Борьба с занесением верхнего и нижнего бьефов наносами

Основными причинами занесения бьефов водозаборных уз­лов, построенных на реках с обильным количеством наносов (до4…6 кг/м³ и более), являются: значительное ослабление транс­портирующей способности потока в результате подпора и умень­шения скоростей потока; незначительный объем водохранилища для аккумуляции наносов; недостаточный учет переформирова­ния русла в бьефах при компоновке узла, вызывающий изменение динамической оси потока; высокий процент забора воды; недо­статочно квалифицированная эксплуатация водозаборного узла.

В условиях возможного занесения верхнего и нижнего бье­фов за время эксплуатации водозаборного узла обращают осо­бое внимание на режим уровней, режим промывок, назначение промывного расхода и времени промывки.

Режим уровней в значительной мере зависит от степени за­несения бьефов и специфических особенностей узла в целом. Опыт эксплуатации водозаборных узлов Средней Азии, Закав­казья, Северного Кавказа, Казахстана свидетельствует, что про­мывку верхнего бьефа водозаборных узлов с напором 3...7 м и порогом на средней отметке дна реки можно начинать с первых лет эксплуатации узла [19]. На горных и предгорных гидроузлах с начала эксплуатации поддерживают высокие уровни верхнего бьефа. При уровнях ниже проектных крупные наносы с верхних участков бьефа подтягиваются непосредственно к сооружениям узла. Переход впоследствии на повышенные уровни способству­ет занесению верхнего бьефа.

Во время паводка уровни в верхнем бьефе поднимают на максимально возможные отметки, с тем чтобы гряда наносов продвигалась к створу гидроузла медленнее. На горных участ­ках, где длина кривой подпора незначительная (в пределах 1 км), максимальные уровни поддерживают и на спаде паводка, так как в это время еще наблюдается движение большого коли­чества наносов. Нет надобности поддерживать высокие уровни на низконапорных узлах с использованием поперечной циркуля­ции (ферганский тип), так как здесь усиливается последняя и тем самым улучшается сброс наносов в нижний бьеф. Для пред­отвращения заноса верхнего бьефа водозаборных узлов фрон­тального типа поддерживают уровни низкие с наступлением паводка и высокие в осенне-зимний период. Нарушение этих условий приводит к переформированию верхнего бьефа и обра­зованию протоков, островов из наносов, песчаных отмелей или быстрому перемещению основной гряды наносов к створу водо­заборного узла.

Режим промывки определяется условиями занесения бьефов водозаборного узла. Число промывок зависит от гидрологиче­ского режима реки и коэффициента водозабора. Имеется мне­ние, что промывать верхний бьеф нужно на реке не реже 2 раз в год [19], увязывая время промывок с пиками гидрографа. В условиях, когда произошло значительное поднятие дна верх­него бьефа и режим движения потока приблизился к бытовым условиям, паводок пропускают при низких уровнях, что позво­ляет промыть верхний бьеф.

При высоком коэффициенте водозабора в одном створе, сбросе за сооружением большого количества наносов и незначи­тельных расходов воды заносится нижний бьеф. Наносы, отложившиеся в нем, поднявшие уровни и снизившие перепад на гидроузле, смывают в период паводка с прекращением подачи воды в водоприемник.

Верхние бьефы с поперечной циркуляцией (ферганский тип) промывают также во время паводка. При этом нет надобности отключать водоприемник. В условиях значительного занесения бьефов промывку осуществляют также во время паводка при полном снижении уровня и полностью открытых отверстиях с равномерными удельными расходами по всему водосбросному фронту. При этом подачу воды в водоприемник по возможности прекращают. Если нельзя отключить водоприемник и соответ­ственно полностью снизить уровень воды в верхнем бьефе, то промывку проводят при снижении уровня на половину напора или более (при H = 5...7 м). На подъеме паводка смывают нано­сы, отложившиеся во время меженного периода, а на спаде па­водка — наносы, отложившиеся во время половодья.

Водозаборные узлы, в том числе ферганского типа, промыва­ют в такой последовательности: сначала нижний бьеф с макси­мальными удельными расходами и сосредоточенным сбросом воды через средние отверстия плотины при высоких уровнях верхнего бьефа, а затем верхний бьеф при полностью открытых всех пролетах плотины с образованием кривой спада. Во время больших паводков иногда целесообразно промывать верхний и нижний бьефы одновременно.

Промывной расход и длительность промывки принимают в каждом конкретном случае по аналогии или по расчету, а затем уточняют в процессе эксплуатации водозаборного узла путем проведения опытных промывок. Во время промывки важно обес­печить бурное течение потока с большими скоростями, который способен разрушать отмели и транспортировать наносы. В усло­виях Средней Азии, по данным САНИИРИ [19], ориентировочно промывной расход для рек с небольшими среднегодовыми рас­ходами Q_mj назначается равным 3...4 Q_mj и для рек с большими среднегодовыми расходами — 1... 1,5 Q_mj. Имеются и другие предложения [14] по назначению ориентировочного промывного расхода: он должен превышать в 2...4 раза среднемноголетний расход. Если нет возможности принять названный выше про­мывной расход, то промывку осуществляют меньшими расхода­ми. Принято любой расход, сбрасываемый в нижний бьеф, ис­пользовать для промывки верхнего бьефа. Наилучший эффект промывки достигается, как правило, при спаде паводка [14]. Промывка малыми расходами в меженных условиях, если она не ухудшает условия водозабора, позволяет смывать наносы с образованием промоины незначительной ширины и длины.

При нормальной эксплуатации водозаборного узла время промывки верхнего бьефа с напором 4...6 м принимают 3...4 ч, а с напором 6...7 м — 6...8 ч [19]. По мнению И. И. Кухианидзе [14]. оно должно быть не менее 8... 10 ч. Следовательно, время промывки необходимо уточнять для каждого гидроузла с учетом его гидрологических и конструктивных особенностей. При значи­тельном занесении гидроузла промывку осуществляют много- тактно (многократно) с учетом реальных возможностей. На энергетических гидроузлах время промывки назначают с учетом графика профилактической остановки ГЭС, и оно может состав­лять 1 сут и более. Промывку ведут многотактно, периодически поднимая уровни в верхнем бьефе и сбрасывая их при полно­стью открытых отверстиях плотины, если это допускают уст­ройства нижнего бьефа. При длительной остановке ГЭС на водо­заборном узле ферганского типа общую промывку бьефов про­водят в течение 2...3 сут непрерывно, при этом время промывки верхнего бьефа составляет не более 1 сут. В условиях частично­го снижения уровней воды (в пределах 30%) время промывки водозаборных узлов с напором 5...6 м увеличивается примерно в 2 раза.

При промывке сначала открывают отверстия промывников, если они имеются, а затем — отверстия плотины, расположен­ные поблизости к водоприемнику. Карманы промывают путем поднятия уровней воды в верхнем бьефе и одновременного от­крытия отверстий промывников. Водозабор при этом желатель­но отключить во избежание захвата большого количества взму­ченных наносов. Время промывки составляет 0,5... 1 ч независи­мо от расхода в реке. Аналогичная схема промывки использует­ся и на горных водозаборных узлах с напором 2...3 м.

Чтобы лучше смыть наносы во время межени, убирают кам­ни, образовавшие самоотмостку, и в необходимых местах тече­ния потока устраивают прорези. Подробнее вопрос эксплуата­ции водозаборных узлов освещен в литературе [14, 19 и др.].