ВВЕДЕНИЕ
При проектировании и строительстве гидротехнических сооружений очень важно учитывать специфические условия конкретной страны или региона - природные и социальные условия, экономическое развитие и его перспективы, связи с другими странами; опыт и традиции гидротех-нического строительства, целесообразность каскада гидроузлов на реке; полноту и достоверность данных изысканий (например, экологических, гидрологических, геологических и др.). Последние в ряде случаев, особенно в развивающихся странах, были недостаточными и приводили к авариям сооружений. Рассмотрим несколько примеров.
В современных условиях, как правило, не строят трудоемкие плотины из каменной кладки на растворе - они вытеснены бетонными плотинами. Однако в некоторых странах - с большой численностью населения и дешевой рабочей силой (например, КНР, Индия) - такие плотины применяют и в настоящее время. Так, в КНР интенсивно строили арочные плотины: в 1949-1980 гг. - 538 плотин высотой более 20 м, причем 469 из них (87,2 %) из каменной кладки (с частичным небольшим применением бетона - в зоне водослива, у верховой грани и т. п.). Опыт строительства таких плотин позволил возвести ряд крупных бетонных арочных и арочно-гравитационных плотин - Лонъянся высотой 178 м, Дунцзян - 157 м, Эртань - 240 м и др. В Индии в 1969 г. построена высокая (124,7 м) каменная плотина Нагарджанасагар, имеется и ряд небольших плотин из каменной кладки.
Могут быть и сооружения смешанного типа. Так, недавно построен-ная в Индии гравитационная плотина Карджан состоит из секции длиной 520 м, выполненной из каменной кладки (объем 261, 9 тыс. м3), и бетонной секции длиной 380 м, включающей четыре донных водоспуска и водослив длиной 191 м, девять пролетов которого перекрыты сегментными затворами (объем бетона 1175 тыс. м3).
Очень важно учитывать местные условия и при проектировании резервных (вспомогательных) водосбросов для пропуска очень больших паводков малой обеспеченности. Такие водосбросы применены на ряде гидроузлов в странах с жарким климатом, например на Кубе (гидроузлы Нахаса, Пасо Бонито и др.). Иногда в их состав включают размываемую при высоком паводке грунтовую насыпь (плавкую вставку), как это сделано на гидроузлах Эппалок в Австралии и Мнио- ли в Свазиленде. Отметим, что на гидроузле Мниоли, построенном в 1975-1979 гг., максимальный расчетный расход при тропическом циклоне (7650 м3/с) в 8 раз превышал расход повторяемости 1 раз в 100 лет (950 м3/с), на который рассчитывался основной бетонный водосброс на правом берегу. Плавкая вставка была устроена на катастрофическом левобережном водосбросе, стоимость которого составила 37 % общей стоимости водосбросных сооружений. Окупился он в 1984 г., когда во время тайфуна Домойна несколько недель пропускал паводок.
Однако, как показал опыт проектирования и эксплуатации некоторых гидроузлов, плавкая вставка может быть и нерациональной или даже недопустимой. Так, при проектировании гидроузла Уивенкос в Австралии более экономичным решением оказалось сооружение парапета у плотины и пропуск максимального расхода с дополнительной форсировкой уровня воды в водохранилище. Не размылась при большом паводке 1969 г. плавкая вставка в составе небольшого гидроузла Ля Сейба (Куба), так как она в условиях влажного жаркого климата быстро покрылась растительностью и ее пришлось разрушить бульдозером.
Необходимо знать и характер жаркого климата - с чередующимися сухим и мокрым (с дождями, быстро наступающими ливнями) периодами или с малым количеством осадков и даже пересыхающими в самое жаркое время некоторыми реками (Северная Африка). В первом случае при небольших гидроузлах, не создающих вместительного водохранилища, водосбросы обычно устраивают открытыми и без затворов на гребне, с развитым гребнем, что характерно, например, для гидроузлов Кубы. В других случаях на крупных гидроузлах с достаточно вместительными водохранилищами обычно целесообразны водосбросы с затворами, в том числе и глубинными. Усовершенствованные конструкции последних позволяют обеспечивать их надежную работу даже при больших напорах, значительно срезать пик паводка в водохранилище, существенно снижать уровень воды в нем в чрезвычайных ситуациях, упрощать пропуск строительных расходов, что в ряде случаев удешевляет строительство и сокращает его сроки (примеры: плотина Кабора Басса в Мозамбике, Лонъянся в КНР на реке Хуанхэ и др.).
Длительный пропуск больших расходов воды через глубинные отверстия плотины Кабора Басса на реке Замбези подтвердил надежность таких водосбросов и целесообразность их применения.
Характер жаркого климата может существенно повлиять и на выбор типа грунтовой плотины, и на способ ее возведения. Например, при сухом климате практически исключается способ намыва, а при наличии продолжительного периода дождей в подходящих условиях заслуживает внимания способ отсыпки грунта в воду. В этом случае плотина с грунтовым экраном может быть предпочтительней плотины с ядром, так как экран не обязательно делать одновременно с телом плотины, его можно отсыпать в сухой сезон и это не задержит общий процесс строительства.
Основные (общие и частные) тенденции развития конструкций различных гидротехнических сооружений и методов их строительства и эксплуатации как в жарком, так и в умеренном климате одинаковые.
К общим относятся: обеспечение надежности работы сооружений; использование достижений науки и практики, отыскание новых прогрессивных инженерных решений; учет требований экологии и осуществление мероприятий по охране окружающей среды; получение наиболее экономичных решений с рассмотрением альтернативных вариантов; использование современных высокопроизводительных механизмов и методов производства работ и др.
К частным тенденциям относятся: все более широкое распространение в горных условиях каменно-насыпных плотин с негрунтовыми противофильтрационными элементами, в том числе с железобетонными экранами (особенно в странах Южной Америки); распространение во многих странах плотин из малоцементного укатанного бетона (США, Японии, Пакистане, ЮАР, СНГ, Австралии, Бразилии, КНР и др.), который позволяет существенно удешевить плотину и ускорить ее строительство; большое развитие туннельных водосбросов различных конструкций, в том числе усовершенствованных, пропускающих поток с высокими скоростями; развитие и усовершенствование сборных конструкций сооружений на каналах; существенное ужесточение требований к организации чаши водохранилища с учетом требований охраны окружающей среды (полная лесосводка и лесоочистка; перехват вредных стоков, в том числе с устройством биологических прудов и др.).
Характер мероприятий по охране окружающей среды разнообразен и зависит от местных условий. Были случаи, когда при недостаточном обосновании приемлемости в экологическом отношении гидротехнического объекта приостанавливали его строительство, как это было с плотиной Элк Крик в США, и выполняли дополнительные экологические исследования.
Серьезные трудности возникают при оценке влияния крупных водохранилищ на окружающую среду в условиях жаркого влажного климата. Так было, например, при рассмотрении вопроса об энергетическом использовании притоков реки Амазонки, проектировании и строительстве крупного гидроузла Тукуруи на одном из этих притоков (реки Токантино) в Бразилии. Затопление 2160 км2 тропического леса оказало бы отрицательное влияние на окружающую среду (разложение, гниение древесины может привести к значительному выделению метана, водорода и сероводорода в соединениях с железом, марганцем кремнием и т. д.), поэтому предусмотрели значительную лесос- Еодку в зоне.водохранилища. Кроме того, в водохранилище могут разлагаться водоросли, что сильно ухудшит качество воды и снизит воспроизводство рыбы. Требуется решение и ряда других экологических вопросов.
Сохранением надлежащей окружающей среды и недопущением существенного отрицательного влияния на нее строительных работ надо заниматься и при их проведении. Например, при строительстве в Японии плотины Куробе-4, чтобы не нарушать существующий ландшафт, выполнили длинные транспортные туннели (длиной около 15 км). Карьеры грунта для отсыпки грунтовых плотин располагать в верхнем бьефе, где они затем затапливаются при заполнении водохранилища, в общем рационально и допустимо, хотя и не всегда. Так, при возведении плотины Массинжир в Мозамбике (на реке Элефантиш) карьеры суглинка для устройства экрана и понура плотины заложили в верхнем бьефе непосредственно около плотины, а этого не следовало делать, так как в некоторых зонах при снятии суглинка образовались окна. По ним вода уходила в мощную толщу сильнопроницаемых песчано-гравелисто-галечных грунтов с коэффициентом фильтрации до ~ 800 м/сут (в отдельных зонах), поэтому пришлось проводить трудоемкие дорогие работы по инъекции основания.
