1. Disposizione degli impianti idroelettrici
Le tipologie di impianti idroelettrici più comuni includono centrali idroelettriche a diga, centrali idroelettriche ad alveo e centrali idroelettriche a derivazione.
Centrale idroelettrica a diga: utilizza una sbarra per innalzare il livello dell'acqua nel fiume, al fine di concentrare il dislivello. Spesso costruita in canyon di alta montagna, nella parte centrale e superiore dei fiumi, è generalmente una centrale idroelettrica a dislivello medio-alto. Il metodo di progettazione più comune prevede una centrale idroelettrica situata a valle della diga di contenimento, vicino al sito della diga stessa, ovvero una centrale idroelettrica a monte della diga.
Centrale idroelettrica a letto fluviale: una centrale idroelettrica in cui la centrale elettrica, la paratoia e la diga sono disposte in fila sul letto del fiume per trattenere l'acqua. Spesso costruita nel tratto medio e inferiore dei fiumi, è generalmente una centrale idroelettrica a basso salto e alta portata.
Centrale idroelettrica a derivazione: una centrale idroelettrica che utilizza un canale di derivazione per concentrare il dislivello di un tratto di fiume e creare un punto di generazione di energia. Viene spesso costruita nei tratti medi e superiori di fiumi con bassa portata e forte pendenza longitudinale.
2. Composizione degli edifici del centro idroelettrico
Gli edifici principali del progetto del polo idroelettrico includono: strutture di contenimento dell'acqua, strutture di scarico, strutture di ingresso, strutture di deviazione e di scarico, strutture di livello dell'acqua, edifici per la generazione, la trasformazione e la distribuzione dell'energia, ecc.
1. Strutture di contenimento dell'acqua: Le strutture di contenimento dell'acqua vengono utilizzate per intercettare i fiumi, concentrare le gocce e formare bacini idrici, come dighe, chiuse, ecc.
2. Strutture di rilascio dell'acqua: Le strutture di rilascio dell'acqua vengono utilizzate per rilasciare l'acqua in caso di alluvioni, per il rilascio di acqua a valle o per abbassare il livello dell'acqua nei bacini idrici, come ad esempio sfioratori, gallerie di sfioro, scarichi di fondo, ecc.
3. Struttura di presa dell'acqua di una centrale idroelettrica: La struttura di presa dell'acqua di una centrale idroelettrica serve a immettere acqua nel canale di derivazione, ad esempio tramite una presa profonda o superficiale in pressione o una presa a cielo aperto senza pressione.
4. Strutture di deviazione e scarico dell'acqua delle centrali idroelettriche: Le strutture di deviazione dell'acqua delle centrali idroelettriche servono a trasportare l'acqua utilizzata per la produzione di energia dal bacino idrico al gruppo turbina-generatore; la struttura di scarico serve a scaricare l'acqua utilizzata per la produzione di energia nel corso d'acqua a valle. Le strutture comuni includono canali, gallerie, condotte in pressione, ecc., nonché strutture trasversali come acquedotti, canali sotterranei, sifoni invertiti, ecc.
5. Strutture idroelettriche a canale piatto: Le strutture idroelettriche a canale piatto vengono utilizzate per stabilizzare le variazioni di portata e pressione (profondità dell'acqua) causate dalle variazioni di carico della centrale idroelettrica nelle strutture di derivazione o di scarico, come la camera di compensazione nel canale di derivazione pressurizzato e la vasca di pre-pressione alla fine del canale di derivazione non pressurizzato.
6. Edifici per la generazione, la trasformazione e la distribuzione di energia: compresa la centrale elettrica principale (incluso il sito di installazione) per l'installazione di gruppi turbogeneratori idraulici e il relativo sistema di controllo, la centrale ausiliaria per le apparecchiature ausiliarie, il piazzale dei trasformatori per l'installazione dei trasformatori e il quadro elettrico ad alta tensione per l'installazione dei dispositivi di distribuzione ad alta tensione.
7. Altri edifici: come navi, alberi, pesci, blocchi di sabbia, scarico di sabbia, ecc.
Classificazione comune delle dighe
Il termine diga si riferisce a una struttura che intercetta i fiumi e blocca l'acqua, così come a una diga che blocca l'acqua in bacini artificiali, fiumi, ecc. A seconda dei diversi criteri di classificazione, possono esistere diversi metodi di classificazione. L'ingegneria si divide principalmente nelle seguenti tipologie:
1. Diga a gravità
Una diga a gravità è una diga costruita con materiali come cemento o pietra, che si basa principalmente sul peso proprio della diga per mantenere la stabilità.
Il principio di funzionamento delle dighe a gravità
Sotto l'azione della pressione dell'acqua e di altri carichi, le dighe a gravità si affidano principalmente alla forza di resistenza generata dal peso proprio della diga per soddisfare i requisiti di stabilità; allo stesso tempo, la sollecitazione di compressione generata dal peso proprio del corpo della diga viene utilizzata per compensare la sollecitazione di trazione causata dalla pressione dell'acqua, al fine di soddisfare i requisiti di resistenza. Il profilo di base di una diga a gravità è triangolare. Sul piano, l'asse della diga è solitamente rettilineo e, talvolta, per adattarsi al terreno, alle condizioni geologiche o per soddisfare i requisiti di disposizione del mozzo, può anche essere disposto come una linea spezzata o un arco con una piccola curvatura verso monte.
Vantaggi delle dighe a gravità
(1) La funzione strutturale è chiara, il metodo di progettazione è semplice, ed è sicuro e affidabile. Secondo le statistiche, il tasso di cedimento delle dighe a gravità è relativamente basso tra i vari tipi di dighe.
(2) Forte adattabilità al terreno e alle condizioni geologiche. Le dighe a gravità possono essere costruite in qualsiasi forma di valle fluviale.
(3) Il problema dello scarico delle piene al centro è facile da risolvere. Le dighe a gravità possono essere trasformate in strutture di sfioro, oppure si possono predisporre fori di drenaggio a diverse altezze del corpo della diga. In genere, non è necessario installare un altro sfioratore o tunnel di drenaggio e la disposizione del centro è compatta.
(4) Comodo per la deviazione durante la costruzione. Durante il periodo di costruzione, il corpo della diga può essere utilizzato per la deviazione e, in genere, non è necessario alcun tunnel di deviazione aggiuntivo.
(5) Costruzione conveniente.
Svantaggi delle dighe a gravità
(1) La sezione trasversale del corpo della diga è grande e viene utilizzata una grande quantità di materiale.
(2) La sollecitazione del corpo della diga è bassa e la resistenza del materiale non può essere sfruttata appieno.
(3) L'ampia area di contatto tra il corpo della diga e la fondazione determina un'elevata pressione di sollevamento alla base della diga, che è sfavorevole alla stabilità.
(4) Il volume del corpo della diga è grande e, a causa del calore di idratazione e del ritiro da indurimento del calcestruzzo durante il periodo di costruzione, si genereranno tensioni termiche e da ritiro avverse. Pertanto, sono necessarie misure di controllo della temperatura rigorose durante il getto del calcestruzzo.
2. Diga ad arco
Una diga ad arco è una struttura a guscio spaziale fissata alla roccia, che forma un arco convesso sul piano verso monte, e il cui profilo della sommità presenta una forma a curva verticale o convessa verso monte.
Principio di funzionamento delle dighe ad arco
La struttura di una diga ad arco presenta sia l'effetto arco che l'effetto trave, e il carico che sopporta viene parzialmente compresso verso entrambe le sponde grazie all'azione dell'arco, mentre la restante parte viene trasmessa alla roccia alla base della diga tramite l'azione delle travi verticali.
Caratteristiche delle dighe ad arco
(1) Caratteristiche di stabilità. La stabilità delle dighe ad arco si basa principalmente sulla forza di reazione alle estremità dell'arco su entrambi i lati, a differenza delle dighe a gravità che si basano sul proprio peso per mantenere la stabilità. Pertanto, le dighe ad arco hanno requisiti elevati per le condizioni del terreno e geologiche del sito della diga, nonché requisiti rigorosi per il trattamento delle fondazioni.
(2) Caratteristiche strutturali. Le dighe ad arco appartengono alle strutture staticamente indeterminate di ordine superiore, con elevata capacità di sovraccarico e alta sicurezza. Quando i carichi esterni aumentano o una parte della diga subisce fessurazioni locali, le azioni ad arco e a trave del corpo della diga si adattano, causando una ridistribuzione delle sollecitazioni nel corpo della diga. La diga ad arco è una struttura spaziale complessiva, con un corpo leggero ed elastico. La pratica ingegneristica ha dimostrato che anche la sua resistenza sismica è elevata. Inoltre, poiché un arco è una struttura di spinta che sopporta principalmente una pressione assiale, il momento flettente all'interno dell'arco è relativamente piccolo e la distribuzione delle sollecitazioni è relativamente uniforme, il che favorisce l'esercizio della resistenza del materiale. Da un punto di vista economico, le dighe ad arco sono una tipologia di diga di gran lunga superiore.
(3) Caratteristiche del carico. Il corpo della diga ad arco non presenta giunti di dilatazione permanenti e le variazioni di temperatura e la deformazione del substrato roccioso hanno un impatto significativo sulle sollecitazioni del corpo della diga. In fase di progettazione, è necessario considerare la deformazione del substrato roccioso e includere la temperatura come carico principale.
A causa del profilo sottile e della complessa forma geometrica della diga ad arco, i requisiti di qualità costruttiva, resistenza del materiale e impermeabilità alle infiltrazioni sono più severi rispetto a quelli delle dighe a gravità.
3. Diga in terra e roccia
Le dighe in terra e roccia sono dighe costruite con materiali locali come terra e pietra e rappresentano la tipologia di diga più antica della storia. Sono il tipo di diga più diffuso e in più rapida evoluzione al mondo.
Le ragioni dell'ampia applicazione e dello sviluppo delle dighe in terra e roccia
(1) È possibile ottenere materiali localmente e nelle vicinanze, risparmiando una grande quantità di cemento, legno e acciaio e riducendo il volume di trasporto esterno nel cantiere. Quasi tutti i materiali terrosi e lapidei possono essere utilizzati per costruire dighe.
(2) In grado di adattarsi a varie condizioni del terreno, geologiche e climatiche. In particolare nei climi rigidi, nelle complesse condizioni geologiche ingegneristiche e nelle aree sismiche ad alta intensità, le dighe in terra e roccia sono di fatto l'unico tipo di diga fattibile.
(3) Lo sviluppo di macchinari da costruzione di grande capacità, multifunzionali e ad alta efficienza ha aumentato la densità di compattazione delle dighe in terra e roccia, ridotto la sezione trasversale delle dighe in terra e roccia, accelerato i progressi della costruzione, ridotto i costi e promosso lo sviluppo della costruzione di dighe in terra e roccia di grandi dimensioni.
(4) Grazie allo sviluppo della teoria della meccanica geotecnica, dei metodi sperimentali e delle tecniche computazionali, il livello di analisi e di calcolo è migliorato, il progresso della progettazione è stato accelerato e la sicurezza e l'affidabilità della progettazione delle dighe sono state ulteriormente garantite.
(5) Lo sviluppo completo della tecnologia di progettazione e costruzione a supporto di progetti ingegneristici quali pendii elevati, strutture ingegneristiche sotterranee e dissipazione dell'energia del flusso d'acqua ad alta velocità e prevenzione dell'erosione delle dighe in terra e roccia ha svolto anche un ruolo importante nel promuovere l'accelerazione della costruzione e della promozione delle dighe in terra e roccia.
4. Diga in terra e roccia
Il termine "diga in terra e roccia" si riferisce generalmente a una tipologia di diga costruita utilizzando metodi quali il lancio, il riempimento e la rullatura di materiali lapidei. Poiché la terra e la roccia sono permeabili, è necessario utilizzare materiali impermeabili come terra, calcestruzzo o conglomerato bituminoso.
Caratteristiche delle dighe in terra e roccia
(1) Caratteristiche strutturali. L'elevata densità del materiale di riempimento roccioso compattato, l'elevata resistenza al taglio e la pendenza della diga possono essere rese relativamente ripide. Ciò non solo consente di risparmiare la quantità di materiale di riempimento della diga, ma riduce anche la larghezza del fondo della diga. Di conseguenza, la lunghezza delle strutture di convogliamento e scarico dell'acqua può essere ridotta e la disposizione del mozzo risulta compatta, riducendo ulteriormente il volume dell'opera.
(2) Caratteristiche costruttive. In base alla situazione di sollecitazione di ciascuna parte del corpo della diga, il corpo in terra e roccia può essere suddiviso in zone diverse, e si possono soddisfare requisiti diversi per i materiali lapidei e la compattazione di ciascuna zona. I materiali lapidei scavati durante la costruzione delle strutture di drenaggio nel mozzo possono essere utilizzati in modo completo e razionale, riducendo i costi. La costruzione di dighe in terra e roccia con rivestimento in calcestruzzo è meno influenzata dalle condizioni climatiche come la stagione delle piogge e il freddo intenso, e può essere realizzata in modo relativamente equilibrato e normale.
(3) Caratteristiche di funzionamento e manutenzione. La deformazione da assestamento del riempimento roccioso compattato è molto piccola.
stazione di pompaggio
1. Componenti di base dell'ingegneria delle stazioni di pompaggio
Il progetto della stazione di pompaggio consiste principalmente in sale pompe, condotte, edifici di ingresso e uscita dell'acqua e sottostazioni, come illustrato in figura. Nella sala pompe è installata un'unità composta da una pompa idraulica, un dispositivo di trasmissione e un gruppo elettrogeno, oltre ad apparecchiature ausiliarie e apparecchiature elettriche. Le principali strutture di ingresso e uscita dell'acqua comprendono impianti di presa e derivazione dell'acqua, nonché vasche di ingresso e uscita (o torri piezometriche).
Le condotte della stazione di pompaggio comprendono tubi di ingresso e di uscita. Il tubo di ingresso collega la fonte d'acqua all'ingresso della pompa, mentre il tubo di uscita collega l'uscita della pompa al punto di scarico.
Una volta messa in funzione la stazione di pompaggio, il flusso d'acqua può entrare nella pompa attraverso l'edificio di ingresso e la tubazione di ingresso. Dopo essere stata pressurizzata dalla pompa, l'acqua viene inviata al bacino di scarico (o alla torre piezometrica) o alla rete di condotte, realizzando così lo scopo di sollevamento o trasporto dell'acqua.
2. Disposizione del centro della stazione di pompaggio
La progettazione del polo di un impianto di pompaggio prevede una valutazione completa delle diverse condizioni e requisiti, la definizione delle tipologie di edifici, la loro disposizione razionale e la gestione delle loro interrelazioni. La configurazione del polo si basa principalmente sulle funzioni svolte dall'impianto di pompaggio. Impianti di pompaggio differenti richiedono configurazioni diverse per le loro attività principali, come sale pompe, condotte di ingresso e uscita e relativi edifici di ingresso e uscita.
Le relative strutture ausiliarie, come canali sotterranei e paratoie di controllo, devono essere compatibili con il progetto principale. Inoltre, considerando i requisiti per un utilizzo completo, qualora vi siano esigenze relative a strade, navigazione e passaggi per i pesci all'interno dell'area della stazione, occorre valutare la relazione tra la disposizione di ponti stradali, chiuse, passaggi per i pesci, ecc. e il progetto principale.
A seconda delle diverse funzioni svolte dalle stazioni di pompaggio, la configurazione dei centri di pompaggio comprende generalmente diverse tipologie tipiche, come le stazioni di pompaggio per l'irrigazione, le stazioni di pompaggio per il drenaggio e le stazioni combinate di drenaggio e irrigazione.
Una chiusa idraulica è una struttura idraulica a bassa prevalenza che utilizza delle paratoie per trattenere l'acqua e controllarne il deflusso. Viene spesso costruita sulle rive di fiumi, canali, bacini artificiali e laghi.
1. Classificazione delle paratoie idrauliche di uso comune
Classificazione in base alle funzioni svolte dalle chiuse idrauliche
1. Paratoia di controllo: costruita su un fiume o un canale per bloccare le inondazioni, regolare i livelli dell'acqua o controllare la portata di scarico. La paratoia di controllo situata sul canale del fiume è anche nota come paratoia di sbarramento fluviale.
2. Paratoia di presa: Costruita sulla riva di un fiume, di un bacino idrico o di un lago per controllare il flusso dell'acqua. La paratoia di presa è anche conosciuta come paratoia di captazione o paratoia di testa del canale.
3. Paratoia di deviazione delle piene: Spesso costruita su una sponda di un fiume, viene utilizzata per convogliare le piene che superano la capacità di deflusso sicura del fiume a valle verso l'area di deviazione delle piene (area di stoccaggio o ritenzione delle piene) o lo sfioratore. La paratoia di deviazione delle piene attraversa l'acqua in entrambe le direzioni e, dopo la piena, l'acqua viene immagazzinata e scaricata nel canale del fiume da questo punto.
4. Paratoia di drenaggio: spesso costruita lungo le rive dei fiumi per rimuovere l'acqua stagnante che danneggia le colture nelle zone interne o pianeggianti. La paratoia di drenaggio è bidirezionale. Quando il livello dell'acqua del fiume è superiore a quello del lago o della depressione interna, la paratoia di drenaggio blocca principalmente l'acqua per impedire che il fiume allaghi terreni agricoli o edifici residenziali; quando il livello dell'acqua del fiume è inferiore a quello del lago o della depressione interna, la paratoia di drenaggio viene utilizzata principalmente per il drenaggio e il deflusso dell'acqua stagnante.
5. Paratoia di marea: costruita vicino all'estuario del mare, chiusa durante l'alta marea per impedire all'acqua di mare di rifluire; aprendola per far defluire l'acqua con la bassa marea, ha la caratteristica di bloccare l'acqua in entrambe le direzioni. Le paratoie di marea sono simili alle paratoie di drenaggio, ma vengono azionate più frequentemente. Quando la marea in mare aperto è più alta di quella nel fiume interno, si chiude la paratoia per impedire all'acqua di mare di rifluire nel fiume interno; quando la marea in mare aperto è più bassa dell'acqua del fiume nel mare interno, si apre la paratoia per far defluire l'acqua.
6. Paratoia di scarico della sabbia: Costruita su un corso d'acqua fangoso, viene utilizzata per scaricare i sedimenti depositati davanti alla paratoia di ingresso, alla paratoia di controllo o al sistema di canali.
7. Inoltre, sono presenti paratoie di scarico del ghiaccio e paratoie di scarico delle acque reflue per rimuovere blocchi di ghiaccio, oggetti galleggianti, ecc.
In base alla forma strutturale della camera di ingresso, si possono distinguere le tipologie a cielo aperto, a muro di cinta e a canale, ecc.
1. Tipo aperto: la superficie del flusso d'acqua attraverso la paratoia non è ostruita e la capacità di scarico è elevata.
2. Tipo di muro di contenimento: Sopra la paratoia è presente un muro di contenimento che può ridurre la forza esercitata sulla paratoia durante il blocco dell'acqua e aumentarne l'ampiezza.
3. Tipo a canale sotterraneo: Davanti alla paratoia, si trova un corpo di tunnel pressurizzato o non pressurizzato, la cui parte superiore è ricoperta di terra di riempimento. Utilizzato principalmente per piccole paratoie idriche.
In base alla dimensione del flusso della paratoia, si possono distinguere tre tipologie: grande, media e piccola.
Grandi paratoie con una portata di oltre 1000 m³/s;
Una paratoia di medie dimensioni con una portata di 100-1000 m³/s;
Piccole paratoie con una capacità inferiore a 100 m³/s.
2. Composizione delle paratoie
La paratoia idraulica comprende principalmente tre parti: sezione di collegamento a monte, camera della paratoia e sezione di collegamento a valle,
Sezione di collegamento a monte: La sezione di collegamento a monte serve a convogliare l'acqua in modo fluido nella camera della paratoia, a proteggere sia le sponde che il letto del fiume dall'erosione e, insieme alla camera, a formare un profilo sotterraneo anti-infiltrazione per garantire la stabilità anti-infiltrazione sia delle sponde che delle fondamenta della paratoia in caso di infiltrazioni. Generalmente, comprende muri di sostegno a monte, letto di posa, scanalature anti-erosione a monte e protezione delle sponde su entrambi i lati.
Camera della paratoia: è la parte principale della paratoia e la sua funzione è quella di controllare il livello e il flusso dell'acqua, nonché di prevenire infiltrazioni ed erosione.
La struttura della sezione della camera di carico comprende: cancello, pilastro del cancello, pilastro laterale (muro di riva), piastra di base, muro di protezione, ponte di lavoro, ponte di transito, argano, ecc.
La paratoia viene utilizzata per controllare il flusso attraverso di essa; la paratoia è posizionata sulla piastra inferiore della paratoia, coprendo l'orifizio ed essendo supportata dal pilastro della paratoia. La paratoia è suddivisa in paratoia di manutenzione e paratoia di servizio.
La paratoia di lavoro serve a bloccare l'acqua durante il normale funzionamento e a controllare il flusso di scarico;
La paratoia di manutenzione viene utilizzata per trattenere temporaneamente l'acqua durante gli interventi di manutenzione.
Il pilone del cancello serve a separare la baia e a sostenere il cancello, il muro di protezione, il ponte di lavoro e il ponte di traffico.
Il pilastro della paratoia trasmette la pressione dell'acqua esercitata dalla paratoia, dal muro di contenimento e dalla capacità di ritenzione idrica del pilastro stesso alla piastra di base;
Il muro di contenimento viene installato sopra la paratoia di lavoro per contribuire a trattenere l'acqua e ridurre notevolmente le dimensioni della paratoia stessa.
Il muro di contenimento può anche essere realizzato in versione mobile e, in caso di inondazioni catastrofiche, può essere aperto per aumentare il flusso di deflusso.
La piastra di base costituisce la fondazione della camera e serve a trasmettere il peso e il carico della struttura superiore alla fondazione stessa. La camera costruita su una fondazione morbida è stabilizzata principalmente dall'attrito tra la piastra di base e la fondazione, e la piastra di base svolge anche funzioni di impermeabilizzazione e protezione dall'erosione.
I ponti di lavoro e i ponti stradali vengono utilizzati per installare attrezzature di sollevamento, azionare cancelli e collegare il traffico trans-stretto.
Sezione di collegamento a valle: utilizzata per eliminare l'energia residua del flusso d'acqua che attraversa la paratoia, guidare la diffusione uniforme del flusso d'acqua in uscita dalla paratoia, regolare la distribuzione della velocità del flusso e rallentarlo, e prevenire l'erosione a valle dopo l'uscita dell'acqua dalla paratoia.
In genere, comprende una vasca di calma, un piazzale, un canale antierosione a valle, muri di sostegno a valle e protezioni per i pendii su entrambi i lati.
Data di pubblicazione: 21 novembre 2023
