1. Forma de disposição das usinas hidrelétricas
Os formatos típicos de usinas hidrelétricas incluem principalmente usinas do tipo barragem, usinas do tipo leito de rio e usinas do tipo derivação.
Usina hidrelétrica do tipo barragem: Utiliza uma barragem para elevar o nível da água no rio, a fim de concentrar a queda d'água. Frequentemente construída em cânions de alta montanha nos trechos médio e superior dos rios, geralmente é uma usina hidrelétrica de queda média a alta. O método de projeto mais comum consiste em uma usina hidrelétrica localizada a jusante da barragem de retenção, próxima ao local da barragem, ou seja, uma usina hidrelétrica a jusante da barragem principal.
Usina hidrelétrica de leito de rio: Uma usina hidrelétrica onde a central elétrica, as comportas e a barragem são dispostas em sequência no leito do rio para reter a água em conjunto. Frequentemente construída nos trechos médio e inferior dos rios, geralmente é uma usina hidrelétrica de baixa queda e alta vazão.
Usina hidrelétrica de derivação: Uma usina hidrelétrica que utiliza um canal de derivação para concentrar a queda de um trecho do rio e formar a queda d'água necessária para a geração de energia. Geralmente é construída nos trechos médio e superior de rios com baixa vazão e grande declive longitudinal.
2. Composição dos edifícios do centro hidrelétrico
Os principais edifícios do projeto do complexo hidrelétrico incluem: estruturas de retenção de água, estruturas de descarga, estruturas de entrada, estruturas de desvio e de jusante, estruturas de nivelamento de água, edifícios de geração, transformação e distribuição de energia, etc.
1. Estruturas de retenção de água: Estruturas de retenção de água são utilizadas para interceptar rios, concentrar quedas d'água e formar reservatórios, como barragens, comportas, etc.
2. Estruturas de liberação de água: As estruturas de liberação de água são utilizadas para liberar cheias, liberar água para uso a jusante ou liberar água para baixar o nível de reservatórios, como vertedouros, túneis de vertedouro, saídas de fundo, etc.
3. Estrutura de captação de água de uma usina hidrelétrica: A estrutura de captação de água de uma usina hidrelétrica é utilizada para introduzir água no canal de desvio, como entradas profundas e rasas com pressão ou entradas abertas sem pressão.
4. Estruturas de desvio de água e de jusante de usinas hidrelétricas: As estruturas de desvio de água de usinas hidrelétricas são utilizadas para transportar a água de geração de energia do reservatório até a unidade geradora da turbina; a estrutura de jusante é utilizada para descarregar a água utilizada para geração de energia no leito do rio a jusante. Construções comuns incluem canais, túneis, tubulações pressurizadas, etc., bem como estruturas transversais como aquedutos, bueiros, sifões invertidos, etc.
5. Estruturas hidrelétricas de águas planas: As estruturas hidrelétricas de águas planas são utilizadas para estabilizar as mudanças de vazão e pressão (profundidade da água) causadas por alterações na carga da usina hidrelétrica nas estruturas de desvio ou de jusante, como a câmara de equilíbrio no canal de desvio pressurizado e o reservatório de pressão no final do canal de desvio não pressurizado.
6. Edifícios de geração, transformação e distribuição de energia: incluindo a casa de máquinas principal (incluindo o local de instalação) para instalação de unidades geradoras de turbina hidráulica e seu controle, casa de máquinas auxiliar, pátio de transformadores para instalação de transformadores e painéis de distribuição de alta tensão para instalação de dispositivos de distribuição de alta tensão.
7. Outras construções: como navios, árvores, peixes, bloqueios de areia, lavagem de areia, etc.
Classificação comum de barragens
Uma barragem refere-se tanto a uma estrutura que intercepta rios e bloqueia a água, quanto a uma barragem que represa a água em reservatórios, rios, etc. De acordo com diferentes critérios de classificação, podem existir diferentes métodos de classificação. A engenharia é dividida principalmente nos seguintes tipos:
1. Barragem de Gravidade
Uma barragem de gravidade é uma barragem construída com materiais como concreto ou pedra, que depende principalmente do peso próprio do corpo da barragem para manter a estabilidade.
Princípio de funcionamento das barragens de gravidade
Sob a ação da pressão da água e de outras cargas, as barragens de gravidade dependem principalmente da força antiderrapante gerada pelo próprio peso da barragem para atender aos requisitos de estabilidade; ao mesmo tempo, a tensão de compressão gerada pelo peso próprio do corpo da barragem é utilizada para compensar a tensão de tração causada pela pressão da água, a fim de atender aos requisitos de resistência. O perfil básico da barragem de gravidade é triangular. No plano, o eixo da barragem geralmente é reto, mas, às vezes, para se adaptar ao terreno, às condições geológicas ou para atender aos requisitos de disposição do núcleo, também pode ser disposto como uma linha quebrada ou um arco com uma pequena curvatura em direção à montante.
Vantagens das barragens de gravidade
(1) A função estrutural é clara, o método de projeto é simples e é seguro e confiável. De acordo com as estatísticas, a taxa de falha das barragens de gravidade é relativamente baixa entre os vários tipos de barragens.
(2) Forte adaptabilidade ao terreno e às condições geológicas. Barragens de gravidade podem ser construídas em qualquer formato de vale fluvial.
(3) O problema da descarga de cheias no núcleo é fácil de resolver. As barragens de gravidade podem ser transformadas em estruturas de extravasamento, ou podem ser instalados orifícios de drenagem em diferentes alturas do corpo da barragem. Geralmente, não há necessidade de instalar outro vertedouro ou túnel de drenagem, e o layout do núcleo é compacto.
(4) Conveniente para desvio de construção. Durante o período de construção, o corpo da barragem pode ser usado para desvio e geralmente nenhum túnel de desvio adicional é necessário.
(5) Construção conveniente.
Desvantagens das barragens de gravidade
(1) A dimensão da secção transversal do corpo da barragem é grande e é utilizada uma grande quantidade de material.
(2) A tensão do corpo da barragem é baixa e a resistência do material não pode ser totalmente utilizada.
(3) A grande área de contato entre o corpo da barragem e a fundação resulta em alta pressão de subpressão no fundo da barragem, o que é desfavorável para a estabilidade.
(4) O volume do corpo da barragem é grande e, devido ao calor de hidratação e à retração de endurecimento do concreto durante o período de construção, serão geradas tensões adversas de temperatura e retração. Portanto, são necessárias medidas rigorosas de controle de temperatura durante o lançamento do concreto.
2. Barragem em arco
Uma barragem em arco é uma estrutura espacial em forma de concha fixada ao leito rochoso, formando um arco convexo no plano em direção à montante, e o perfil de sua coroa em arco apresenta uma forma curva vertical ou convexa em direção à montante.
Princípio de funcionamento das barragens em arco
A estrutura de uma barragem em arco apresenta efeitos tanto de arco quanto de viga, e a carga que suporta é parcialmente comprimida em direção às margens pela ação do arco, enquanto a outra parte é transmitida ao leito rochoso na base da barragem pela ação das vigas verticais.
Características das barragens em arco
(1) Características de estabilidade. A estabilidade das barragens em arco depende principalmente da força de reação nas extremidades do arco em ambos os lados, diferentemente das barragens de gravidade, que dependem do próprio peso para manter a estabilidade. Portanto, as barragens em arco têm requisitos elevados quanto ao terreno e às condições geológicas do local da barragem, bem como requisitos rigorosos para o tratamento das fundações.
(2) Características estruturais. As barragens em arco pertencem à classe de estruturas estaticamente indeterminadas de alta ordem, com elevada capacidade de sobrecarga e alta segurança. Quando as cargas externas aumentam ou uma parte da barragem sofre fissuras localizadas, os movimentos de arco e viga do corpo da barragem se ajustam, causando redistribuição de tensões no corpo da barragem. A barragem em arco é uma estrutura espacial única, com um corpo leve e resiliente. A prática da engenharia tem demonstrado que sua resistência sísmica também é elevada. Além disso, como um arco é uma estrutura de impulso que suporta principalmente pressão axial, o momento fletor em seu interior é relativamente pequeno e a distribuição de tensões é relativamente uniforme, o que favorece a resistência do material. Do ponto de vista econômico, as barragens em arco são um tipo de barragem muito vantajoso.
(3) Características de carga. O corpo da barragem em arco não possui juntas de dilatação permanentes, e as variações de temperatura e a deformação do leito rochoso têm um impacto significativo na tensão do corpo da barragem. No projeto, é necessário considerar a deformação do leito rochoso e incluir a temperatura como uma carga principal.
Devido ao perfil fino e à forma geométrica complexa da barragem em arco, os requisitos de qualidade de construção, resistência do material da barragem e impermeabilização são mais rigorosos do que os das barragens de gravidade.
3. Barragem de terra e rocha
Barragens de terra e rocha são barragens construídas com materiais locais, como solo e pedra, e constituem o tipo mais antigo de barragem na história. Elas são o tipo de construção de barragens mais utilizado e de desenvolvimento mais rápido no mundo.
As razões para a ampla aplicação e desenvolvimento de barragens de terra e rocha.
(1) É possível obter materiais localmente e nas proximidades, economizando uma grande quantidade de cimento, madeira e aço, e reduzindo o volume de transporte externo no local da construção. Quase qualquer material de terra e pedra pode ser usado para construir barragens.
(2) Capaz de se adaptar a vários terrenos, condições geológicas e climáticas. Especialmente em climas rigorosos, condições geológicas de engenharia complexas e áreas de terremotos de alta intensidade, as barragens de terra e rocha são, na verdade, o único tipo de barragem viável.
(3) O desenvolvimento de máquinas de construção de grande capacidade, multifuncionais e de alta eficiência aumentou a densidade de compactação das barragens de terra e rocha, reduziu a secção transversal das barragens de terra e rocha, acelerou o progresso da construção, reduziu os custos e promoveu o desenvolvimento da construção de barragens de terra e rocha de grande altura.
(4) Devido ao desenvolvimento da teoria da mecânica geotécnica, dos métodos experimentais e das técnicas computacionais, o nível de análise e cálculo foi melhorado, o progresso do projeto foi acelerado e a segurança e a confiabilidade do projeto de barragens foram ainda mais garantidas.
(5) O desenvolvimento abrangente da tecnologia de projeto e construção para projetos de engenharia de apoio, como taludes íngremes, estruturas de engenharia subterrâneas e dissipação de energia de fluxo de água de alta velocidade e prevenção de erosão de barragens de terra e rocha também desempenhou um importante papel de promoção na aceleração da construção e promoção de barragens de terra e rocha.
4. Barragem de enrocamento
Barragem de enrocamento geralmente se refere a um tipo de barragem construída utilizando métodos como lançamento, enchimento e rolamento de materiais rochosos. Como o enrocamento é permeável, é necessário utilizar materiais como solo, concreto ou concreto asfáltico como materiais impermeáveis.
Características das barragens de enrocamento
(1) Características estruturais. A densidade do enrocamento compactado é alta, a resistência ao cisalhamento é alta e a inclinação da barragem pode ser relativamente íngreme. Isso não só economiza a quantidade de material de enchimento da barragem, como também reduz a largura do fundo da barragem. O comprimento das estruturas de condução e descarga de água pode ser reduzido correspondentemente, e o layout do núcleo é compacto, reduzindo ainda mais a quantidade de obras.
(2) Características de construção. De acordo com a situação de tensão de cada parte do corpo da barragem, o corpo de enrocamento pode ser dividido em diferentes zonas, e diferentes requisitos para os materiais pétreos e compactação de cada zona podem ser atendidos. Os materiais pétreos escavados durante a construção das estruturas de drenagem no núcleo podem ser totalmente e racionalmente utilizados, reduzindo os custos. A construção de barragens de enrocamento com face de concreto é menos afetada por condições climáticas como a estação chuvosa e o frio intenso, e pode ser realizada de maneira relativamente equilibrada e normal.
(3) Características de operação e manutenção. A deformação por assentamento do enrocamento compactado é muito pequena.
estação de bombeamento
1. Componentes básicos da engenharia de estações de bombeamento
O projeto da estação de bombeamento consiste principalmente em casas de bombas, tubulações, edifícios de entrada e saída de água e subestações, conforme ilustrado na figura. Na casa de bombas, é instalada uma unidade composta por uma bomba d'água, um dispositivo de transmissão e uma unidade de potência, além de equipamentos auxiliares e elétricos. As principais estruturas de entrada e saída de água incluem instalações de captação e desvio de água, bem como reservatórios de entrada e saída (ou torres de água).
As tubulações da estação de bombeamento incluem tubos de entrada e de saída. O tubo de entrada conecta a fonte de água à entrada da bomba d'água, enquanto o tubo de saída conecta a saída da bomba d'água à saída do sistema.
Após a estação de bombeamento entrar em operação, o fluxo de água pode entrar na bomba através do edifício de entrada e da tubulação de entrada. Após ser pressurizada pela bomba, a água será enviada para o reservatório de saída (ou torre de água) ou para a rede de distribuição, atingindo assim o objetivo de elevar ou transportar a água.
2. Layout do núcleo da estação de bombeamento
O projeto do núcleo de uma estação de bombeamento deve considerar de forma abrangente diversas condições e requisitos, determinar os tipos de edificações, organizar suas posições relativas de maneira racional e gerenciar suas inter-relações. O layout do núcleo é baseado principalmente nas tarefas executadas pela estação de bombeamento. Diferentes estações de bombeamento devem ter arranjos distintos para suas principais atividades, como casas de bombas, tubulações de entrada e saída e edifícios de entrada e saída.
As edificações auxiliares correspondentes, como bueiros e comportas, devem ser compatíveis com o projeto principal. Além disso, considerando os requisitos para uma utilização abrangente, caso haja demanda por estradas, navegação e passagem de peixes dentro da área da estação, a relação entre o traçado de pontes rodoviárias, eclusas, corredores para peixes, etc., e o projeto principal deve ser levada em conta.
De acordo com as diferentes tarefas desempenhadas pelas estações de bombeamento, o layout dos complexos de estações de bombeamento geralmente inclui várias formas típicas, como estações de bombeamento para irrigação, estações de bombeamento para drenagem e estações combinadas de irrigação e drenagem.
Uma comporta é uma estrutura hidráulica de baixa queda que utiliza comportas para reter água e controlar a vazão. Geralmente é construída nas margens de rios, canais, reservatórios e lagos.
1. Classificação das comportas de água mais comuns
Classificação por tarefas executadas pelas comportas
1. Comporta de controle: construída em um rio ou canal para bloquear inundações, regular os níveis de água ou controlar a vazão. A comporta de controle localizada no leito do rio também é conhecida como comporta de bloqueio fluvial.
2. Comporta de entrada: Construída na margem de um rio, reservatório ou lago para controlar o fluxo de água. A comporta de entrada também é conhecida como comporta de captação ou comporta de cabeceira de canal.
3. Comporta de desvio de cheias: Geralmente construída em uma das margens de um rio, é utilizada para liberar o excesso de vazão das cheias, que ultrapassa a capacidade de vazão segura do rio a jusante, para a área de desvio de cheias (área de armazenamento ou detenção de cheias) ou vertedouro. A comporta de desvio de cheias permite a passagem da água em ambas as direções e, após a cheia, a água é armazenada e liberada no leito do rio por meio dela.
4. Comporta de drenagem: frequentemente construída ao longo das margens dos rios para remover o alagamento prejudicial às plantações em áreas baixas ou do interior. A comporta de drenagem também é bidirecional. Quando o nível da água do rio está mais alto do que o do lago ou depressão interior, a comporta de drenagem bloqueia principalmente a água para evitar que o rio inunde terras agrícolas ou edifícios residenciais; quando o nível da água do rio está mais baixo do que o do lago ou depressão interior, a comporta de drenagem é usada principalmente para represar e drenar o alagamento.
5. Comporta de maré: construída perto da foz do mar, fechada durante a maré alta para impedir o refluxo da água do mar; a abertura da comporta para liberar água na maré baixa tem a característica de bloqueio bidirecional da água. As comportas de maré são semelhantes às comportas de drenagem, mas são operadas com mais frequência. Quando a maré no mar aberto está mais alta do que a maré no rio interno, a comporta é fechada para impedir que a água do mar retorne ao rio interno; quando a maré no mar aberto está mais baixa do que a maré no rio interno, a comporta é aberta para liberar água.
6. Comporta de descarga de areia (comporta de lavagem de areia): Construída em um curso de rio lamacento, é usada para descarregar o sedimento depositado em frente à comporta de entrada, comporta de controle ou sistema de canalização.
7. Além disso, existem comportas de descarga de gelo e comportas de esgoto instaladas para remover blocos de gelo, objetos flutuantes, etc.
De acordo com a forma estrutural da câmara de comporta, ela pode ser dividida em tipo aberto, tipo com parede frontal e tipo com galeria, etc.
1. Tipo aberto: A superfície do fluxo de água através da comporta não é obstruída e a capacidade de descarga é grande.
2. Tipo de parede peitoral: Existe uma parede peitoral acima da comporta, que pode reduzir a força sobre a comporta durante o bloqueio da água e aumentar a amplitude do bloqueio.
3. Tipo bueiro: Em frente à comporta, existe um corpo de túnel pressurizado ou não pressurizado, e o topo do túnel é coberto com solo de aterro. Utilizado principalmente para comportas de pequeno porte.
De acordo com o tamanho do fluxo na comporta, ele pode ser dividido em três tipos: grande, médio e pequeno.
Grandes comportas de água com uma vazão superior a 1000m³/s;
Uma comporta de tamanho médio com capacidade de 100-1000m³/s;
Comportas de pequeno porte com capacidade inferior a 100 m³/s.
2. Composição das comportas de água
A comporta de água é composta principalmente por três partes: seção de conexão a montante, câmara da comporta e seção de conexão a jusante.
Seção de conexão a montante: A seção de conexão a montante é utilizada para direcionar o fluxo de água suavemente para a câmara da comporta, proteger as margens e o leito do rio da erosão e, juntamente com a câmara, formar um contorno subterrâneo anti-infiltração para garantir a estabilidade das margens e da fundação da comporta em caso de infiltração. Geralmente, inclui muros de ala a montante, estratificação, sulcos anti-erosão a montante e proteção de taludes em ambos os lados.
Câmara de comporta: É a parte principal da comporta de água, e sua função é controlar o nível e o fluxo da água, bem como evitar infiltrações e erosão.
A estrutura da seção da comporta inclui: comporta, pilar da comporta, pilar lateral (muro costeiro), placa de fundo, muro de arrimo, ponte de serviço, ponte de tráfego, guindaste, etc.
A comporta é utilizada para controlar o fluxo através da comporta; ela é colocada na placa inferior da comporta principal, abrangendo o orifício e apoiada pelo pilar da comporta. A comporta é dividida em comporta de manutenção e comporta de serviço.
A comporta de trabalho é utilizada para bloquear a água durante o funcionamento normal e controlar o fluxo de descarga;
A comporta de manutenção é utilizada para retenção temporária de água durante a manutenção.
O pilar do portão é usado para separar a abertura da baía e sustentar o portão, o muro de contenção, a ponte de serviço e a ponte de tráfego.
O pilar da comporta transmite a pressão da água suportada pela comporta, pelo muro de arrimo e a capacidade de retenção de água do próprio pilar para a placa de fundo;
A parede divisória é instalada acima da comporta de trabalho para ajudar a reter a água e reduzir consideravelmente o tamanho da comporta.
A parede frontal também pode ser construída em um tipo móvel e, em caso de inundações catastróficas, pode ser aberta para aumentar a vazão.
A placa de base serve de alicerce para a câmara, transmitindo o peso e a carga da estrutura superior para a fundação. A câmara construída sobre um solo mole é estabilizada principalmente pelo atrito entre a placa de base e a fundação, sendo que a placa de base também possui funções de impermeabilização e resistência à erosão.
Pontes de trabalho e pontes de tráfego são utilizadas para instalar equipamentos de elevação, operar comportas e conectar o tráfego entre os dois lados do estreito.
Seção de conexão a jusante: utilizada para eliminar a energia residual do fluxo de água que passa pela comporta, guiar a difusão uniforme da água para fora da comporta, ajustar a distribuição da velocidade do fluxo e reduzi-la, além de prevenir a erosão a jusante após a saída da água pela comporta.
Geralmente inclui uma bacia de dissipação de energia, um talude, um canal anti-erosão a jusante, muros de contenção a jusante e proteção de taludes em ambos os lados.
Data da publicação: 21/11/2023
