Водосбросы. 
Характеристика и виды гидротехнических сооружений

В составе гидроузла, помимо глухой плотины, большое значение имеют водосбросы, т. е. устройства для сброса излишков паводковых вод или пропуска расходов другого назначения. Имеется несколько различных решений расположения водосбросов в гидроузле.

Водосбросные пролеты могут быть устроены в гребне бетонной плотины в русле или на пойме реки; тогда сооружение примет вид водосбросной плотины. Водосброс может быть устроен независимо от плотины в виде специального сооружения, располагаемого на береговом склоне и потому называемого береговым водосбросом.

Как в теле плотины, так и на береговом склоне водосбросные отверстия могут быть размещены близко к отметке гребня плотины или глубоко под уровнем верхнего бьефа. Первые носят название поверхностных, вторые — глубинных или донных водосбросов.

Поверхностные пролеты водосбросных плотин могут быть открытыми (без затворов), но обычно они имеют затворы, регулирующие уровень воды верхнего бьефа. Для предотвращения переполнения водохранилища затворы открывают частично или полностью, не допуская повышения уровня воды выше отметки нормального подпорного уровня (НПУ). Для улучшения условий пропуска воды через плотину гребню ее придают плавное, округленное очертание, которое далее переходит в круто падающую поверхность, заканчивающуюся вблизи уровня нижнего бьефа еще одним обратным закруглением, направляющим поток в русло реки. Вся длина водосбросного фронта делится при помощи быков на ряд пролетов. Быки, кроме того, воспринимают давление воды от затворов, а также служат опорами мостов, предназначаемых для обслуживания подъемных механизмов и затворов и транспортной связи между берегами.

Вода, сбрасываемая через плотину, обладает большим запасом потенциальной энергии, которая переходит в кинетическую. Борьба с разрушительной энергией сбрасываемого через плотину потока ведется различными способами. За водосбросной плотиной на водобойной массивной бетонной плите устраивают гасители энергии в виде отдельных бетонных массивов — шашек, пирсов или железобетонных балок. Иногда в нижнем бьефе водосбросной плотины организуют поверхностный режим путем устройства в нижней части водослива уступа и носка, срываясь с которого с большей скоростью, поток концентрируется у поверхности, а под ним образуется валец с умеренными обратными скоростями у дна.

За водосливными плотинами, имеющими в основании нескальные породы, за водобоями делается рисберма — укрепленный водопроницаемый участок русла реки.

Обычно на берегу водосбросы располагают в гидроузлах с плотинами из грунтовых материалов, не допускающими пропуска расходов воды через их гребень, а также в гидроузлах с бетонными плотинами в узких ущельях, где русло занято приплотинным зданием ГЭС. Типы их весьма разнообразны. Наиболее часто применяются поверхностные водосбросы, в которых сбрасываемый поток течет по поверхности берега в открытой выемке. Они размещаются на одном или на двух берегах, часто рядом с плотиной, и имеют следующие составные части: подводящий канал, собственно водосброс с водосливными пролетами, быками и затворами (или автоматического действия без затворов), отводящий канал в виде быстротока или ступенчатого перепада (применяется редко). Завершаются береговые водосбросы водобойными устройствами, аналогичными тем, которые устраиваются в нижнем бьефе водосбросных плотин — водобойным колодцем.

Если местные условия препятствуют трассировке отводящего канала, то его можно заменить отводящим туннелем; получится береговой водосброс туннельного типа. Туннельные береговые водосбросы имеют следующие составные части: подводящий канал, расположенный на высоких отметках берегового склона в верхнем бьефе, само водосбросное сооружение с затворами и отводящий туннель, заканчивающийся участком канала и водобойным устройством.

Глубинные и донные водосбросы размещаются на отметках, близких к дну водотока, на котором возводится гидроузел. Они устраиваются для следующих целей: для пропуска речного расхода в период строительства плотины в русле реки (строительные водосбросы), а в некоторых случаях для пропуска всего или части сбросного расхода. Основные разновидности их — туннельные и трубчатые водосбросы. Водосбросные туннели располагаются в скальных береговых массивах, в обход плотины, длина их составляет несколько сотен метров, размеры поперечного сечения определяются пропускаемым расходом. Форма сечения строительных водосбросов обычно подковообразная. Остальные туннели, работающие под большим напором, имеют круглое сечение.

Трубчатые водосбросы располагаются в гидроузле в зависимости от типа плотины. Если плотина бетонная (гравитационная, контрфорсная или арочная), то водосбросы представляют собой трубы, прорезающие ее тело от верхнего бьефа до нижнего и снабженные затворами. Если плотина грунтовая, то трубчатые водоспуски устраивают под плотиной, заглубляя их в основание. Они представляют собой башню, от которой берут начало стальные или железобетонные трубы круглого или прямоугольного сечения в зависимости от напора. Они могут быть одиночные или собранные в своеобразные «батареи» в зависимости от расхода. Во входной и выходной части труб размещают затворы и механизмы управления ими.

Затворы и подъемники. 0сновные затворы служат для регулирования сбросных расходов и уровней воды в верхнем бьефе, а также для пропуска в отдельных случаях леса, льда, сора, наносов. Ими можно полностью или частично закрывать водопропускные отверстия. Конструкция затворов зависит от их местоположения; затворы поверхностных отверстий, часто больших размеров, воспринимают сравнительно небольшое гидростатическое давление; затворы глубинных отверстий, имеющие значительно меньшие размеры, испытывают большое гидростатическое давление. Затворы изготовляют чаще всего из стали, при небольших напорах и пролетах перекрываемых отверстий — из дерева, в низконапорных неответственных сооружениях с большими пролетами — из тканевых материалов (тканевые плотины). Наибольшее распространение в гидротехнических сооружениях получили плоские затворы, которые представляют собой металлическую конструкцию в виде щита, перемещающегося в вертикальных пазах быков и устоев. Составными частями плоского затвора являются: водонепроницаемая обшивка, воспринимающая давление воды верхнего бьефа, далее система балок, ферм и опорных конструкций, катящихся или скользящих по специальным рельсам, заложенным в пазах. Масса подвижной части затворов довольно существенна, при больших высотах и пролетах она превышает 100 т, что требует мощных подъемных механизмов. Чтобы уменьшить подъемное усилие механизмов, применяют сегментные затворы, которые при подъеме их и опускании вращаются вокруг шарниров, заделанных в быках и устоях. Такие затворы имеют также широкое применение, но стоимость их превышает стоимость плоских затворов.