильской водой в периоды паводков и могло отдавать воду в сухие периоды как на поля Файюмского оазиса, так и обратно в Нил. В Китае сооружение плотин и оросительных систем известно с III тысячелетия до н. э.; возведение больших плотин позволило орошать земли и бороться с наводнениями. В древних индийских книгах упоминаются многие плотины, каналы и другие гидротехнические объекты.
О масштабах гидротехнического строительства дают представление данные по Ирану, где в эпоху царя Дария I (VI в. до н. э.) для ирригации было создано девять плотин на р. Джарахи, плотина Камжерд на р. Кор вблизи Персеполя и др. При Сасанидах (III–VII вв. н. э.) были построены такие плотины, как Бенде-Мижан, Гергер (существует до сих пор), Дизфуль (сохранились бычки плотины) и др. В Иране плотины для ирригации, выправления русел и т. д. строились на рубеже I и II тысячелетий н. э., в том числе плотина Банде-Эмир (между городами Исфаганом и Ширазом). Водохранилище Банде-Эмир эксплуатируется до сих пор и может служить примером водохранилища комплексного использования в древности; оно предназначалось для орошения, получения механической энергии (в настоящее время мельница заменена гидроэлектростанцией), судоходства и водоснабжения.
В Европе первые водохранилища, насколько можно судить по имеющимся данным, появились ещё до нашей эры. Так, в Испании предположительно во II в. до н. э. на р. Альбаррегас была построена плотина Карнальбо с водохранилищем объёмом 10 млн м 3 (существует до сих пор). Вероятно, в эту эпоху водохранилища создавались в Греции, Италии, Южной Франции и других средиземноморских странах, однако конкретных сведений о них мы не имеем. Косвенно об этом можно судить, например, по сохранившимся остаткам гидротехнических сооружений в районе Рима. Подпорные сооружения возводились и в I тысячелетии н. э. в связи со строительством мельниц и для ирригации. В Галлии первые мельницы появились в III–IV вв.; так, вблизи г. Арля сохранились остатки комплекса из 16 мельниц. Широкий размах строительство мельничных плотин получило в VIII–IX и особенно в XII–XIII вв. Водоёмы, образованные мельничными плотинами, имели, конечно, небольшой объём и по современной классификации искусственных водоёмов их можно отнести большей частью к прудам. Более крупные водохранилища в Европе появились позднее, при развитии добычи руды, обработки металлов, лесопиления и т. д.
Значительные гидротехнические сооружения строились ацтеками, майя и инками в доколумбовой Америке. Несколько водоёмов для сбора талых вод существовало у подножья Анд, как, например, водохранилище в долине Непенья длиной 1,2 км и шириной 0,8 км. Много плотин для забора воды строилось народом майя; хорошо известно водохранилище у древнего города Тикаль. Для водоснабжения городов майя строили многочисленные открытые резервуары с противофильтрационным покрытием дна; некоторые из них сохранились до XIX в. Грандиозные по тем временам гидротехнические сооружения строили ацтеки, например дамбу Нецоуалькойотль длиной 16 км, которая разделила оз. Тескоко и образовала водохранилище Мехико. Испанские конкистадоры разрушили большинство древних гидротехнических сооружений ацтеков, инков, майя. Создававшиеся испанцами подобные сооружения по сложности и размерам часто уступали прежним. Всё же в этот период были построены некоторые большие водохранилища: Журурия объёмом 220 млн м 3 и площадью зеркала 96 км 2 (используется до сих пор) и Чалвири объёмом 3 млн м 3 для водоснабжения серебряных рудников в Потоси.
Россия богата водами, поэтому в древности надобности в гидротехнических сооружениях не ощущалось. Вместе с тем с Х–ХI вв. в городах сооружались водопроводные и канализационные системы. А поскольку реки использовались как пути сообщения, нередки были устройства каналов, спрямляющих излучины – под названием прость. Такие каналы, приобретшие за столетия вполне естественный облик, существуют в разных местах и поныне. Древнейшим гидротехническим проектом на Волге было расширение и углубление русла в районе озера Стерж (Волга представляет здесь собою маленький ручеёк) для обеспечения проводки судов в р. Полу и далее к Новгороду.
С глубокой древности широкое распространение получили гидросиловые установки – водяные мельницы. Они нередко приводили в действие не только мукомольные механизмы, но и лесопильные, металлургические и иные производства, всё равно сохраняя название мельниц («пильные мельницы» и др.). Устройство мельниц предполагало сооружение перегораживающей реку плотины, что на судоходных реках запрещалось (по Соборному Уложению 1649 г. – «чтобы по тем рекам судового ходу не переняти»), однако обилие малых рек, не пригодных для использования в качестве путей сообщения, открывало широкие возможности для использования их водной энергии. Водяных мельниц было в XVIII–XIX вв. очень много, они были настолько привычным атрибутом жизни и ландшафтов, что статистики и географы в своих описаниях их просто не замечали. Во второй половине XIX в. обмеление Волги стало угрожать России утратой её главного пути сообщения, «артерии земли Русской». И причиной обмеления определённо называли не только сведение лесов и распашку земель в её бассейне, но и уничтожение после реформ 1861 г. десятков тысяч мельничных прудов. Несмотря на это, в начале ХХ в. в бассейне Волги было 13326 гидросиловых установок, и по их суммарной мощности Россия, по данным ГОЭЛРО, занимала третье место в мире после США и Канады.
Крупномасштабное гидротехническое строительство началось при Петре I – для снабжения Петербурга хлебом с Волги была построена Вышневолоцкая судоходная система. В её состав входили каналы, плотины, судоходные шлюзы. С начала XIX в. вплоть до железнодорожного «бума» 1860–1880-х гг. строительство судоходных гидротехнических систем было чрезвычайно активным. Тогда Волга, в дополнение к Вышневолоцкой судоходной системе, получила ещё два соединения с Петербургом: Тихвинскую (1811) и Мариинскую (1810) системы (последняя с середины ХIХ в. приобрела доминирующее значение). Был построен канал имени герцога Александра Вюртембергского (ныне – Северо-Двинский канал), соединивший Волгу с Северной Двиной (1825–1829); закончена Северо-Екатерининская система (соединение Камы с Северной Двиной через р. Вычегду); возобновлено строительство начатого и брошенного Петром I в 1711 г. из-за потери Азова Ивановского канала (соединение Оки с Доном); строилось соединение Волги с Москвой по рекам Сестре и Истре и каналу между ними; построены соединения Днепра с Западной Двиной (Березинская система), Неманом (Огинская система) и Вислой (Днепро-Бугская система). Проектировались соединения Камы с Иртышом, Волги с Доном в районе Царицына, и т. д.
Поскольку и в грузоперевозках, и в заботах правительства Мариинская система (нынешний Волго-Балтийский канал) с середины XIX в. доминировала, за столетие её ремонтов и реконструкций несколькими поколениями инженеров были выработаны оптимальные типы деревянных гидротехнических сооружений – плотины и шлюзы «русского», или «мариинского» типа.
В XVIII–XIX вв. в России развивались торговые и военные порты на Балтике, Чёрном и Белом морях. В связи с эти были сооружены крупные оградительные и причальные сооружения.
Классификация ГТС
Согласно современной классификации гидротехнические сооружения можно разделить на следующие виды и типы:
В зависимости от водного объекта, на котором расположены гидротехнические сооружения, они могут быть речными, озёрными, морскими.
По расположению относительно земной поверхности различают наземные и подземные гидротехнические сооружения.
В соответствии с обеспечиваемыми видами водопользования гидротехнические сооружения разделяют на гидромелиоративные (осушительные, обводнительные, оросительные), воднотранспортные, гидроэнергетические, рыбохозяйственные, для водоснабжения и водоотведения, для использования водных недр, спортивных целей и др.
По характеру взаимодействия с водным объектом различают водоподпорные, водопроводящие, регуляционные, водозаборные и водосбросные гидротехнические сооружения.
Водоподпорные сооружения, подпирая водоток, создают напор или разность уровней воды в водотоке перед сооружением и за ним и воспринимают давление воды, возникающее вследствие возникновения напора. Это, прежде всего, плотины – сооружения, перегораживающие речные русла (а нередко и вышерасположенные части речных долин), с целью повышения уровня воды (например, для нужд судоходства) или создания резервирующего объёма воды водоёма (пруда, водохранилища). Подпорными могут быть защитные дамбы, отгораживающие прибрежную территорию и предотвращающие её затопление при паводках, при приливах, нагонах и штормах на морях и озёрах. Подпорными сооружениями являются также русловые здания гидроэлектростанций, судоходные шлюзы, некоторые водозаборные сооружения.
Водопроводящие сооружения (водоводы) служат для передачи воды (её подвода или отвода) из одних пунктов в другие. Это каналы, туннели (гидротехнические), лотки, трубопроводы.
Регуляционные (выправительные) сооружения В гидромелиоративных системах регуляционными нередко называют сооружения, регулирующие уровни и протекающие расходы воды. По рассматриваемой классификации они относятся к водоподпорным и водосбросным сооружениям. предназначены для целенаправленного воздействия на условия протекания водотоков, защиты их русел и берегов рек от размывов, отложения наносов, воздействия льда и др. При регулировании рек используют струенаправляющие сооружения (дамбы, полузапруды и др.), дно- и берегоукрепительные сооружения («одежды»), сооружения, регулирующие движение льда и плавающих тел (запани, ледозащитные стенки, ледорезы и др.).
Водозаборные (водоприёмные) сооружения устраивают для забора воды из водоисточника и направления её в водовод. Их обычно снабжают устройствами, защищающими водопроводящие сооружения от попадания льда, шуги, наносов, плавающих тел и др.
Водосбросные сооружения (водосбросы) служат для выпуска («сброса») излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов и пр. Они могут быть русловыми и береговыми, поверхностными и глубинными, позволяющими частично или полностью опорожнять водоёмы. Для регулирования количества выпускаемой (сбрасываемой) воды водосбросные сооружения часто снабжают гидротехническими затворами.
По назначению различают общие гидротехнические сооружения, обеспечивающие все виды (или несколько видов) использования вод, и специальные, возводимые для какого-либо одного вида водопользования.
К гидротехническим сооружениям общего назначения относят все водоподпорные и водосбросные сооружения и, отчасти, водопроводящие, регуляционные и водозаборные сооружения – если они не являются частями сооружений специального назначения.
К числу специальных (отраслевых) гидротехнических сооружений относят следующие:
В некоторых случаях общие и специальные гидросооружения удаётся совместить: например, водосброс помещают в здание гидроэлектростанции, гидроэлектростанцию помещают в теле водосливной плотины («совмещённая ГЭС»), судоходный шлюз может служить водосбросом и т.д.
При осуществлении комплексных водохозяйственных мероприятий гидротехнические сооружения, объединённые функционально и располагаемые в одном месте, составляют комплексы, называемые узлами гидротехнических сооружений, или гидроузлами.
В настоящее время (с 1 января 2014 г.) действует классификация гидротехнических сооружений по степени их опасности. В соответствии с ней все гидротехнические сооружения делятся на четыре класса: низкой, средней, высокой и чрезвычайно высокой опасности.
В зависимости от класса назначается степень надёжности гидротехнических сооружений, т.е. запасы их прочности и устойчивости, устанавливаются расчётные максимальные расходы воды, качества материалов сооружений и т.п.
От всех гражданских и промышленных зданий гидротехнические сооружения отличаются наличием воздействий на них водного потока, льда, наносов и др. факторов. Эти воздействия могут быть механическими (статические и гидродинамические нагрузки, вынос частиц грунта фильтрационным потоком (суффозия) и др.), физико-химическими (истирание поверхностей, коррозия металлов, бетона), биологическими (гниение деревянных конструкций, истачивание древесины живыми организмами и пр.).
Кроме того, в отличие от гражданских и промышленных зданий, условия возведения гидротехнических сооружений осложняются необходимостью пропуска через русло реки и недостроенные сооружения в период их постройки (обычно – нескольких лет) так называемых строительных расходов реки, а также льда, сплавляемого леса, судов и пр.
Особенностью содержания и функционирования гидротехнических сооружений в Российской Федерации является их раздробленность по ведомственно-отраслевой принадлежности и формам собственности. Так, по суммарной балансовой стоимости сельскому хозяйству принадлежат 29% всех гидротехнических сооружений, промышленности – 27%, ЖКХ – 20%, гидроэнергетике – около 15%, водному транспорту – около 6%, рыбному хозяйству – 2%, на балансе структур Федерального агентства водных ресурсов – менее 2%. Кроме того, из 29,4 тыс. напорных гидротехнических сооружений 1931 объект (7%) относится к федеральной собственности, 7675 объектов (26%) – к региональной собственности, 16087 объектов (54%) – к муниципальной собственности, около 4 тыс. объектов (13%) являются бесхозными.