Використання водних ресурсів завжди було однією з базових умов підтримки життєдіяльності людини. Потреба в них обумовлюється не тільки питними потребами, але й господарськими, а в наші дні все частіше і промисловими завданнями. Регулювання використання джерел води забезпечується гідротехнічними спорудами, які мають різні форми і функціональне наповнення.
Загальні відомості про гідротехніки
У загальному сенсі гідротехнічний об’єкт можна представити як будь-функціональна споруда 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 експлуатуються людьми. Які ж завдання виконують сучасні об’єкти гідротехнічних споруд? Основні із них можна подати так:
- Споруди, призначені для використання водних ресурсів. Як правило, це об’єкти з водопостачальними комунікаціями й устаткуванням.
- Водоохоронні споруди. Комплекси, в інфраструктурі яких може виконуватись декілька завдань. Найбільш поширені для подібних об’єктів обмеження по використанню і впливу на гідрологічну середовище з метою запобігання шкідливого впливу на неї.
- Промислові споруди. Інженерні системи, до яких циркуляція води може використовуватися як джерело енергії.
Зрозуміло, це лише частина функцій, які виконує гідротехніка. Рідко буває, коли на подібні споруди покладається одна або дві задачі. Зазвичай великі комплекси підтримують відразу кілька робочих процесів, серед яких природоохоронні, захисні, регулюючі і т. д.
Основні і 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 обслуговується за допомогою гідроресурсів господарства. Це може бути зупинка водопостачання системи зрошення, припинення роботи електростанцій, скорочення судноплавства і т. д. 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 гидротехнику, руйнування або пошкодження якої не спричинить перелічених вище наслідків. Наприклад, якщо основні гідротехнічні споруди забезпечують підприємства виробничими ресурсами, то другорядні можуть брати участь у регуляції цього процесу, не надаючи істотного впливу на результат.
Також варто згадати особливості тимчасових споруд, які використовуються в періоди проведення ремонтних заходів. Якщо на основному водопостачальних об’єкті сталася розгерметизація, приміром, то обслуговує бригада з проектувальником повинна буде створити технічні умови для усунення проблеми. Рішенням цієї проблеми може стати організація роботи тимчасового гідровузла.
Класифікація за способом взаємодії з ресурсом
Одну і ту ж задачу можна виконувати різними способами. Як вже зазначалося, один комплекс здатний підтримувати декілька функціональних процесів, але принципово розрізняють саме умови взаємодії з водоймою або водостоком і, відповідно, характер виконання тієї чи іншої функції. За цими ознаками виділяють наступні споруди:
- Водоподпорные. Призначені для перегораживания водотоку, огорожі водосховища або ставка за рахунок прийняття напору води. При оцінці водотоку відзначають рівень вище водонодпорной станції (верхній б’єф), і нижче – нижній б’єф. Різницю між цими рівнями називають натиском на гідрологічному споруді.
- Багатофункціональні меліоративні станції. Це можуть бути водовипуски, шлюзи, дамби і водовіддільники. Всередині цієї групи також передбачається класифікація гідротехнічних споруд, згідно з якою розрізняють сопрягающие і перегороджують комплекси.
- Водопровідні. Звичайно мережева інфраструктура, формована каналами, тунелями, трубопроводами, лотками для проведення води. Завдання у них проста – 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 забірних споруд такі станції лише прибирають надлишки води. До цих об’єктів належать глибинні водоскиди, зливні канали, водоспуски та ін.
- Регуляційні. Контролюють взаємодія потоку з руслом, не допускаючи вихід води за межі огорожі, розмиви та відкладення.
Небезпечні гідротехнічні об’єкти
До даної групи споруд можуть ставитися представники всіх гідротехнічних об’єктів незалежно від призначення. Небезпечною станція може бути з причини високого ризику аварії, безхазяйного стану, знаходження в зоні ризику із-за впливу сторонніх чинників і т. д. Переліки з небезпечними об’єктами формуються фахівцями МНС та працівниками Росприроднагляду. По кожному регіону проводиться комплексна ревізія з виявленням створюють загрозу об’єктів. Небезпечними гідротехнічні споруди визнаються після виконання наступних процедур:
- Ідентифікуються і уточнюються морфометричні характеристики об’єкта.
- Визначається технічний стан споруди і ступінь його безпеки.
- Визначається потенційний розмір шкоди, що може мати місце у випадку розвитку аварії (наприклад, після руйнування тіла греблі).
- Проводиться зонування місцевості навколо об’єкта з площею, яка буде залежати від ступеня ризику і загрози від конкретної споруди.
Після визнання об’єкта небезпечним організується його спостереження, а також складається графік проведення обслуговуючих, техніко-ремонтних та 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 регуляционным, водопроводящим, водозабірним і водосбросным 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.
- Плотоходы і причали.
- Лесоспуски.
- Суднопідіймачі.
- Елінги.
- Доки.
- Хвилеломи та ін.
В рибному господарстві застосовуються рибоводні ставки, рыбоподъемники і рибоходи. У соціально-розважальної інфраструктури це можуть бути аквапарки з басейнами і акваріумами. В кожному разі і обслуговуючі заходи будуть мати 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 вживаного устаткування, а також результати натурних спостережень за умовами експлуатації майбутньої споруди для своєчасного виявлення несприятливих процесів і появи можливих дефектів. Повинна всебічно і комплексно оцінювати навколишнє оточення, щоб спочатку передбачити і, можливо, запобігти загрози аварій.
Зокрема, проект для гідротехнічного спорудження включає наступні 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 й умови роботи контрольно-вимірювальної апаратури.
- Техніко-конструкційні рішення і 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. В цій документації, зокрема, описуються заходи, спрямовані на запобігання надзвичайних ситуацій.
Вимоги до забезпечення безпеки
З моменту розробки проектної і протягом усього періоду експлуатації безпека гідротехнічного об’єкта забезпечується на основі вимог відповідної декларації. Це основний документ, у якому зазначаються ризики, загрози та експлуатаційні нюанси, які повинні враховуватися обслуговуючим персоналом. До основним вимогам безпеки гідротехнічних споруд можна віднести наступні:
- Підтримка допустимої ступеня ризиків аварій.
- Регулярна діагностика конструкцій і обладнання з подальшими доповненнями до декларації безпеки.
- Забезпечення безперервності експлуатації об’єкта.
- Підтримка заходів з організації засобів захисту та технічного контролю споруд.
- Моніторинг потенційно можливих загроз для об’єкта.
Будівництво гідротехнічних споруд
У першу чергу визначаються засоби виробництва будівельних робіт. Принциповим є питання про ступінь механізації процесу, так як в більшості випадків реалізація проектів гідротехнічних станцій відбувається за підтримки спецтехніки. На перших же етапах будівництва виконуються земляні роботи з бульдозерами, самоскидами, навантажувачами і екскаваторами, які дозволяють швидко облаштувати траншеї, ями, свердловини і просто розчистити робочу площадку.
У деяких випадках проводиться ущільнення грунту. Наприклад, при створенні водойм з ґрунтовою чашею. Подібні операції виконуються пошарово на розчищеному ґрунті за допомогою спеціальних ковзанок. 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 якісного виконання армування з обв’язкою, застосуванням інструктивних матеріалів і додаванням водостійких пластифікаторів.
На заключному етапі проводиться інженерне облаштування споруди. Встановлюються функціональні агрегати, технічні пристосування і прокладаються комунікації. Якщо мова йде про автономну станції, то задіються енергонезалежні генератори, для яких також 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 і т. д. зокрема, оператори перевіряють технічний стан енергопостачальних мереж, агрегатів і цілісність матеріалів конструкцій. На випадок виявлення серйозних несправностей або пошкоджень правила експлуатації гідротехнічних споруд потребують складання окремого проекту по ремонтно-відновлювальним заходам з урахуванням наявних матеріальних резервів.
Друга ж частина експлуатаційних завдань орієнтується на керуючі функції. Використовуючи автоматику, засоби зв’язку і телемеханіки вже інша команда операторів регулює роботу споруди та його функціональних блоків, спираючись і на контрольні операції за нормативними параметрами з допустимими навантаженнями.
Реконструкція гідротехнічних споруд
Процеси старіння конструкцій і підвищення вимог до функціонального та 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. В кожному випадку проводиться обстеження гідротехнічних споруд на предмет можливостей для реконструкції. Кінцевими цілями може виступати підвищення надійності підстави об’єкта, збільшення пропускної спроможності, нарощування потужностей насосного обладнання і т. д. Після цього реалізуються конкретні операції, пов’язані із змінами техніко-експлуатаційних властивостей споруди. Досягаються поставлені завдання шляхом зміцнення грунтів, заміни будматеріалів і додавання нових конструкційних елементів.
Хімія та охорона навколишнього середовища
Ще на етапі проектування разом з декларацією безпеки складається звіт про заходи, які у процесі експлуатації повинні будуть привести до поліпшення навколишнього екологічної обстановки. Спочатку оцінюється ситуація в умовах природного середовища, а в подальшому 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 щодо 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 колір, насиченість киснем, концентрацію певних елементів, санітарні показники і т. д.
Висновок
Висока відповідальність об’єктів гідрологічного призначення обумовлюється широтою сфер їх застосування та значущістю завдань, які вони вирішують. Як правило, гідротехнічні споруди виступають лише в якості ланки в робочій ланцюжку великих виробничих і господарських циклів. Кінцеві цілі, які досягаються при підтримці таких об’єктів, що можуть бути вкрай важливими. Наприклад, енергетика, меліорація, транспорт, водопостачання – лише частина напрямків, в яких використовуються водні ресурси.
