32Инновационные аспекты развития науки и техники
УДК 627.8.06
Дандара Николай Титович Dandara Nikolay Titovich
ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук leading researcher, candidate of technical Sciences Немыкина Дарья Евгеньевна Nemykina Darya Evgenievna
главный специалист main specialist
ФГБУ «Российский информационно-аналитический и научно-исследовательский
водохозяйственный центр», г. Ростов-на-Дону FSBI "Russian Information-Analytic and Research Water Economy Centre", Rostov-on-Don
ЦИМЛЯНСКОЕ ВОДОХРАНИЛИЩЕ НА РЕКЕ ДОН И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ЕГО НАПОРНОГО
ГИДРОУЗЛА
TSIMLYANSKOE RESERVOIR ON THE DON RIVER AND HYDRAULIC STRUCTURES OF ITS PRESSURE WATERWORKS
Аннотация: В статье приводятся основные характеристики Цимлянского водохранилища, его напорного гидроузла и основных гидротехнических сооружений I класса - бетонной водосливной плотины, гидроэлектростанции, рыбоподъёмника, земляных плотин, головного водозаборного сооружения Донского магистрального канала, а также судоходных сооружений гидроузла II класса - двух однокамерных шлюзов, аванпорта. Определена роль Цимлянским водохранилищем в функционировании Волго-Донского водного пути и водноэнергетическото использования нижнего течения Дона.
Abstract: The article presents the main characteristics of the Tsimlyansk reservoir, its pressure of the dam and main hydraulic structures of class I - a concrete overflow dam, hydropower, the fish ladder, dams, head water intake facility of the don main canal and waterway structures of class II waterworks or two single-chamber locks, outport. The tasks facing the Tsimlyansk reservoir and its role in the functioning of the Volga-don waterway are defined.
Ключевые слова: река Дон, Цимлянское водохранилище, Волго-Донской судоходный канал, Цимлянский гидроузел, гидротехнические сооружения, земляная плотина, водосливная плотина, гидроэлектростанция, рыбоподъёмник, Донской магистральный канал, судоходный шлюз.
II Международная научно-практическая конференция
Keywords: don river, Tsimlyanskoe reservoir, Volga-don shipping channel, Tsimlyansky hydroelectric power station, hydraulic structures, earthen dam, spillway dam, hydroelectric power station, fish lift, don main channel, shipping lock.
Цимлянское водохранилище [1-3] осуществляет многолетнее регулирование стока р. Дон в интересах комплекса водопользователей, главными из которых являются все виды водоснабжения (промышленное, включая тепловые и атомные электростанции, коммунально-бытовое и сельскохозяйственное, а также обводнение пастбищ), водный транспорт, орошаемое земледелие, рыбное хозяйство и гидроэнергетика; оно обеспечивает также поддержание экологических требований на нижнем Дону, в зоне Манычских водохранилищ и в Азовском море. Водохранилище находится в федеральной собственности, управление его водными режимами осуществляет ФГУ «Управление водными ресурсами Цимлянского водохранилища» (ФГУ «УВРЦВ»).
Цимлянское водохранилище - одно из основных звеньев Волго-Донского водного пути (ВДВП). Работы по строительству комплекса сооружений ВДВП были начаты в июне 1948 г. Год окончания строительства основных сооружений Цимлянского водохранилища - 1952, год приёмки в эксплуатацию государственной комиссией - 1953. Наполнение водохранилища было начато 15.01.1952 г., проектная отметка наполнения (нормальный подпорный уровень -НПУ) впервые была достигнута 10.05.1953 г. [4, 5].
Водохранилище находится на территории, где получили широкое распространение легко размываемые лёссовые породы, на нём протекают интенсивные процессы переработки берегов, заиления и занесения наносами отдельных участков акватории, особенно в прибрежной зоне. Эти процессы зависят от геоморфологических, геологических и гидрогеологических условий береговой зоны водохранилища.
Водохранилище расположено на территории Ростовской и Волгоградской областей. К нему непосредственно примыкают девять административных
Инновационные аспекты развития науки и техники районов, в которых проживает около 0,5 млн. чел., в т.ч. 0,2 млн. чел. сельских
жителей. В прибрежной зоне водохранилища расположены города Волгодонск,
Калач-на-Дону, Цимлянск и посёлок городского типа Нижний Чир, а также 78
более мелких населённых пунктов. Численность населения в прибрежной зоне
составляет 224 тыс. человек, в том числе городского - 189 тыс. человек.
Напорный гидроузел Цимлянского водохранилища (рис.1) состоит из следующих гидротехнических сооружений (ГТС) [2, 3]:
1) комплекс основных ГТС (I класса): бетонная водосливная плотина №2 65, гидроэлектростанция №2 35 (ГЭС), рыбоподъёмник №2 411, земляные (грунтовые) плотины №№ 90-92, головное водозаборное сооружение Донского магистрального канала № 181 (ДМК).
2) судоходные ГТС, входящие в состав сооружений Волго-Донского судоходного канала им. В.И. Ленина (ВДСК) (II класса): два однокамерных шлюза N2 14 и №2 15, канал между ними длиной 1593 м, низовой подходной канал длиной 3440 м, аванпорт.
II Международная научно-практическая конференция
Рис.1 - Схема расположения ГТС Цимлянского гидроузла
Согласно СНиП 33-01-2003 [6], ежегодные вероятности превышения расчётных максимальных расходов воды для ГТС Цимлянского гидроузла I класса имеют следующие значения:
- основной расчётный случай Р = 0.1%;
- поверочный расчётный случай Р = 0.01% (с учётом гарантийной поправки в соответствии с СП 33-101-2003 [7]).
Инновационные аспекты развития науки и техники Проектные расчётные сбросные расходы и уровни воды в бьефах
Цимлянского гидроузла (для основного и особого сочетаний нагрузок) были
определены в составе технического проекта гидроузла (1951 г.) [3]. Суммарный
сбросной расход через водопропускные сооружения гидроузла (с учётом
трансформации части стока реки в водохранилище) следующий:
при НПУ - 17300 м3/с;
при ФПУ - 23300 мз/с.
Земляные плотины №№90-92. Основные их характеристики приведены в табл 1.
Таблица 1. Основные характеристики земляных плотин №№ 90-92
№ п/п Наименование параметров Единицы измерения Описание ГТС, значения параметров
1 2 3 4
Земляная плотина № 90
1 Тип конструкции - земляная плотина
2 Материал - лёссовидный суглинок
3 Превышение гребня над НПУ м 4.0
4 Максимальный напор м 7.8
5 Основные размеры:
ширина по гребню м 20.0
высота плотины м от 0 до 11.8
длина по гребню м 2740.7
6 Отметка гребня м 40.0
7 Форма сечения - трапецеидальная
Заложение откосов:
верхового - 1:3
низового - 1:2
8 Тип крепления:
верховой откос - железобетонные плиты
низовой откос - отсыпка гравием слоем 10 см
Земляная плотина № 91
1 Тип конструкции - намывная плотина
2 Материал - мелкозернистый песок
3 Превышение гребня над НПУ м 5.0
4 Максимальный напор м 15.0
5 Основные размеры:
ширина по гребню м 20.0
высота плотины м до 28.0
длина по гребню м 6760.3
6 Отметка гребня м 41.0
7 Форма сечения - трапецеидальная
8 Ширина по основанию м до 300
II Международная научно-практическая конференция
Продолжение Таблицы 1
9 Заложение откосов:
верхового - 1:3.5
низового - от 1:2.5 до 1:1.5
10 Тип крепления:
верховой откос - железобетонные плиты
низовой откос - засыпка гравием слоем 10 см
Земляная плотина № 92
1 Тип конструкции - намывная плотина
2 Материал - мелкозернистый песок
3 Превышение гребня над НПУ м 5.0
4 Максимальный напор м 30.0
5 Основные размеры:
ширина по гребню м 20.0
высота плотины м 35.0
длина по гребню м 3171.0
6 Отметка гребня м 41.0
7 Форма сечения - трапецеидальная
8 Ширина по основанию м до 400
9 Заложение откосов:
верхового - 1:3.5
низового - 1:2.5 до 1:1.5
10 Тип крепления:
верховой откос - железобетонные плиты
низовой откос - засыпка гравием слоем 10 см
Левобережная земляная плотина №2 90 в районе ПК 1+40 выклинивается на левый берег поймы р. Дон, в районе ПК 29+30 - сопрягается с сооружениями судоходного шлюза № 14. С ПК 17+39 по ПК 17+89 в тело плотины врезано головное сооружение ДМК.
Левобережная земляная плотина №2 91 в районе ПК 30+87.73 сопрягается с сооружениями шлюза № 14, в районе ПК 32 к ней примыкает дамба № 97 аванпорта. В районе ПК 98+48 плотина сопрягается со зданием ГЭС; в месте сопряжения осуществлена врезка в тело плотины монтажной площадки здания ГЭС.
В районе ПК 104+60.1 в секции водосливной плотины, сопрягающейся с земляной плотиной № 92, выполнена массивная стенка-устой.
Бетонная водосливная плотина № 65. Тип плотины - гравитационная с водосливом практического профиля и сильно выдвинутой в верхний бьеф фундаментной плитой. Грунты основания - аллювиальные разнозернистые
Инновационные аспекты развития науки и техники пески, подстилаемые глинистыми мергелями киевского яруса. Основные характеристики бетонной водосливной плотины приведены в табл. 2.
Таблица 2. Основные характеристики бетонной
водосливной плотины № 65
№ п/п Наименование параметров Единицы измерения Описание ГТС, значения параметров
1 Тип конструкции - массивная плотина с водосливом практического профиля
2 Материал - железобетон
3 Количество затворов и секций:
рабочие сегментные затворы шт. 24
аварийно-ремонтные - 3 комплекта по 2 секции в каждом
4 Основные размеры и расчётный напор затворов:
рабочий затвор м 16 х 7.85
напор м 7.25
ремонтный затвор м 16 х 8.85
5 Пропускная способность при полном открытии затворов и стоянии верхнего бьефа на отметке НПУ:
пролёта м3/с 675
суммарная м3/с 16200
6 Превышение гребня над НПУ м 5.0
7 Максимальный напор м 26.6
8 Напор на гребне (пороге) м 7.25
9 Количество пролётов шт. 24
10 Основные размеры пролёта
ширина м 16.0
высота м 12.25
11 Высота плотины м 41.0
12 Отметка гребня водослива м 28.75
13 Форма сечения - водослив практического профиля
14 Протяжённость м 495.5
из них водосливной фронт м 384.0
В нормальных условиях эксплуатации пролёты водосливной плотины перекрыты 24 сегментными затворами, опущенными на порог водослива. При открытии затворов должно быть обеспечено равномерное распределение потока по всему фронту плотины. Этим достигаются наименьшие размывы дна за пределами закреплённой части нижнего бьефа, наименьшие максимальные удельные расходы по отдельным пролётам, наиболее равномерное распределение усилий, возникающих в сооружениях и наименьшие вибрации.
II Международная научно-практическая конференция Несоблюдение этих условий может привести к несимметричному выходу сбросных расходов воды в нижний бьеф, образованию сбойных течений, приводящих к значительному увеличению удельных расходов воды, и как следствие - к размывам и разрушениям в нижнем бьефе.
Гидроэлектростанция № 35, совмещённая с рыбоподъёмником № 411. Гидроэлектростанция руслового типа. Грунты основания - аллювиальные разнозернистые пески, подстилаемые глинистыми мергелями киевского яруса. Основные характеристики гидроэлектростанции и рыбоподъёмника приведены в табл. 3.
Таблица 3. Основные характеристики гидроэлектростанции № 35 и
рыбоподъёмника № 411
№ п/п Наименование параметров Единицы измерения Описание ГТС, значения параметров
1 Тип конструкции - русловая приплотинного типа
2 Материал - железобетон
3 Установленная мощность ГЭС, включая гидроагрегат рыбоподъёмника МВт 211.5
4 Тип гидроагрегатов - поворотно-лопастные
5 Общее количество гидроагрегатов, в том числе: шт. 5
мощностью 52,5 МВт шт. 3
мощностью 50 МВт шт. 1
гидроагрегат рыбоподъёмника мощностью 4 МВт шт. 1
6 Среднегодовая выработка электроэнергии млн. кВт*ч 663
7 Пропускная способность:
пролёта(нитки) м3/с 275
суммарная м3/с 1100
8 Превышение гребня над НПУ м 5.0
9 Напор воды, необходимый для работы турбин и гидроагрегатов м 17.5-24.5
10 Максимальный напор м 26.6
11 Расчётный напор м 22.0
12 Напор на гребне (пороге) м 27.0
13 Количество пролётов (ниток) шт. 8
14 Длина гидростанции в блоке с рыбоподъёмником по подошве м 116.6
Инновационные аспекты развития науки и техники
Продолжение Таблицы 3
15 Ширина по течению м 56.5
16 Блоки главных агрегатов занимают м 78.8
17 Рыбоподъёмник занимает м 13
18 Полная строительная высота ГЭС (от подошвы зубьев до площадки верхнего бьефа) м 43.65
19 Длина подводящего железобетонного лотка рыбоподъёмника м 110
20 Длина выходного лотка рыбоподъёмника м 67
21 Аварийно-ремонтные затворы перед турбинами - БПЩ шт. 8
22 Ремонтные заграждения спиральных камер - 2 комплекта из 5-ти секций каждый
23 Ремонтные затворы отсасывающих труб - 4 комплекта для 8 отверстий по 2 затвора в секции
Сооружение состоит из двух секций: речной, включающей два блока главных агрегатов №№ 1, 2 и блок рыбоподъёмника, и береговой, включающей также два блока главных агрегатов №№ 3, 4 и монтажную площадку. Блок рыбоподъёмника состоит из рыбоходного шлюза малого гидроагрегата № 5, работающего на расходах рыбоподъёмника.
Головное водозаборное сооружение ДМК № 181. Обеспечивает самотечную подачу необходимого объёма воды в ДМК. В годы максимального развития орошения земель на Нижнем Дону ДМК обеспечивал подачу воды на орошение около 250 тыс. га земель Ростовской области - крупнейшего массива орошения в бассейне р. Дон. Основные характеристики головного сооружения ДМК приведены в табл. 4.
Таблица 4. Основные характеристики головного сооружения ДМК № 181
№ п/п Наименование параметров Единицы измерения Описание ГТС, значения параметров
1 Тип конструкции - безнапорная семиочковая труба
2 Материал - железобетон
3 Суммарная пропускная способность м3/с 250
4 Превышение гребня над НПУ м 4.0
5 Максимальный напор (напор на пороге) м 8.6
6 Количество отверстий шт. 7
7 Основные размеры:
ширина (вдоль по напорному фронту) м 49.0
II Международная научно-практическая конференция
Продолжение таблицы 4
длина сооружения вдоль по течению м 47.34
размер одного водопропускного отверстия м 4х6
8 Форма сечения - водопропускное отверстие прямоугольного сечения
9 Тип крепления: - железобетон
10 Тип и материал затворов - плоские колёсные затворы, металлические
Пропускная способность головного сооружения зависит от уровня воды в Цимлянском водохранилище и от величины открытия рабочих затворов. При подаче воды в ДМК должно быть открыто такое количество затворов и на такую высоту, чтобы создать равномерное распределение потока по всему фронту сооружения, не допуская размыва берегов и русла.
Судоходные шлюзы № 14 и № 15. Основные характеристики шлюзов приведены в табл. 5.
Шлюз № 14 железобетонный, верхняя и нижняя головы докового типа со сплошным разрезным днищем. Верхняя голова - железобетонная неразрезная конструкция докового типа, со стенкой падения и системой гашения. В правом устое устроена насосная станция. Нижняя голова - железобетонная неразрезная конструкция докового типа.
Таблица 5. Основные характеристики судоходных шлюзов № 14 и № 15
№ п/п Наименование параметров Единицы измерения Значения параметров
Шлюз № 14
1 Ширина в свету судопропускной камеры м 18.0
2 Длина в свету судопропускной камеры м 145.0
3 Высота стенок судопропускной камеры м 18.3
4 Отметка верха судопропускной камеры м 37.95
5 Уровень верхнего бьефа м 36.00
6 Уровень нижнего бьефа м 25.00
7 Количество судопропускных камер шт. 1
Шлюз № 15
1 Ширина в свету судопропускной камеры м 18.0
2 Длина в свету судопропускной камеры м 145.0
3 Высота стенок судопропускной камеры м 19.54
4 Отметка верха судопропускной камеры м 26.20
5 Уровень верхнего бьефа м 25.00
6 Уровень нижнего бьефа м 12.40
7 Количество судопропускных камер шт. 1
Инновационные аспекты развития науки и техники
Наполнение шлюза - через обходные галереи в устоях верхней головы. Опорожнение камеры осуществляется через обходные галереи в устоях нижней головы.
Гашение энергии потока, поступающего в шлюз при наполнении, производится в камере, которая сверху перекрывается железобетонными балками прямоугольного сечения, образующими щелистую плиту.
Шлюз № 15 - железобетонный, верхняя и нижняя головы докового типа со сплошным неразрезным днищем. Верхняя голова - железобетонная неразрезная конструкция докового типа, со стенкой падения и экранно-балочной системой гашения. Нижняя голова - железобетонная неразрезная конструкция докового типа. В устоях расположены обводные водопроводные галереи, в днище - две поперечные камеры гашения.
Система наполнения шлюза головная, с истечением воды из-под подъёмно-опускных ворот. Опорожнение камеры осуществляется через обводные галереи в устоях нижней головы. Забор воды в галереи производится в пределах шкафной части рабочих ворот, отвод воды в нижний бьеф - через камеры гашения.
Устройствами гашения энергии потока в системе наполнения являются:
- экран-гаситель, представляющий мощную железобетонную балку корытообразного профиля, соединённую металлическими закладными частями с устоями верхней головы и опёртую на 2 бычка;
- решётка гашения, состоящая из железобетонных балок прямоугольного профиля с переменной величиной зазора между ними.
В системе опорожнения имеются две поперечные камеры гашения прямоугольного сечения, расположенные в днище нижней головы на выходе из водопроводных галерей.
На акватории Цимлянского водохранилища, при входе в Волгодонский речной порт, перед шлюзом № 14 расположен аванпорт, который образован при помощи двух защитных дамб - № 97 и № 98. Обе дамбы облицованы железобетонными плитами. Дамба № 97 примыкает к земляной плотине № 91
II Международная научно-практическая конференция Цимлянского гидроузла в районе ПК 32. Между шлюзами № 14 и № 15 проложен канал длиной 1593 м; ниже шлюза № 15 расположен низовой подходной канал длиной 3440 м.
Приведенная подробная характеристика напорного гидроузла Цимлянского водохранилища, состоящего из комплекса основных ГТС, относящихся к I классу (бетонная водосливная плотина, гидроэлектростанция, рыбоподъёмник, три земляные плотины, головное водозаборное сооружение ДМК) и судоходных ГТС II класса (два однокамерных шлюза, канал между ними, низовой подходной канал, аванпорт) позволяет сделать вывод о том, что он является одним из основных звеньев комплекса Волго-Донского водного пути и водноэнергетическото использования нижнего течения Дона.
Библиографический список:
1. Схема комплексного использования и охраны водных объектов бассейна р. Дон / ФГУП РосНИИВХ; ГИП А.Е. Косолапов. - Екатеринбург, 2010.
2. Правила использования водных ресурсов Цимлянского водохранилища / Утв. приказом Федерального агентства водных ресурсов от 02.06. 2016 № 114.
3. Цимлянский гидроузел на р. Дону. Технический проект / Гидропроект. -М., 1951. - 225 с.
4. Дандара Н.Т., Борисова И.А. Цимлянское водохранилище на реке Дон: история создания, современное состояние и проблемы природопользования // Мелиорация и водное хозяйство : Материалы науч.-практ. конф. (Шумаковские чтения), 24-25 ноября 2016 г., Вып. 14. Актуальные вопросы инновационного развития мелиоративного, лесомелиоративного и водохозяйственного комплексов Юга России / Новочерк. инж.-мелиор. ин-т Донской ГАУ. -Новочеркасск, «Лик», 2016. - С. 24-34.
5. Дандара Н.Т., Дандара А.Н., Недоцуков А.С. Водоподпорные гидротехнические сооружения - основа водохозяйственной системы Нижнего Дона // Устойчивое развитие регионов России: от стратегии к тактике: сб.
Инновационные аспекты развития науки и техники
материалов I науч.-практ. конф., г. Новосибирск, 22 сентября, 22 октября 2017 г. / Под общ. ред. С.С. Чернова. - Новосибирск: Изд-во ЦРНС, 2017. - С. 92-104.
6. СП 58.1333.2012 Гидротехнические сооружения. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003. Введ. 01.01.2013. Изд. официальное. М.: Госстрой, 2012. 38 с.
7. СП 33-101-2003. Свод правил по проектированию и строительству. Определение основных расчётных гидрологических характеристик / Госстрой России. - М., 2004.
УДК 911.9
Тенькебаева Жадра Файзолдановна Tenkebayeva Zhadra Faizoldanovna Ержанова Жулдыз Сериковна Yerzhanova Zhuldyz Serikovna
Старший преподаватель Senior Lecturer
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева L.N. Gumilyov Eurasian National University
ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЛЕВЫХ РАБОТ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «6В05209-ГЕОГРАФИЯ» ЕНУ ИМ. Л.Н. ГУМИЛЕВА В УСЛОВИЯХ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ
ORGANIZATION OF FIELD WORKS FOR STUDENTS OF SPECIALTY "6В05209-GEOGRAPHY" L.N. GUMILYOV ENU IN DISTANCE
LEARNING CONDITIONS
Аннотация. В данной статье рассмотрены особенности организации учебно-полевой практики обучающихся специальности «6В05209-География» Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева с применением дистанционных образовательных технологий в период карантинных мер в Республике Казахстан. В связи с основной целью практики -
