Гідротехнічні споруди: види, класифікація, правила експлуатації, вимоги безпеки

Гідротехнічні споруди: види, класифікація, правила експлуатації, вимоги безпеки

Використання водних ресурсів завжди було однією з базових умов підтримки життєдіяльності людини. Потреба в них обумовлюється не тільки питними потребами, а й господарськими, а в наші дні все частіше і промисловими завданнями. Регуляція використання джерел води забезпечується гідротехнічними спорудами, які мають різні форми і функціональне наповнення.

Загальні відомості про гідротехніку

У загальному сенсі гідротехнічний об 'єкт можна представити як будь-яку функціональну споруду або конструкцію, яка так чи інакше взаємодіє з водою. Це можуть бути не тільки рукотворні інженерні системи, але і природні регулятори, спочатку створені природою, але в подальшому експлуатовані людьми. Які ж завдання виконують сучасні об 'єкти гідротехнічних споруд? Основні з них можна уявити так:

  • Споруди, призначені для використання водних ресурсів. Як правило, це об 'єкти з водопостачальними комунікаціями та обладнанням.
  • Водоохоронні споруди. Комплекси, в інфраструктурі яких може виконуватися кілька завдань. Найбільш поширені для подібних об 'єктів обмеження щодо використання та впливу на гідрологічне середовище з метою запобігання шкідливому впливу на неї.
  • Промислові споруди. Інженерні системи, в яких циркуляція води може використовуватися як джерело енергії.

Зрозуміло, це лише частина функцій, які виконує гідротехніка. Рідко буває, коли на подібні споруди покладається одне або два завдання. Зазвичай великі комплекси підтримують відразу кілька робочих процесів, серед яких природоохоронні, захисні, регулюючі тощо.

Основні та другорядні споруди гідротехніки

Для початку варто визначити базову класифікацію, в якій існують постійні види гідротехнічних споруд, і тимчасові. Згідно з нормативами, до першої групи належать основні та другорядні об 'єкти. Що стосується основних споруд, то під ними розуміється технічна інфраструктура, руйнування або пошкодження якої може призвести до припинення нормального функціонування обслуговуваного за допомогою гідроресурсів господарства. Це може бути зупинка водопостачання системи зрошення, припинення роботи електростанцій, скорочення судноплавства тощо. Важливо враховувати, що енергія гідрологічних турбін може обслуговувати цілі підприємства (морські, судноремонтні, опалювальні). Відповідно, зупинка подачі води порушить працездатність подібних об 'єктів.

До категорії другорядних споруд відносять гідротехніку, руйнування або пошкодження якої не спричинить перерахованих вище наслідків. Наприклад, якщо основні гідротехнічні споруди постачають підприємства виробничі ресурси, то другорядні можуть брати участь у регуляції цього процесу, не впливаючи на результат.

Також варто згадати особливості тимчасових споруд, які використовуються в періоди проведення ремонтних заходів. Якщо на тому ж основному водопостачальному об 'єкті сталася розгерметизація, наприклад, то обслуговуюча бригада з проектувальником повинна буде створити технічні умови для усунення проблеми. Рішенням цього завдання може стати організація роботи тимчасового гідровузла.

Класифікація за способом взаємодії з ресурсом

Одне і те ж завдання можна виконувати різними способами. Як вже зазначалося, один комплекс здатний підтримувати кілька функціональних процесів, але принципово розрізняють саме умови взаємодії з водоймищем або водостоком і, відповідно, характер виконання тієї чи іншої функції. За цими ознаками виділяють такі споруди:

  • Водопідпорні. Призначені для перегородження водотоку, огорожі водосховища або ставка за рахунок прийняття напору води. При оцінці водотоку відзначають рівень вище водонодпорної станції (верхній б 'єф), і нижче - нижній б' єф. Різницю між цими рівнями називають напором на гідрологічній споруді.
  • Багатофункціональні меліоративні станції. Це можуть бути водовипуски, шлюзи, дамби і водовідділювачі. Усередині цієї групи також передбачається класифікація гідротехнічних споруд, відповідно до якої розрізняють сполучні та перегороджувальні комплекси.
  • Водопровідні. Зазвичай мережева інфраструктура, що формується каналами, тунелями, трубопроводами, лотками для проведення води. Завдання у них просте - доставка ресурсу від точки збору до накопичувача або кінцевого місця використання води.
  • Водозабірні. Збирають ресурс з тих же накопичувачів для транспортування до споживачів.
  • Водоскидні. На відміну від заборних споруд такі станції лише прибирають надлишки води. До цих об 'єктів належать глибинні водоскиди, зливні канали, водоспуски тощо.
  • Регуляційні. Контролюють взаємодію потоку з руслом, не допускаючи вихід води за межі огорожі, розмиви та відкладення.

Небезпечні гідротехнічні об 'єкти

До даної групи споруд можуть відноситися представники всіх гідротехнічних об 'єктів незалежно від призначення. Небезпечною станція може бути через високий ризик аварії, безхазяйного стану, перебування в зоні ризику через вплив сторонніх факторів тощо. Переліки з небезпечними об 'єктами формуються фахівцями МНС і співробітниками Росприроднагляду. По кожному регіону проводиться комплексна ревізія з виявленням створюють загрозу об 'єктів. Небезпечними гідротехнічні споруди визнаються після виконання таких процедур:

  • Ідентифікуються та уточнюються морфометричні характеристики об 'єкта.
  • Визначається технічний стан споруди та ступінь її безпеки.
  • Визначається потенційний розмір шкоди, який може мати місце в разі розвитку аварії (наприклад, після руйнування тіла греблі).
  • Проводиться зонування місцевості навколо об 'єкта з площею, яка залежатиме від ступеня ризику і загрози від конкретної споруди.

Після визнання об 'єкта небезпечним організовується його спостереження, а також складається графік проведення обслуговуючих, техніко-ремонтних і відновлювальних робіт, спрямованих на усунення або мінімізацію загрози.

Загальні та спеціальні гідротехнічні об 'єкти

Під загальними спорудами розуміється більшість об 'єктів гідротехніки, що відноситься до регуляційних, водопровідних, водозабірних і водоскидних станцій. Їх об 'єднує єдиний принцип виконання своїх функцій, який технологічно можна накладати на різні умови експлуатації.

У свою чергу, спеціальні об 'єкти гідротехніки розраховуються на використання у вузьких областях, де необхідно враховувати специфіку застосування обладнання. Це стосується проектувальних нюансів, вимог до будівництва, а також безпосередньої експлуатації гідротехнічних споруд. Приклади такого роду об 'єктів добре демонструє інфраструктура водного транспорту:

  • Судноплавні шлюзи.
  • Споруди для обслуговування морської техніки.
  • М 'ясоходи і причали.
  • Лісоспуски.
  • Судопідйомники.
  • Елінги.
  • Доки.
  • Хвилеломи тощо.

У рибному господарстві застосовуються рибоводні ставки, рибопідйомники та рибоходи. У соціально-розважальній інфраструктурі це можуть бути аквапарки з басейнами та акваріумами. У кожному випадку і обслуговуючі заходи матимуть свою специфіку, яка враховується ще на етапі розробки проекту. Втім, технічне завдання для будівництва гідротехніки варто розглянути окремо.

Проектування гідротехнічних об 'єктів

До складу проектної документації входять технічні розрахунки конструкцій, характеристики застосовуваного обладнання, а також результати натурних спостережень за умовами експлуатації майбутньої споруди для своєчасного виявлення несприятливих процесів і появи можливих дефектів. Повинна всебічно і комплексно оцінюватися навколишня обстановка, щоб спочатку передбачити і, можливо, запобігти загрози аварій.

Зокрема, проект для гідротехнічної споруди включає такі дані:

  • Список діагностичних і керованих показників об 'єкта і його основи, в тому числі критерії безпеки.
  • Список керованих впливів і навантажень на конструкції з боку навколишнього середовища.
  • Склад візуальних та інструментальних спостережень.
  • Результати та умови роботи контрольно-вимірювальної апаратури.
  • Техніко-конструкційні рішення та структурну схему стану елементів об 'єкта, а також відомості з прогнозуванням поведінки споруди при взаємодії з техногенними та природними факторами.

Окрема увага приділяється саме критеріям безпеки, виходячи з яких також приймаються рішення про використання обладнання з певними характеристиками. Крім того, основні види гідротехнічних споруд для постійної експлуатації доповнюються проектами аварійних дій. У цій документації, зокрема, описуються заходам, спрямовані на запобігання надзвичайним ситуаціям.

Вимоги до забезпечення безпеки

З моменту проектної розробки і протягом усього періоду експлуатації безпека гідротехнічного об 'єкта забезпечується на основі вимог відповідної декларації. Це основний документ, в якому зазначаються ризики, загрози та експлуатаційні нюанси, які повинні враховуватися обслуговуючим персоналом. До основних вимог безпеки гідротехнічних споруд можна віднести такі:

  • Підтримка допустимого ступеня ризиків аварій.
  • Регулярна діагностика конструкцій та обладнання з подальшими коригуваннями в декларації безпеки.
  • Забезпечення безперервності експлуатації об 'єкта.
  • Підтримання заходів щодо організації засобів захисту та технічного контролю споруд.
  • Моніторинг потенційно можливих загроз для об 'єкта.

Будівництво гідротехнічних споруд

У першу чергу визначаються засоби здійснення будівельних робіт. Принциповим є питання про ступінь механізації процесу, оскільки в більшості випадків реалізація проектів гідротехнічних станцій відбувається за підтримки спецтехніки. На перших же етапах будівництва виконуються земляні роботи з бульдозерами, самоскидами, навантажувачами та екскаваторами, які дозволяють швидко облаштувати траншеї, ями, свердловини і просто розчистити робочий майданчик.

У деяких випадках проводиться ущільнення ґрунту. Наприклад, при створенні водойм з грунтовою чашею. Подібні операції виконуються післяйно на розчищеному ґрунті за допомогою спеціальних катків. На невеликих майданчиках можуть використовуватися дизельні або бензинові трамбувальники. Втім, фахівці все ж рекомендують відмовлятися від ручного інструменту на користь механіки. Рекомендація пов 'язана навіть не стільки з прискоренням темпів робочого процесу, скільки з якістю результату. І особливо це стосується будівництва гідротехнічних споруд на основному етапі зведення конструкції. Бетонні роботи вимагають виконання якісного армування з обв 'язкою, застосуванням інструктивних матеріалів і додаванням водостійких пластифікаторів.

На заключному етапі проводиться інженерне облаштування споруди. Встановлюються функціональні агрегати, технічні пристосування та прокладаються комунікації. Якщо мова йде про автономну станцію, то задіюються енергонезалежні генератори, для яких також будуть потрібні відповідні умови утримання в інфраструктурі комплексу.

Експлуатація гідротехніки

Основна діяльність обслуговуючого персоналу пов 'язана з підтриманням оптимального рівня технічного стану споруди, а також з контролем його основних функцій. Що стосується першої експлуатаційної частини, то вона зводиться до завдань оновлення витратних матеріалів, діагностикою обладнання, комунікацій тощо. Зокрема, оператори перевіряють технічний стан енергопостачальних мереж, агрегатів і цілісність матеріалів конструкцій. На випадок виявлення серйозних неполадок або пошкоджень правила експлуатації гідротехнічних споруд потребують складання окремого проекту з ремонтно-відновлювальних заходів з урахуванням наявних матеріальних резервів.

Друга ж частина експлуатаційних завдань орієнтується на керуючі функції. Використовуючи автоматику, засоби зв 'язку та телемеханіки вже інша команда операторів регулює роботу споруди та її функціональних блоків, спираючись і на контрольні операції за нормативними параметрами з допустимими навантаженнями.

Реконструкція гідротехнічних споруд

Процеси застарівання конструкцій і підвищення вимог до функціонального і силового потенціалу об 'єкта неминуче призводять до необхідності модернізації. Як правило, основні робочі модулі та агрегати піддаються реконструкції без припинення їх роботи. Втім, це буде залежати від характеру планованих змін. У кожному випадку проводиться обстеження гідротехнічних споруд на предмет можливостей для реконструкції. Кінцевими цілями може виступати підвищення надійності основи об 'єкта, збільшення пропускної здатності, нарощування потужностей насосного обладнання тощо. Після цього реалізуються конкретні операції, пов 'язані зі змінами техніко-експлуатаційних властивостей споруди. Досягаються поставлені завдання шляхом зміцнення ґрунтів, заміни будматеріалів і додавання нових конструкційних елементів.

Гідротехніка та охорона навколишнього середовища

Ще на етапі проектування разом з декларацією безпеки складається звіт про заходи, які в процесі експлуатації повинні будуть привести до поліпшення навколишнього екологічної обстановки. Спочатку оцінюється ситуація в умовах природного природного середовища, а надалі розробники роблять комплексну поправку на підтримку захисту природних об 'єктів вже після реалізації проекту. Зокрема, розробляються біотехнічні заходи, спрямовані на захист населення від аварій на гідротехнічних спорудах та створення умов з нейтралізації негативних експлуатаційних факторів.

Особлива увага приділяється впливу будівельних конструкцій та обладнання на гідрологічні ресурси. Наприклад, у водосховищах готуються спеціальні ложа для зберігання або відведення рідких відходів. На кожному об 'єкті також містяться технічні засоби з ліквідації джерел хімічних небезпечних або просто брудних речовин. Для постійного моніторингу екологічного фону інфраструктура гідротехнічних споруд доповнюється вимірювальними приладами, які фіксують біологічні та хімічні показники водного та повітряного середовищ. До основних характеристик такого роду можна віднести кольоровість, насиченість киснем, концентрацію певних елементів, санітарні показники тощо.

Ув 'язнення

Висока відповідальність об 'єктів гідрологічного призначення обумовлюється широтою сфер їх застосування і значимістю завдань, які вони вирішують. Як правило, гідротехнічні споруди виступають лише в якості ланки в робочому ланцюжку великих виробничих і господарських циклів. Але кінцеві цілі, які досягаються за підтримки таких об 'єктів, можуть бути вкрай важливими. Наприклад, енергетика, меліорація, транспорт, водопостачання - лише частина напрямків, в яких задіюються водні ресурси.