Донные водовыпуски и донные водоспуски являются водопропускными сооружениями. Они находят свое применение при проектировании практически всех видов речных подпорных гидроузлов. Как следует из самих названий («водовыпуски» и «водоспуски») данные типы водопропускных сооружений не являются водосбросными в чистом виде, т.е. они не применяется для пропуска весенних половодий и дождевых паводков. Основным назначением донных водовыпусков является выполнение полезных попусков воды из водохранилища или пруда в нижний бьеф гидроузла (полезный попуск — пропуск сравнительно небольших расходов воды через речные гидроузлы с целью поддержания естественного русла реки и выполнения природоохранных требований). Основным назначением донных водоспусков является полное опорожнение водохранилища или пруда с целью расчистки его ложа или ремонта гидротехнических сооружений.

Несмотря на различия в назначении, общим в характере проектирования водовыпусков и водоспусков служит относительно небольшие величины пропускаемых по ним расходов воды. Это сходство приводит к принципиальной близости (почти идентичности) компоновочных и конструктивных решений по обоим типам водопропускных сооружений.

В составе сооружений проектируемых или реконструируемых водохозяйственных гидроузлов на реках и ручьях в качестве основного подпорного сооружения как правило выступает грунтовая плотина, обычно — земляная. И именно в теле грунтовой плотины, ближе к ее подошве, чаще всего устраиваются донные водовыпуски и водоспуски.

Состав основных элементов донного водовыпуска (водоспуска):
– входной оголовок;
– трубопровод;
– камера затворов;
– сопрягающее сооружение;
– отводящий канал.

 

Продольный разрез и план по донному водовыпуску в теле земляной плотины

Продольный разрез и план по донному водовыпуску в теле земляной плотины

 

Входной оголовок донного водовыпуска (водоспуска) предназначен для забора воды из водохранилища (пруда). В простейшем случае входной оголовок может представлять собой просто торцевое отверстие трубопровода с наваренными на него арматурными стержнями, предотвращающими попадание мусора в водопропускной тракт. Однако в настоящее время такие примитивные решения считаются неприемлемыми по причине их эксплуатационной ненадежности. В связи с этим в проектах водовыпусков/водоспусков применяются более сложные конструктивные решения оголовков. Высокую эксплуатационную эффективность показали оголовки зонтичного типа из металла (чаще) или монолитного железобетона. Стальной оголовок зонтичного типа представляет собой короткую вертикальную трубу, привариваемую к трубопроводу, на верхнее отверстие которой устанавливается т.н. зонт — стальная крышка в виде цилиндра с диаметром, большим диаметра вертикальной трубы. С целью повышения общей пропускной способности водоспуска описанных вертикальных труб с зонтами, как правило, устанавливается по несколько штук на каждую нитку трубопровода. Оголовки зонтичного типа обеспечивают соблюдение основного требования по рыбозащите — минимизация количества рыбы, попадающей в тракт водовыпуска. Недостатком зонтичного оголовка является более жесткие требования к минимальному уровню воды в проектируемом водоеме, особенно в зимнее время (в связи с наличием ледяного поля определенной толщины).

Трубопровод является основным элементом водопропускного тракта донного водовыпуска (водоспуска), обеспечивающим непосредственный пропуск воды в нижний бьеф гидроузла. Трубопровод проектируется в виде одной или нескольких ниток труб. Число ниток рассчитывается в проектной документации в зависимости от расчетного расхода водовыпуска/водоспуска. Каждая нитка может быть выполнена из нескольких железобетонных звеньев с раструбами, или в виде стальной сварной трубы. В случае выбора стального варианта необходимо выполнение мероприятий по антикоррозионной защите трубы (покрытие несколькими слоями грунтовки и эмали). Из практики проектирования следует, что по условиям удобства проведения строительных работ диаметр труб обычно находится в пределах 200—1000 мм. Укладка стальных труб производится не на грунт, а на монолитный бетонный фундамент. Уклон ниток трубопровода назначается обычно в диапазоне 0,001—0,005. Важным элементом, обеспечивающим надежность грунтовой плотины, в теле которой проектируются нитки трубопровода, является устройство на нитках трубопровода противофильтрационных диафрагм. Данные диафрагмы представляют собой несколько вертикальных стальных стенок, размещаемых в виде фартуков вдоль ниток трубопровода с постоянным шагом. Противофильтрационные диафрагмы позволяют не допустить развитие контактной фильтрации воды по наружной поверхности труб. Тем самым предотвращается появление в теле грунтовой плотины опасных суффозионных процессов (размыва и выноса грунта плотины).

Камера затворов (камера задвижек) — составная часть донного водовыпуска или водоспуска, посредством которой производится непосредственное управление пропуском воды из водоема в нижний бьеф. В камере затворов размещается трубопроводная арматура: запорные и регулирующие задвижки, затворы и их гидро- или электроприводы. Как правило, камера затворов проектируется в концевой части трубопровода, в области основания низового откоса грунтовой плотины. В данном месте нитки трубопровода или выходят на свободную поверхность, или имеют минимальное заглубление в грунтовое основание. В конструктивном отношении камера затворов обычно проектируется в виде двух основных вариантов:
– для ниток трубопроводов с диаметром до 400 мм: сухой колодец из сборных железобетонных колец; внутренний диаметр колец колодца принимается таким, чтобы обеспечить размещение в колодце соответствующей арматуры, а также гарантировать доступ эксплуатационного и ремонтного персонала; в проекте обычно для каждой нитки трубопровода предусматривается отдельный колодец;
– для ниток трубопроводов с диаметром от 400 мм: прямоугольная камера из монолитного железобетона, с подземным или заглубленным исполнением; в проекте обычно стремятся выполнить одну камеру затворов на все нитки трубопровода.

Если трубопровод донного водовыпуска/водоспуска представлен только одной ниткой, а диаметр её не превышает 500 мм, то камера затворов может отсутствовать вовсе. В этом случае на трубопроводе монтируется задвижка или затвор в открытом исполнении — без колодца или специального технического помещения. Привод такой трубопроводной арматуры принимается всегда ручного типа.

Сопрягающее сооружение предназначено для приема водного потока из ниток трубопровода. В проектной документации сопрягающее сооружение, как правило, реализуется в виде гасительного ковша. Такой ковш представляет собой грунтовую выемку прямоугольного в плане очертания, располагающуюся непосредственно под выходными отверстиями ниток трубопровода. Периметр выемки гасительного ковша выполняется откосного профиля. Для дна выемки и откосов может предусматриваться покрытие защитными железобетонными плитами. К одной из сторон гасительного ковша примыкает начало отводящего канала или русла.

Основным гидравлическим расчетом донного водовыпуска или водоспуска, выполняемом в проектной документации на данное сооружение, является расчет его пропускной способности Q. Базовой формулой для данного расчета служит выражение

Q = μ ∙ ω ∙ ( 2 ∙ g ∙ h2 )0,5 ∙ n,

где:
μ — коэффициент расхода;
ω — площадь поперечного сечения одной нитки трубопровода;
g — ускорение свободного падения (9,81 м/с2);
h — действующий напор;
n — число ниток трубопровода.