Введение
Структура для контролируемого выпуска потоков из плотины или дамбы. Разливной фронт – это сооружение, используемое для контролируемого сброса воды вниз по течению от плотины или дамбы, как правило, в русло реки, на которой расположена плотина. В Соединенном Королевстве они могут называться переливными каналами. Разливные фронты обеспечивают защиту частей сооружения, не предназначенных для пропуска воды, от повреждений. Разливные фронты могут включать шлюзы и предохранительные сбросные устройства для регулирования потока воды и уровня водохранилища. Такие элементы позволяют регулировать сток вниз по течению: осуществляя контролируемый сброс воды до заполнения водохранилища, операторы могут предотвратить чрезмерный сброс в дальнейшем. К другим применениям термина "разливной фронт" относятся обводные каналы дамб, выпускные каналы, используемые при высоких уровнях воды, и каналы, прорубленные через естественные плотины, такие как морены. Вода обычно переливается через разливной фронт только во время паводков, когда водохранилище достигает своей максимальной емкости и приток воды превышает скорость сброса. В отличие от этого, водозаборная башня – это сооружение, используемое для регулярного контроля сброса воды для таких целей, как водоснабжение и производство гидроэлектроэнергии.
A spillway is a structure used to provide the controlled release of water downstream from a dam or levee, typically into the riverbed of the dammed river itself. In the United Kingdom, they may be known as overflow channels. Spillways ensure that water does not damage parts of the structure not designed to convey water. Spillways can include floodgates and fuse plugs to regulate water flow and reservoir level. Such features enable a spillway to regulate downstream flow—by releasing water in a controlled manner before the reservoir is full, operators can prevent an unacceptably large release later. Other uses of the term "spillway" include bypasses of dams and outlets of channels used during high water, and outlet channels carved through natural dams such as moraines. Water normally flows over a spillway only during flood periods, when the reservoir has reached its capacity and water continues entering faster than it can be released. In contrast, an intake tower is a structure used to control water release on a routine basis for purposes such as water supply and hydroelectricity generation.
Типы
В верхней части водохранилища расположен водосброс. Плотины могут также иметь нижние водосбросы с клапанами или затворами, которые могут использоваться для сброса паводкового потока, а некоторые плотины не имеют переливных водосбросов и полностью полагаются на нижние водосбросы. Существуют два основных типа водосбросов: регулируемые и нерегулируемые. Регулируемый водосброс оснащен механическими конструкциями или затворами для регулирования расхода воды. Такая конструкция позволяет использовать почти всю высоту плотины для круглогодичного хранения воды, а паводковые воды могут выпускаться по мере необходимости путем открытия одного или нескольких затворов. Нерегулируемый водосброс, напротив, не имеет затворов; когда вода поднимается выше порога или гребня водосброса, начинается ее сброс из водохранилища. Скорость сброса контролируется только высотой воды над водосбросом водохранилища. Доля объема водохранилища, находящаяся выше гребня водосброса, может использоваться только для временного хранения паводковых вод; ее нельзя использовать для водоснабжения, поскольку она находится выше уровня, который плотина может удержать. В промежуточном типе нормальное регулирование уровня водохранилища осуществляется механическими затворами. В этом случае плотина не предназначена для работы с водой, перетекающей через верхнюю часть, либо из-за материалов, использованных при ее строительстве, либо из-за условий непосредственно ниже по течению. Если приток воды в водохранилище превышает пропускную способность затворов, искусственный канал, называемый вспомогательным или аварийным водосбросом, будет отводить воду. Часто этот канал намеренно блокируется предохранительной плотиной (или «пробкой»). Если она присутствует, предохранительная плотина спроектирована таким образом, чтобы разрушаться в случае крупного наводнения, превышающего пропускную способность водосбросных затворов. Хотя строительным бригадам могут потребоваться месяцы для восстановления предохранительной плотины и канала после такого события, общий ущерб и стоимость ремонта меньше, чем если бы основные водоудерживающие сооружения были переполнены. Концепция предохранительной плотины используется там, где строительство водосброса требуемой мощности было бы слишком дорогим.
Заливная труба
Запрудный водосброс – это распространенная и базовая конструкция, предназначенная для отвода избыточной воды из-за плотины вниз по гладкому склону в нижерасположенную реку. Обычно они проектируются по огиве. Чаще всего дно и боковые стенки таких водосбросов облицовываются бетоном для защиты плотины и окружающего ландшафта. Они могут быть оснащены регулирующим устройством, а при ограниченном пространстве и финансировании некоторые из них могут быть более тонкими и иметь многослойную облицовку. Кроме того, они не всегда предназначены для рассеивания энергии, как ступенчатые водосбросы. Водосбросы могут быть оборудованы волнорезами из бетонных блоков, но обычно имеют "откидной порог" и/или рассеивающий бассейн, создающий гидравлический удар, который защищает основание плотины от эрозии.
Уровень пропуска
Шаговые каналы и водосбросы используются уже более 3000 лет. Несмотря на то, что в середине двадцатого века их вытеснили более современные инженерные решения, такие как гидравлические прыжки, примерно с 1985 года интерес к ступенчатым водосбросам и желобам вновь возрос, отчасти благодаря использованию новых строительных материалов (например, роликоуплотненный бетон, габионы) и методов проектирования (например, защита от перелива насыпей). Ступени обеспечивают значительное рассеивание энергии вдоль желоба и уменьшают размеры необходимого нижерасположенного бассейна для гашения энергии потока. Исследования в этой области продолжаются, с новыми разработками в области систем защиты от перелива насыпных плотин и проектирования малых водосливов.
Устье колокольчика
Пролив с устьем-колоколом спроектирован в виде перевернутого колокола, позволяя воде поступать по всему периметру. Эти нерегулируемые проливы также называют «утренняя слава» (по названию цветка) или проливы типа «глубокая воронка». В районах, где поверхность водохранилища может замерзать, этот тип пролива обычно оснащается устройствами для борьбы с образованием льда, чтобы предотвратить его обледенение. Некоторые проливы с устьем-колоколом оборудованы затворами. Самый высокий пролив типа «утренняя слава» в мире находится на плотине Хангри-Хорс в штате Монтана, США, и управляется кольцевым затвором. Пролив с устьем-колоколом в водохранилище Ковон-душ-Коншуш в Португалии построен таким образом, чтобы выглядеть как естественное образование. Самый большой пролив с устьем-колоколом находится на плотине Джихи в Новом Южном Уэльсе, Австралия, его диаметр на поверхности водоема составляет 105 футов (32 метра).
Сифонский пролив
Сифон использует разницу высот между точкой забора и точкой выпуска для создания разницы давлений, необходимой для удаления избыточной воды. Для работы сифона требуется предварительная заправка для удаления воздуха из колена, и большинство сифонных переливов сконструированы таким образом, чтобы использовать воду для автоматической заправки сифона. Один из таких типов – волютный сифон, который использует волюты или ребра на воронке для формирования водоворота, вытесняющего воздух из системы. Заправка происходит автоматически, когда уровень воды поднимается выше входных отверстий.
Другие виды
Огибающий гребень венча́ет плотину, боковой канал огибает рельеф плотины, а лабиринт использует зигзагообразную конструкцию для увеличения длины порога, что позволяет создать более тонкую конструкцию и увеличить пропускную способность. Камерный водосброс напоминает водозабор гидроэлектростанции и отводит воду из-за плотины непосредственно через туннели в русло реки ниже по течению.
Относительно конструкции
Одним из параметров проектирования водосбросных сооружений является максимальный расход, который они должны обеспечивать. Конструкции должны безопасно выдерживать расчетный расход через водосброс (SDF), иногда называемый расчетным приточным расходом (IDF). Величина SDF может определяться нормами безопасности плотин, исходя из размеров сооружения и потенциального ущерба для жизни и имущества ниже по течению. Величина наводнения иногда выражается в виде периода возврата. Период возврата в 100 лет – это расход, который, как ожидается, будет превышен в среднем один раз в 100 лет. Этот параметр также может быть выражен как частота превышения, равная 1% вероятности превышения в любой год. Объем воды, ожидаемый во время расчетного наводнения, определяется гидрологическими расчетами для вышерасположенного водосбора. Период возврата устанавливается нормами безопасности плотин, исходя из размеров сооружения и потенциального ущерба для жизни и имущества ниже по течению. Инженерный корпус армии США основывает свои требования на вероятном максимальном наводнении (PMF) и вероятном максимальном количестве осадков (PMP). PMP – это максимальное количество осадков, которое считается физически возможным в вышерасположенном водосборе. Плотинам с более низкой степенью опасности может быть разрешено иметь IDF меньше, чем PMF.
Безопасность
Врата водосброса могут открываться внезапно, без предупреждения, дистанционно. Находящиеся в зоне водосброса посторонние лица подвергаются высокому риску утопления. Водосбросы обычно огорожены и оборудованы запертыми воротами для предотвращения случайного проникновения внутрь сооружения. Предупреждающие знаки, сирены и другие средства могут быть установлены для предупреждения людей в нижележащей части реки о внезапном сбросе воды. В соответствии с регламентом эксплуатации может потребоваться приоткрытие ворот для выпуска небольшого количества воды в качестве предупреждения для людей ниже по течению. Внезапное закрытие ворот водосброса может привести к тому, что рыба окажется отрезана от течения, и этого обычно стараются избежать.