1. Schéma d'aménagement des centrales hydroélectriques
Les configurations typiques des centrales hydroélectriques comprennent principalement les centrales hydroélectriques de type barrage, les centrales hydroélectriques de type lit de rivière et les centrales hydroélectriques de type dérivation.
Centrale hydroélectrique de type barrage : Ce type de centrale utilise un barrage pour élever le niveau d'eau d'une rivière et ainsi concentrer la pression. Souvent construite dans les canyons de haute montagne, en amont et en aval des cours d'eau, il s'agit généralement d'une centrale hydroélectrique de moyenne à haute chute. La configuration la plus courante consiste en une centrale hydroélectrique située en aval du barrage de retenue, près du site du barrage principal, et une centrale hydroélectrique située en amont de ce dernier.
Centrale hydroélectrique de type lit de rivière : Une centrale hydroélectrique où la centrale, la vanne de retenue et le barrage sont disposés en enfilade sur le lit de la rivière pour retenir l’eau. Souvent construite en cours moyen et inférieur de rivière, c’est généralement une centrale à faible chute et à débit élevé.
Centrale hydroélectrique à dérivation : Centrale hydroélectrique utilisant un canal de dérivation pour concentrer la chute d’eau d’un tronçon de rivière et créer une hauteur de chute. Elle est souvent construite dans les cours moyens et supérieurs de rivières à faible débit et à forte pente longitudinale.
2. Composition des bâtiments du pôle hydroélectrique
Les principaux bâtiments du projet de centrale hydroélectrique comprennent : des ouvrages de retenue d'eau, des ouvrages de décharge, des ouvrages d'entrée, des ouvrages de dérivation et de fuite, des ouvrages de régulation du niveau d'eau, des bâtiments de production, de transformation et de distribution d'électricité, etc.
1. Ouvrages de retenue d'eau : Les ouvrages de retenue d'eau sont utilisés pour intercepter les rivières, concentrer les chutes d'eau et former des réservoirs, tels que des barrages, des vannes, etc.
2. Ouvrages de lâcher d'eau : Les ouvrages de lâcher d'eau servent à évacuer les crues, à libérer de l'eau pour une utilisation en aval ou à abaisser le niveau d'eau des réservoirs, tels que les déversoirs, les tunnels de déversoir, les prises de fond, etc.
3. Structure de prise d'eau d'une centrale hydroélectrique : La structure de prise d'eau d'une centrale hydroélectrique est utilisée pour introduire l'eau dans le canal de dérivation, comme une entrée profonde et peu profonde avec pression ou une entrée ouverte sans pression.
4. Ouvrages de dérivation et de fuite des centrales hydroélectriques : Les ouvrages de dérivation des centrales hydroélectriques servent à acheminer l’eau nécessaire à la production d’électricité du réservoir vers le groupe turbine-alternateur. L’ouvrage de fuite permet de rejeter l’eau utilisée pour la production d’électricité dans le cours d’eau en aval. Les ouvrages courants comprennent des canaux, des tunnels, des conduites sous pression, etc., ainsi que des ouvrages transversaux tels que des aqueducs, des ponceaux, des siphons inversés, etc.
5. Ouvrages hydroélectriques à eau plate : Les ouvrages hydroélectriques à eau plate sont utilisés pour stabiliser les variations de débit et de pression (profondeur d'eau) causées par les variations de charge de la centrale hydroélectrique dans les ouvrages de dérivation ou de retenue, tels que la chambre d'équilibre dans le canal de dérivation pressurisé et le bassin d'amont sous pression à l'extrémité du canal de dérivation non pressurisé.
6. Bâtiments de production, de transformation et de distribution d'énergie : comprenant la centrale électrique principale (y compris le site d'installation) pour l'installation des groupes électrogènes à turbine hydraulique et leur commande, la centrale auxiliaire, le parc de transformateurs pour l'installation des transformateurs et le poste de commutation haute tension pour l'installation des dispositifs de distribution haute tension.
7. Autres constructions : telles que navires, arbres, poissons, blocage de sable, chasse de sable, etc.
Classification courante des barrages
Un barrage désigne un ouvrage qui intercepte les cours d'eau et retient l'eau, ainsi qu'un barrage qui retient l'eau dans les réservoirs, les rivières, etc. Selon différents critères de classification, il existe différentes méthodes de classification. Le génie civil se divise principalement en plusieurs types :
1. Barrage-poids
Un barrage-poids est un barrage construit avec des matériaux tels que le béton ou la pierre, qui repose principalement sur le poids propre du corps du barrage pour maintenir sa stabilité.
Le principe de fonctionnement des barrages-poids
Sous l'effet de la pression de l'eau et d'autres charges, les barrages-poids doivent principalement leur stabilité à la force d'inertie générée par leur propre poids. Simultanément, la contrainte de compression due à ce poids compense la contrainte de traction induite par la pression de l'eau, assurant ainsi la résistance de l'ouvrage. Le profil de base d'un barrage-poids est triangulaire. En plan, son axe est généralement rectiligne, mais il peut aussi, pour s'adapter au terrain, aux conditions géologiques ou aux contraintes d'implantation, présenter une forme brisée ou une voûte légèrement incurvée vers l'amont.
Avantages des barrages-poids
(1) Sa fonction structurelle est claire, sa méthode de conception est simple, et elle est sûre et fiable. Selon les statistiques, le taux de rupture des barrages-poids est relativement faible parmi les différents types de barrages.
(2) Forte adaptabilité au terrain et aux conditions géologiques. Les barrages-poids peuvent être construits dans n'importe quelle forme de vallée fluviale.
(3) Le problème de l'évacuation des crues au niveau du nœud est facile à résoudre. Les barrages-poids peuvent être aménagés en déversoirs, ou des orifices de drainage peuvent être créés à différentes hauteurs du corps du barrage. Généralement, il n'est pas nécessaire d'installer un autre déversoir ou tunnel de drainage, et l'aménagement du nœud est compact.
(4) Pratique pour la dérivation lors des travaux. Pendant la période de construction, le corps du barrage peut être utilisé pour la dérivation, et généralement aucun tunnel de dérivation supplémentaire n'est nécessaire.
(5) Construction pratique.
Inconvénients des barrages-poids
(1) La section transversale du corps du barrage est grande et une grande quantité de matériaux est utilisée.
(2) La contrainte du corps du barrage est faible et la résistance du matériau ne peut pas être pleinement utilisée.
(3) La grande surface de contact entre le corps du barrage et la fondation entraîne une forte pression de soulèvement au fond du barrage, ce qui est défavorable à la stabilité.
(4) Le volume du barrage est important et, en raison de la chaleur d'hydratation et du retrait de durcissement du béton pendant la construction, des contraintes thermiques et de retrait défavorables se produiront. Par conséquent, des mesures strictes de contrôle de la température sont nécessaires lors du coulage du béton.
2. Barrage en arc
Un barrage-voûte est une structure spatiale en forme de coque fixée au substratum rocheux, formant une forme d'arche convexe dans le plan orienté vers l'amont, et le profil de sa couronne d'arche présente une forme de courbe verticale ou convexe orientée vers l'amont.
Principe de fonctionnement des barrages-voûtes
La structure d'un barrage-voûte combine les effets de la voûte et des poutres ; la charge qu'il supporte est partiellement comprimée vers les deux rives par l'action de la voûte, tandis que l'autre partie est transmise au substratum rocheux au pied du barrage par l'action des poutres verticales.
Caractéristiques des barrages-voûtes
(1) Caractéristiques de stabilité. La stabilité des barrages-voûtes repose principalement sur la force de réaction aux extrémités de la voûte, contrairement aux barrages-poids qui dépendent de leur propre poids. Par conséquent, les barrages-voûtes sont soumis à des exigences élevées quant aux caractéristiques du terrain et à la géologie du site, ainsi qu'à des exigences strictes en matière de traitement des fondations.
(2) Caractéristiques structurelles. Les barrages-voûtes appartiennent à la catégorie des structures hyperstatiques d'ordre élevé, présentant une forte capacité de surcharge et une grande sécurité. En cas d'augmentation des charges externes ou de fissuration locale d'une partie du barrage, les effets de voûte et de poutre s'ajustent, entraînant une redistribution des contraintes au sein du corps du barrage. Le barrage-voûte est une structure spatiale globale, légère et résiliente. L'expérience a démontré sa grande résistance sismique. De plus, la voûte étant une structure à poussée axiale, le moment de flexion à l'intérieur de la voûte est relativement faible et la distribution des contraintes relativement uniforme, ce qui favorise l'exploitation de la résistance du matériau. D'un point de vue économique, les barrages-voûtes constituent un type de barrage très avantageux.
(3) Caractéristiques des charges. Le corps du barrage-voûte ne comporte pas de joints de dilatation permanents ; les variations de température et les déformations du substratum rocheux influent donc considérablement sur les contraintes qui le composent. Lors de la conception, il est nécessaire de prendre en compte les déformations du substratum rocheux et d’intégrer la température parmi les principales charges.
Du fait de son profil mince et de sa forme géométrique complexe, les exigences en matière de qualité de construction, de résistance des matériaux et d'étanchéité des barrages-voûtes sont plus strictes que celles des barrages-poids.
3. Barrage en enrochement
Les barrages en enrochement sont construits à partir de matériaux locaux tels que la terre et la pierre ; il s’agit du type de barrage le plus ancien. Ce sont les barrages en enrochement les plus répandus et dont la croissance est la plus rapide au monde.
Les raisons de l'application et du développement généralisés des barrages en enrochement
(1) Il est possible de se procurer les matériaux localement et à proximité, ce qui permet d'économiser une grande quantité de ciment, de bois et d'acier, et de réduire le volume des transports externes sur le chantier. Presque tous les matériaux de terre et de pierre peuvent être utilisés pour la construction de barrages.
(2) Capables de s'adapter à divers types de terrains, de conditions géologiques et climatiques. En particulier dans les climats rigoureux, les conditions géologiques complexes et les zones à forte sismicité, les barrages en enrochement sont en réalité le seul type de barrage viable.
(3) Le développement de machines de construction de grande capacité, multifonctionnelles et à haut rendement a augmenté la densité de compactage des barrages en enrochement, réduit la section transversale des barrages en enrochement, accéléré les progrès de la construction, réduit les coûts et favorisé le développement de la construction de barrages en enrochement de grande hauteur.
(4) Grâce au développement de la théorie de la mécanique géotechnique, des méthodes expérimentales et des techniques de calcul, le niveau d'analyse et de calcul a été amélioré, les progrès de la conception ont été accélérés et la sécurité et la fiabilité de la conception des barrages ont été davantage garanties.
(5) Le développement complet de la technologie de conception et de construction pour soutenir des projets d'ingénierie tels que les pentes élevées, les structures d'ingénierie souterraines et la dissipation d'énergie du débit d'eau à grande vitesse et la prévention de l'érosion des barrages en enrochement a également joué un rôle important dans l'accélération de la construction et de la promotion des barrages en enrochement.
4. Barrage en enrochement
Un barrage en enrochement désigne généralement un type de barrage construit par des méthodes telles que le déversement, le remplissage et le compactage de matériaux rocheux. L'enrochement étant perméable, il est nécessaire d'utiliser des matériaux imperméables comme la terre, le béton ou le béton bitumineux.
Caractéristiques des barrages en enrochement
(1) Caractéristiques structurelles. La densité et la résistance au cisaillement élevées des enrochements compactés permettent de réaliser une pente relativement abrupte du barrage. Ceci réduit non seulement le volume de remblai nécessaire, mais aussi la largeur du fond du barrage. La longueur des ouvrages de conduite et d'évacuation des eaux peut ainsi être réduite, et l'agencement des éléments de liaison est compact, ce qui diminue encore le volume des travaux.
(2) Caractéristiques de construction. En fonction des contraintes subies par chaque partie du corps du barrage, l'enrochement peut être divisé en différentes zones, chacune répondant à des exigences spécifiques en matière de matériaux et de compacité. Les matériaux excavés lors de la construction des ouvrages de drainage au niveau du point central peuvent être pleinement et judicieusement réutilisés, ce qui permet de réduire les coûts. La construction des barrages en enrochement à parement bétonné est moins sensible aux aléas climatiques, tels que la saison des pluies et les grands froids, et peut être réalisée de manière relativement stable et régulière.
(3) Caractéristiques d'exploitation et d'entretien. La déformation par tassement du remblai rocheux compacté est très faible.
station de pompage
1. Composants de base de l'ingénierie des stations de pompage
Le projet de station de pompage comprend principalement des salles de pompage, des canalisations, des bâtiments d'entrée et de sortie d'eau, ainsi que des sous-stations, comme illustré sur la figure. La salle de pompage abrite une unité composée d'une pompe à eau, d'un dispositif de transmission et d'un groupe électrogène, ainsi que des équipements auxiliaires et électriques. Les principales structures d'entrée et de sortie d'eau comprennent des installations de prise d'eau et de dérivation, ainsi que des bassins d'entrée et de sortie (ou châteaux d'eau).
Le réseau de canalisations de la station de pompage comprend des conduites d'arrivée et de refoulement. La conduite d'arrivée relie la source d'eau à l'entrée de la pompe, tandis que la conduite de refoulement relie la sortie de la pompe au point de rejet.
Une fois la station de pompage mise en service, l'eau pénètre dans la pompe par le bâtiment et la conduite d'entrée. Sous pression, elle est ensuite acheminée vers le bassin de refoulement (ou château d'eau) ou le réseau de canalisations, permettant ainsi son pompage ou son transport.
2. Disposition du centre de la station de pompage
La conception du nœud central d'une station de pompage doit prendre en compte l'ensemble des conditions et exigences, déterminer les types de bâtiments, agencer leurs positions relatives de manière optimale et gérer leurs interrelations. L'agencement du nœud central est principalement déterminé par les fonctions de la station de pompage. Chaque station de pompage nécessite une configuration spécifique de ses principaux équipements, tels que les salles des pompes, les conduites d'entrée et de sortie, et les bâtiments d'entrée et de sortie.
Les ouvrages auxiliaires correspondants, tels que les ponceaux et les vannes de régulation, doivent être compatibles avec le projet principal. De plus, compte tenu des exigences d'utilisation globale, si des routes, des voies de navigation et des passages à poissons sont nécessaires dans la zone de la station, il convient d'étudier la relation entre le tracé des ponts routiers, des écluses, des passes à poissons, etc., et le projet principal.
En fonction des différentes tâches effectuées par les stations de pompage, l'agencement des centres de stations de pompage comprend généralement plusieurs formes typiques, telles que les stations de pompage d'irrigation, les stations de pompage de drainage et les stations combinées de drainage et d'irrigation.
Une vanne est un ouvrage hydraulique à faible chute qui utilise des vannes pour retenir l'eau et contrôler son débit. Elle est souvent construite sur les berges des rivières, des canaux, des réservoirs et des lacs.
1. Classification des vannes d'eau couramment utilisées
Classification selon les tâches effectuées par les vannes
1. Vanne de régulation : construite sur une rivière ou un canal pour bloquer les crues, réguler le niveau de l’eau ou contrôler le débit. La vanne de régulation située sur le lit de la rivière est également appelée vanne de barrage.
2. Vanne de prise d'eau : Construite sur la rive d'une rivière, d'un réservoir ou d'un lac pour contrôler le débit d'eau. La vanne de prise d'eau est également appelée vanne d'entrée de canal.
3. Vanne de dérivation des crues : Souvent construite sur une rive, elle sert à évacuer les crues dépassant la capacité d’écoulement admissible du cours d’eau en aval vers une zone de dérivation (bassin de rétention ou bassin de retenue) ou un déversoir. La vanne permet le passage de l’eau dans les deux sens ; après la crue, l’eau est stockée puis relâchée dans le lit du cours d’eau.
4. Écluse de drainage : souvent construite le long des berges des cours d’eau, elle permet de lutter contre l’engorgement des sols, préjudiciable aux cultures dans les zones intérieures ou basses. Cette écluse est bidirectionnelle. Lorsque le niveau de l’eau est supérieur à celui du lac ou de la dépression encaissée, elle bloque principalement l’eau afin d’empêcher les inondations des terres agricoles ou des habitations. Lorsque le niveau de l’eau est inférieur à celui du lac ou de la dépression encaissée, elle sert principalement à la fois à l’évacuation des eaux et à la gestion de l’engorgement.
5. Écluse à marée : construite près de l'estuaire, elle se ferme à marée haute pour empêcher le reflux de l'eau de mer. Son ouverture à marée basse permet une régulation bidirectionnelle du courant. Similaires aux vannes de drainage, les écluses à marée sont cependant manœuvrées plus fréquemment. Lorsque la marée haute est supérieure à la marée basse, l'écluse se ferme pour empêcher le reflux. À l'inverse, lorsqu'elle est inférieure, elle s'ouvre pour permettre l'écoulement de l'eau.
6. Vanne de purge de sable (vanne d'évacuation de sable) : Construite sur un cours d'eau boueux, elle est utilisée pour évacuer les sédiments déposés devant la vanne d'entrée, la vanne de contrôle ou le système de canaux.
7. De plus, des vannes de décharge de glace et des vannes d'eaux usées sont installées pour éliminer les blocs de glace, les objets flottants, etc.
Selon la forme structurelle de la chambre de vanne, on peut la diviser en type ouvert, type à paroi de poitrine et type en ponceau, etc.
1. Type ouvert : La surface de l'écoulement de l'eau à travers la vanne n'est pas obstruée et la capacité de décharge est importante.
2. Type de paroi mammaire : Il existe une paroi mammaire au-dessus de la porte, qui peut réduire la force exercée sur la porte lors du blocage de l'eau et augmenter l'amplitude du blocage de l'eau.
3. Type de ponceau : En amont de la vanne se trouve un corps de tunnel pressurisé ou non, dont la partie supérieure est recouverte de terre de remblai. Principalement utilisé pour les petites vannes.
Selon la taille du débit de la vanne, on peut la diviser en trois catégories : grande, moyenne et petite.
Grandes vannes d'eau avec un débit supérieur à 1000 m3/s ;
Une vanne de taille moyenne avec une capacité de 100 à 1000 m3/s ;
Petites écluses d'une capacité inférieure à 100 m³/s.
2. Composition des vannes
La vanne d'eau comprend principalement trois parties : la section de raccordement amont, la chambre de vanne et la section de raccordement aval.
Section de raccordement amont : Cette section permet de guider l’écoulement de l’eau vers la chambre de vanne, de protéger les berges et le lit de la rivière contre l’érosion et, avec la chambre, de former un contour souterrain anti-infiltration garantissant la stabilité des berges et des fondations de la vanne en cas d’infiltration. Elle comprend généralement des murs en aile amont, un lit de fondation, des rainures anti-érosion amont et des protections de talus de part et d’autre.
Chambre de vanne : C'est la partie principale de la vanne, et sa fonction est de contrôler le niveau et le débit de l'eau, ainsi que d'empêcher les infiltrations et l'érosion.
La structure de la section de la chambre de vannes comprend : la vanne, le pilier de vannes, le pilier latéral (mur de rivage), la plaque de fond, le mur de soutènement, le pont de travail, le pont de circulation, le treuil, etc.
La vanne sert à contrôler le débit à travers l'orifice ; elle est placée sur la plaque inférieure de la vanne, recouvrant l'orifice et soutenue par le pilier de la vanne. On distingue la vanne de maintenance et la vanne de service.
La vanne de manœuvre sert à bloquer l'eau en fonctionnement normal et à contrôler le débit d'évacuation ;
La vanne de maintenance sert à retenir temporairement l'eau pendant les opérations de maintenance.
Le pilier de la porte sert à séparer l'ouverture de la baie et à supporter la porte, le mur de soutènement, le pont de service et le pont routier.
Le pilier de porte transmet à la plaque de fond la pression de l'eau supportée par la porte, le mur de soubassement et la capacité de rétention d'eau du pilier de porte lui-même ;
Le muret est installé au-dessus de la vanne de service pour aider à retenir l'eau et réduire considérablement la taille de la vanne.
Le mur de soutènement peut également être conçu comme un dispositif mobile, et en cas de crues catastrophiques, il peut être ouvert pour augmenter le débit d'évacuation.
La plaque de fond constitue la fondation de la chambre et transmet le poids et la charge de la superstructure à cette fondation. Dans une chambre construite sur un sol meuble, la stabilisation repose principalement sur le frottement entre la plaque de fond et la fondation. Cette dernière assure également l'étanchéité et la protection contre l'affouillement.
Les ponts de travail et les ponts de circulation servent à installer des équipements de levage, à actionner des portes et à assurer la liaison du trafic transdétroit.
Section de raccordement aval : utilisée pour éliminer l’énergie restante du flux d’eau traversant la vanne, guider la diffusion uniforme du flux d’eau sortant de la vanne, ajuster la distribution de la vitesse d’écoulement et ralentir la vitesse d’écoulement, et empêcher l’érosion en aval après la sortie de l’eau de la vanne.
Généralement, il comprend un bassin d'amortissement, un tablier, un canal anti-affouillement en aval, des murs en aile en aval et une protection des talus des deux côtés.
Date de publication : 21 novembre 2023
