Stavba přehrady

Stavba přehrad zahrnuje plánování, projektování a výstavbu staveb, které jsou stavěny přes řeky nebo jiné vodní plochy za účelem zadržování vody. Voda může být použita pro různé účely, včetně zavlažování, zásobování pitnou vodou, výroby vodní energie, protipovodňové ochrany a rekreace.

Přehrady lze rozdělit do několika typů na základě jejich návrhu a stavebních metod. Tyto zahrnují:

1. Nábřežní hráze: Ty jsou obvykle vyrobeny ze zhutněné zeminy, skály nebo kombinace obou. Jsou navrženy tak, aby odolávaly silám tlaku vody a lze je postavit v různých tvarech, včetně hliněných, skalních nebo betonových skalních hrází.
2. Betonové hráze: Ty jsou konstruovány z vyztuženého betonu a mohou mít několik různých forem, včetně gravitačních přehrad, obloukových přehrad, opěrných přehrad a přehrad s více oblouky.
3. Gravitační přehrady: Tyto přehrady jsou konstruovány z betonu nebo zdiva a spoléhají se na svou váhu a hmotnost, aby odolávaly síle vody, která na ně tlačí.
4. Obloukové přehrady: Tyto přehrady jsou konstruovány z betonu a spoléhají na svůj tvar, který přenáší sílu vody na opěry na obou stranách kaňonu nebo údolí, kde jsou postaveny.
5. Opěrné přehrady: Tyto přehrady jsou podobné obloukovým přehradám, ale na straně po proudu mají řadu železobetonových opěr, které pomáhají distribuovat tlak vody.

Výběr typu přehrady závisí na řadě faktorů, včetně topografie a geologie místa, množství vody, kterou je třeba skladovat, a zamýšleného použití vody.

Nábřežní hráze

Nábřežní přehrady, známé také jako zemní přehrady, se budují zhutňováním vrstev zeminy, skály nebo jiných materiálů, jako je beton, aby se vytvořila bariéra zadržující vodu v nádrži. Násyp může být konstruován s homogenním nebo zónovým výplňovým materiálem a může být konstruován jako jedna zóna nebo jako více zón s různými materiály a hustotami.

Průřez násypové hráze se typicky skládá z centrálního nepropustného jádra vyrobeného z hlíny, betonu nebo syntetického materiálu, jako je asfaltová membrána, vložené mezi kamenné nebo hliněné materiály, které fungují jako filtrační a drenážní zóna. Vnější svah náspu je chráněn pancéřovou vrstvou, jako je zásyp nebo beton, aby se zabránilo erozi v důsledku působení vln nebo jiných hydraulických sil.

Násypové hráze jsou vhodné pro širokou škálu podmínek na místě a často se používají v oblastech, kde je pro stavbu k dispozici dostatek zeminy a horninového materiálu. Běžně se používají pro skladování vody pro zavlažování, komunální a průmyslové účely, výrobu vodní energie, protipovodňovou ochranu a rekreaci.

Betonové hráze

Betonové hráze jsou postaveny s použitím betonu jako primárního materiálu. Beton může být prostý nebo vyztužený a použité konstrukční a konstrukční techniky závisí na konkrétních podmínkách a požadavcích na místě. Existují dva hlavní typy betonových přehrad: gravitační přehrady a obloukové přehrady.

Gravitační přehrady jsou masivní betonové konstrukce, které se spoléhají na svou váhu, aby odolávaly horizontální síle vody proti přehradě. Obvykle se používají v podmínkách nízkého až středního průtoku a jsou charakteristické svou velkou velikostí a širokou základnou. Váha hráze vytváří stabilní základ, který jí umožňuje odolávat tlaku vody bez sesouvání nebo převrácení.

Obloukové přehrady jsou zakřivené betonové konstrukce, které se spoléhají na pevnost tvaru oblouku, aby odolávaly síle vody. Obvykle se používají v úzkých kaňonech nebo soutěskách, kde je omezený prostor pro přehradu. Zakřivený tvar přehrady rozděluje tlak vody vodorovně na opěry, které jsou přírodními skalními útvary na obou stranách kaňonu.

Oba typy betonových přehrad vyžadují pečlivý návrh a konstrukci, aby byla zajištěna jejich stabilita a trvanlivost v průběhu času.

Gravitační přehrady

Gravitační přehrady jsou pevné betonové konstrukce, které spoléhají na svou váhu, aby odolávaly horizontálním silám vody, které na ně tlačí. Jsou navrženy tak, aby zadržovaly velké objemy vody a často se používají v úzkých kaňonech nebo soutěskách, kde je na obou stranách pevná skála k podpoře přehrady. Gravitační přehrady lze použít i v širších údolích, kde je přehrada z obou stran ukotvena ke skále.

Síla vody proti hrázi se přenáší na základ a opěry, které musí tento tlak vydržet. Váha samotné hráze a váha vody v nádrži pomáhají hráz stabilizovat a brání jejímu pohybu.

Gravitační hráze jsou obvykle vyrobeny z betonu, protože má dobrou pevnost v tlaku a je schopen odolat váze hráze a vodě. Beton je často vyztužen ocelí, aby se zvýšila jeho pevnost a trvanlivost.

Mezi výhody gravitačních přehrad patří jejich stabilita, odolnost a schopnost odolat přírodním katastrofám jako např zemětřesení. Po sestavení také vyžadují relativně malou údržbu. Jejich výstavba je však obvykle dražší než jiné typy přehrad a nemusí být vhodné pro všechna místa.

Obloukové přehrady

Obloukové přehrady jsou zakřivené konstrukce, které spoléhají na pevnost a stabilitu svého tvaru, aby udržely váhu vody za nimi. Obvykle se konstruují v úzkých kaňonech nebo soutěskách, kde stěny kaňonu mohou poskytnout boční podporu oblouku. Obloukové hráze jsou nejčastěji vyrobeny z betonu, ale mohou být také vyrobeny ze zděných nebo dokonce zeminových materiálů.

Tvar obloukové hráze je navržen tak, aby rozložil síly z vody za ní podél křivky oblouku a dolů do opěr na obou stranách kaňonu. Tím se oblouková přehrada řadí mezi nejpevnější a nejstabilnější typy přehrad, schopné odolat i velmi vysokým tlakům vody.

Návrh a konstrukce obloukových přehrad jsou však složité a vyžadují přesné inženýrství, aby byla zajištěna jejich bezpečnost a stabilita. Geometrie oblouku, zakřivení stěn kaňonu a materiály základů a opěr, to vše hraje důležitou roli při návrhu a konstrukci obloukové přehrady. Seismické úvahy jsou také důležité pro návrh obloukových přehrad, protože jsou náchylné k poškození zemětřesením.

Opěrné přehrady

Opěrné přehrady jsou typem betonové přehrady, která používá řadu železobetonových opěr k podpoře hmotnosti přehrady a odolnosti vůči tlaku vody. Opěry mají obvykle trojúhelníkový tvar a sahají od základny přehrady k vrcholu, s plochou palubou, na které je postavena vozovka nebo chodník. Prostor mezi opěrami je vyplněn železobetonem pro vytvoření tělesa hráze.

Opěrné hráze se obecně používají v úzkých kaňonech nebo soutěskách, kde jsou stěny údolí strmé a skalnaté. Opěry jsou ukotveny do skalního podloží nebo pevného základu a těleso hráze je navrženo tak, aby přenášelo tlak vody na opěry.

Mezi výhody opěrných přehrad patří jejich schopnost odolávat vysokým tlakům vody, jejich vhodnost pro místa s úzkými kaňony a jejich relativně nižší cena ve srovnání s jinými typy přehrad. Mají však také určitá omezení, včetně potřeby silného základu, omezení výšky a délky hráze a potenciálu pro rozdílné sedání opěrných bodů.

Faktory ovlivňující návrh a stavbu přehrad

Existuje řada faktorů, které ovlivňují návrh a výstavbu přehrad, včetně:

1. Topografie a geologie: Topografie a geologie místa přehrady může ovlivnit typ přehrady, která je postavena, stejně jako její velikost a tvar. Místo se strmým terénem může například vyžadovat přehradu s úzkou základnou a strmými stranami.
2. Hydrologie a vodní hospodářství: Množství vody, které je přehrada navržena k ukládání nebo regulaci, stejně jako průtokové charakteristiky řeky nebo potoka, na kterém je postavena, jsou důležitými faktory při navrhování přehrad.
3. Podnebí a povětrnostní podmínky: Podnebí a povětrnostní podmínky mohou ovlivnit návrh a výstavbu přehrady, zejména s ohledem na problémy, jako je zvládání povodní, tvorba ledu a účinky cyklů zmrazování a tání.
4. Seismicita a zemětřesení nebezpečí: Přehrady umístěné v oblastech náchylných k zemětřesení musí být navrženy a postaveny tak, aby odolávaly seismickým silám.
5. Environmentální a sociální faktory: Dopad přehrady na místní životní prostředí a komunity musí být zvážen během procesu projektování a výstavby. To může zahrnovat otázky, jako je vysídlení lidí a volně žijících živočichů, změny ekosystému a dopady na místa kulturního dědictví.
6. Průzkum lokality a geologická hlediska: Důkladný průzkum lokality je nezbytný pro vyhodnocení geologie, půdních vlastností a dalších faktorů, které mohou ovlivnit bezpečnost a stabilitu přehrady. Tyto informace se používají k informování o procesu návrhu a výstavby.

Průzkum místa a geologické úvahy

Průzkum lokality a geologická hlediska jsou zásadní pro návrh, výstavbu a dlouhodobou stabilitu přehrad. Řádný průzkum a charakterizace lokality může poskytnout informace o fyzikálních a inženýrských vlastnostech lokality, které mohou být základem pro návrh přehrady a souvisejících staveb. Některé klíčové geologické úvahy při stavbě přehrad zahrnují:

1. Geologie a vlastnosti horninového masivu: Geologie místa a vlastnosti podložního horninového masivu hrají důležitou roli při navrhování a výstavbě přehrad. Pevnost, deformace a propustnost horninového masivu mohou ovlivnit stabilitu hráze a bezpečnost vzduté vody.
2. Geologické struktury: Geologické struktury jako např závady, spáry a roviny podloží mohou ovlivnit stabilitu hráze a chování základů a opěr. Tyto struktury mohou poskytovat cesty pro průsaky a mohou také ovlivnit chování horninového masivu při seismickém zatížení.
3. Seismická nebezpečí: Přehrady jsou obvykle navrženy tak, aby odolaly seismickým nebezpečím, a průzkum místa by měl zahrnovat posouzení seismického nebezpečí a potenciál pro zemní pohyby způsobené zemětřesením. Posouzení seismického nebezpečí může informovat o návrhu přehrady a souvisejících konstrukcí, aby bylo zajištěno, že jsou odolné vůči seismickému zatížení.
4. Vlastnosti půdy a hornin: Kromě geologických vlastností horninového masivu jsou důležité i vlastnosti zeminy a horninové výplně použité při stavbě přehrady. Tyto vlastnosti mohou ovlivnit stabilitu násypu nebo betonové hráze a také dlouhodobé chování hráze při různých podmínkách zatížení.
5. Podmínky podzemní vody: Stav podzemních vod v lokalitě může ovlivnit stabilitu přehrady a bezpečnost zadržované vody. Průzkum místa by měl zahrnovat posouzení podmínek podzemní vody, včetně hloubky podzemní vody, hydraulické vodivosti a potenciálu prosakování a potrubí.
6. Konstrukční materiály: Dostupnost vhodných stavebních materiálů na místě nebo v jeho blízkosti může být také důležitým faktorem při navrhování a stavbě přehrad. Vlastnosti těchto materiálů mohou ovlivnit stabilitu hráze a dlouhodobé chování konstrukce.

Celkově je důkladné prozkoumání a charakterizace místa zásadní pro úspěšný návrh a výstavbu přehrady, jakož i pro zajištění bezpečnosti a dlouhodobé stability stavby.

Design přehrady

Návrh přehrady zahrnuje řadu úvah a faktorů, včetně výběru typu přehrady, výběru materiálů a stavebních technik a návrhu různých součástí a prvků. Některé z klíčových aspektů návrhu přehrady zahrnují:

1. Základní konstrukční úvahy: Patří sem faktory, jako je zamýšlený účel přehrady, předpokládané požadavky na skladování a vypouštění vody a očekávaná životnost přehrady.
2. Základy hráze a opěry: Základ a opěry musí být navrženy tak, aby vydržely váhu přehrady a vodu, kterou zadržuje, jakož i jakékoli seismické nebo jiné zatížení, které může být způsobeno.
3. Přelivy a výpusti: Jsou navrženy tak, aby vypouštěly vodu z nádrže, aby se zabránilo přetočení hráze a záplavám po proudu. Velikost a typ přelivu a výpusti závisí na projektovaném průtoku a dalších faktorech.
4. Návrh náspu a betonu: Návrh náspu nebo betonových prvků hráze musí brát v úvahu faktory, jako je stabilita, kontrola průsaků a ochrana proti erozi.
5. Přístrojové vybavení a monitorování: V přehradě a kolem ní mohou být instalovány různé senzory a nástroje pro měření faktorů, jako je hladina vody, průsaky a pohyb půdy. Monitorování je důležitým aspektem bezpečnosti přehrad a řízení rizik.

Celkově musí návrh přehrady vyvážit řadu faktorů, včetně bezpečnosti, dopadu na životní prostředí, stavebních nákladů a požadavků na dlouhodobou údržbu.

Stavební techniky

Techniky výstavby přehrady obvykle zahrnují několik kroků, včetně:

1. Zemní práce a výkopy: Jedná se o vyčištění místa od případné vegetace a ornice a odkopání základů hráze do požadované hloubky a tvaru.
2. Manipulace s materiálem a přeprava: Stavební materiály jako beton, ocel a kamenivo jsou dopravovány na místo a skladovány v rámci přípravy na stavbu.
3. Umístění a ošetřování betonu: U betonových přehrad se formy postaví do tvaru přehrady a beton se umístí a nechá se vytvrdit.
4. Ukládání a hutnění skalních hrází: U násypových hrází se na staveniště přepravuje násyp nebo zemina a ukládá se ve vrstvách, přičemž každá vrstva se zhutňuje na požadovanou hustotu.
5. Přístrojové vybavení a monitorování: Jsou instalovány monitorovací systémy pro sledování výkonnosti přehrady během výstavby a po jejím ukončení, včetně opatření, jako je průsaky, deformace a teplota.

Stavební techniky se mohou lišit v závislosti na typu přehrady, podmínkách specifických pro dané místo a dostupných zdrojích.

Stavební výzvy a řešení

Stavba přehrady představuje řadu problémů, z nichž některé zahrnují:

1. Přístup na staveniště a logistika: Přehrady se často staví na odlehlých místech, což ztěžuje přístup na staveniště a dopravu materiálu a zařízení na staveniště.
2. Bezpečnost stavby a zdraví pracovníků: Stavba přehrady zahrnuje těžké vybavení, nebezpečné materiály a potenciálně nebezpečné pracovní podmínky, takže zajištění bezpečnosti a zdraví pracovníků je zásadním zájmem.
3. Seismický návrh a zmírnění nebezpečí: Přehrady musí být navrženy tak, aby vydržely zemětřesení a jiné přírodní katastrofy, a musí být přijata vhodná opatření ke zmírnění těchto nebezpečí.
4. Dopady na životní prostředí a opatření ke zmírnění: Výstavba přehrad může mít významné dopady na životní prostředí, včetně ztráty stanovišť, změněného toku vody a dopadů na populace ryb, proto je třeba přijmout opatření ke zmírnění těchto dopadů.
5. Bezpečnost přehrad a řízení rizik: Přehrady musí být navrženy a postaveny tak, aby vydržely potenciální způsoby selhání, a musí být zavedena vhodná opatření k řízení rizik, aby byla zajištěna bezpečnost obyvatel po proudu.

Některá možná řešení těchto problémů zahrnují:

1. Plánování před zahájením výstavby a řízení logistiky pro zajištění efektivní dopravy a přístupu na staveniště.
2. Komplexní bezpečnostní školicí programy pro pracovníky a používání osobních ochranných pracovních prostředků.
3. Pečlivý výběr místa a geologické průzkumy, aby bylo zajištěno, že přehrady jsou stavěny v oblastech, které jsou méně náchylné k seismické aktivitě.
4. Provádění zmírňujících opatření, jako jsou rybí žebříky, s cílem minimalizovat dopady na životní prostředí.
5. Pravidelné kontroly a monitorování k odhalení a řešení případných bezpečnostních problémů a průběžná údržba k zajištění integrity přehrady v průběhu času.

Provoz nádrží a vodní hospodářství

Provoz nádrží a hospodaření s vodou jsou kritickými aspekty stavby a provozu přehrady. Primárním účelem přehrady je ukládat vodu, která se pak používá pro různé účely, jako je zavlažování, zásobování domácností a průmyslovou vodou, výroba vodní energie a ochrana před povodněmi.

Nádrž za přehradou je řízena tak, aby zajistila spolehlivou a bezpečnou dodávku vody pro tyto různé účely. To zahrnuje řízení hladiny vody tak, aby uspokojila poptávku při zachování odpovídajících rezerv pro budoucí využití. Provoz nádrží také zahrnuje řízení kvality vody, včetně monitorování a řízení sedimentace, jakož i zajištění toho, aby ekosystémy po proudu nebyly nepříznivě ovlivněny.

Provoz nádrží a plány hospodaření s vodou jsou obvykle vytvářeny po konzultaci se zúčastněnými stranami, včetně místních komunit, vládních agentur a uživatelů vody. Tyto plány berou v úvahu faktory, jako jsou sezónní výkyvy v poptávce po vodě, změna klimatu a potřeba vyvážit konkurenční zájmy ve využívání vody.

Kromě řízení zásobování vodou hraje provoz nádrží také klíčovou roli v bezpečnosti přehrady. Hladina vody v nádrži je řízena tak, aby zůstala v bezpečném rozmezí, a to jak za běžných provozních podmínek, tak i při extrémních událostech, jako jsou povodně a zemětřesení.

Případové studie projektů výstavby přehrad.

Jistě, zde je několik příkladů projektů výstavby přehrad:

1. Přehrada Tři soutěsky, Čína: Přehrada Tři soutěsky je největší vodní elektrárna na světě, která se nachází na řece Jang-c'-ťiang v Číně. Stavba přehrady začala v roce 1994 a byla dokončena v roce 2012. Přehrada je 2.3 kilometru dlouhá a 185 metrů vysoká, s kapacitou generovat 22,500 XNUMX MW elektřiny.
2. Hoover Dam, USA: Hoover Dam, který se nachází na řece Colorado na hranici Arizony a Nevady ve Spojených státech, byl postaven během Velké hospodářské krize ve 1930. letech 221. století. Přehrada je 379 metrů vysoká a 2,080 metrů dlouhá a má kapacitu generovat XNUMX XNUMX MW elektřiny.
3. Asuánská přehrada, Egypt: Asuánská přehrada je skalní přehrada na řece Nil v Egyptě, dokončená v roce 1970. Přehrada je 111 metrů vysoká a 3,830 2,100 metrů dlouhá a má kapacitu generovat XNUMX XNUMX MW elektřiny. Přehrada se také používá k ochraně před povodněmi a zavlažování.
4. Tarbela Dam, Pákistán: Tarbela Dam je betonová skalní přehrada na řece Indus v Pákistánu. Byla dokončena v roce 1976 a je největší přehradou naplněnou zeminou na světě. Přehrada je 143 metrů vysoká a 2,743 3,478 metrů dlouhá, s kapacitou generovat XNUMX XNUMX MW elektřiny.
5. Přehrada Itaipu, Brazílie a Paraguay: Přehrada Itaipu je betonová gravitační přehrada na řece Paraná na hranici Brazílie a Paraguaye. Přehrada byla dokončena v roce 1984 a je druhou největší vodní elektrárnou na světě s kapacitou generovat 14,000 XNUMX MW elektřiny.