МЕТОДЫ ГИДРОТЕХНИКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Из основных видов деятельности инженера гидромелиоративной специальности (изыскание, проектирование, строительств и эксплуатация) проектирование является наиболее трудным и сложным, так как при этом необходимо предвидеть предусмотреть все особенности производства работ, эксплуатации гидротехнических сооружений и выбрать такой вариант из многочисленных возможных решений, который был бы наиболее приемлемым в технико-экономическом отношении. Следовательно, для проектирования гидротехнических, сооружений необходимо владеть не только методами конструирования и расчета, но и быть хорошим изыскателем, опытным производителем работ, знать производственный процесс и условия эксплуатации сооружений гидромелиоративных систем.

При проектировании пользуются соответствующими СНиП, инструкциями и указаниями, регламентирующими основные положения при расчетах и выборе вариантов возможного решения рассматриваемой задачи. В каждой крупной проектной организации имеются различные инструкции, указания и правила ведомственного характера. Эти правила и инструкции не находятся в противоречии с общегосударственными Строительными Нормами и Правилами и учитывают лишь особенности той или иной отрасли водного хозяйства.

Для решения основных задач, связанных с проектированием гидротехнических сооружений, гидроузлов, используются различные методы исследования, например: теоретический, экспериментальный (лабораторный, натурный), метод аналогии вариантного проектирования и др.

Теоретический метод является основным, так как при проектировании гидротехнических сооружений большинство опросов решается на его основе.

Данные теоретических исследований и полненные при этом зависимости и закономерности позволяют рассчитывать гидротехнические сооружения, то есть устанавливать их размеры, формы, прочность, устойчивость и условия будущей работы.

Лабораторные исследования применяют в тех случаях, когда рассматриваемый вопрос ввиду его сложности в теоретическом отношении недостаточно изучен и рекомендованные расчётные зависимости являются приближенными. Лабораторные исследования обычно проводятся в двух направлениях: 1) специальные опытные процессы, в которых проверяют те или иные положения теории или на основе серии опытов строят теорию, и 2) лабораторное моделирование сооружений и конструкций, при которой замеряют искомые величины на модели (скорости течения, деформации, давления и т.п.).

Лабораторные исследования дают очень ценные результаты и позволяют не только надежно обосновать проект конкретного сооружения, но и развить теорию, содействуя, таким образом, прогрессу гидротехнического строительства.

В современных условиях в лабораториях проводятся в основном следующие исследования:

• гидравлические — для выяснения гидравлических условий работы отдельных сооружений или их комплекса; при этом изучают такие вопросы, как движение воды в напорных и открытых водоводах, пропуск воды через сооружения, сопряжение бьефов, гашение энергии потока, компоновка гидроузла, волновые явления и их воздействия на сооружения и берега, обтекание затворов и их вибрация, аэрация потока, образование вакуума, система питания судоходных и рыбопропускных шлюзов и др.;
• русловые — для изучения русловых процессов и наносного режима в связи с изменением бытовых условий при возведении гидротехнических сооружений и гидроузлов; здесь рассматривают такие вопросы, как расстановка и плановое расположение руслорегулирующих сооружений, деформация русла, защита сооружений от подмыва, борьба с наносами в водозаборных узлах и т. п.;
• фильтрационные — для уточнения характера воздействия фильтрационного потока на сооружения и береговые привыкания;
• напряжений и деформаций сооружений и их отдельных элементов — для оценки прочности и устойчивости сооружений под воздействием статических и динамических нагрузок;
• свойств грунтов — для оценки их как оснований и материала для тела сооружений;
• строительных материалов — для выяснения и оценки их строительных свойств, изменения этих свойств во времени и др.

Натурные исследования проводят на построенных и строящихся сооружениях. Так же как и лабораторные, они заключаются в основном в изучении гидравлических, русловых и фильтрационных условий работы сооружений напряжений и деформаций.

Учитывая важность натурных исследований, на большинстве средних и крупных напорных гидротехнических сооружений устанавливают необходимую для этих целей измерительную аппаратуру, которую защищают от возможных повреждений в период строительства и в дальнейшем систематически контролируют.

Метод аналогий и повторения решений долгое время считался одним из надежных в гидротехнике. Он заключается в повторном использовании решения или конструкции, уже примененной на практике в сходных с данным случаем условиях. Однако с развитием теоретических и научно-экспериментальных исследований он утратил свое первенствующее значение и в настоящее время считается наиболее примитивным методой гидротехники, но в отдельных конкретных случаях при умелом применении может дать хорошие и надежные результаты.

Разновидностью метода аналогий и повторения решений является метод типовых проектов, который широко используется в гидромелиоративной практике при проектировании и строительстве многочисленных однотипных сетевых сооружений.

Прибегая к методу аналогии и типовых проектов, нельзя забывать о том, что нужно тщательно проанализировать соответствие природных, расчетных и эксплуатационных условий для образца и проектируемого объекта.

Метод вариантного проектирования заключается в рассмотрении нескольких вариантов возможного решения конкретной задачи и их технико-экономическом сравнении. Этот метод широко применяется при проектировании как отдельных сооружений, так и гидроузлов и гидросистем. Однако выполнение вариантного проектирования было сопряжено с большой затратой времени, связанной с разработкой и сравнением различных вариантов.

В современных условиях, при наличии весьма совершенных технических средств проектирования, таких, как аналоговых и быстродействующих электронных цифровых вычислительных машин, этот вопрос решается уже значительно проще и в короткие сроки. В связи с этим несомненно, что метод вариантного проектирования будет применяться значительно шире и займет ведущее место в решении многих сложных задач гидротехники и водохозяйственного строительства.

Опыт использования электронно-цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ) показал, что применение их при проектировании комплексных водохозяйственных систем позволяет не только ускорить и облегчить процесс проектирования, но и качественно улучшить принимаемые проектные решения, то есть добиться значительного увеличения эффективности капиталовложений, затрачиваемых на сооружение гидроузлов и развитие водохозяйственных систем.

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968