Budowa zapory

Budowa tamy obejmuje planowanie, projektowanie i budowę konstrukcji wznoszonych w poprzek rzek lub innych zbiorników wodnych w celu zatrzymywania wody. Wodę można wykorzystać do różnych celów, w tym do nawadniania, zaopatrzenia w wodę pitną, wytwarzania energii wodnej, ochrony przeciwpowodziowej i rekreacji.

Tamy można podzielić na kilka typów w zależności od ich projektowania i metod budowy. Obejmują one:

1. Tamy nasypowe: Są one zazwyczaj zbudowane z ubitej ziemi, skał lub ich kombinacji. Zaprojektowano je tak, aby wytrzymywały siły ciśnienia wody i można je budować w różnych kształtach, w tym w zaporach ziemnych, nasypowych lub betonowych.
2. Tamy betonowe: Są one zbudowane ze zbrojonego betonu i mogą przybierać kilka różnych form, w tym tamy grawitacyjne, tamy łukowe, tamy przyporowe i tamy z wieloma łukami.
3. Tamy grawitacyjne: Tamy te są zbudowane z betonu lub muru, a ich ciężar i masa opierają się sile napierającej na nie wody.
4. Tamy łukowe: Te tamy są zbudowane z betonu i ich kształt przenosi siłę wody na przyczółki po obu stronach kanionu lub doliny, w której są zbudowane.
5. Tamy podporowe: Te tamy są podobne do zapór łukowych, ale mają szereg żelbetowych przypór po dolnej stronie, które pomagają rozprowadzać ciśnienie wody.

Wybór typu tamy zależy od wielu czynników, w tym od topografii i geologii miejsca, ilości wody, która musi być magazynowana, oraz zamierzonego wykorzystania wody.

Tamy nasypowe

Tamy nasypowe, znane również jako tamy ziemne, buduje się poprzez zagęszczanie warstw ziemi, skał lub innych materiałów, takich jak beton, w celu stworzenia bariery zatrzymującej wodę w zbiorniku. Nasyp może być zbudowany z jednorodnego lub strefowego materiału wypełniającego i może być zbudowany jako pojedyncza strefa lub jako wiele stref z różnymi materiałami i gęstością.

Przekrój tamy nasypowej składa się zazwyczaj z centralnego nieprzepuszczalnego rdzenia wykonanego z gliny, betonu lub materiału syntetycznego, takiego jak membrana asfaltowa, umieszczonego pomiędzy materiałem skalnym lub ziemnym, który działa jak filtr i strefa drenażowa. Zewnętrzne nachylenie nasypu jest chronione warstwą pancerza, taką jak narzut lub beton, aby zapobiec erozji na skutek działania fal lub innych sił hydraulicznych.

Zapory nasypowe nadają się do szerokiego zakresu warunków terenowych i są często stosowane na obszarach, gdzie występuje obfita gleba i materiał skalny dostępny do budowy. Są powszechnie używane do przechowywania wody do nawadniania, zastosowań komunalnych i przemysłowych, wytwarzania energii wodnej, ochrony przeciwpowodziowej i rekreacji.

Tamy betonowe

Tamy betonowe są budowane przy użyciu betonu jako materiału podstawowego. Beton może być gładki lub zbrojony, a zastosowane techniki projektowania i budowy zależą od konkretnych warunków i wymagań w miejscu budowy. Istnieją dwa główne typy zapór betonowych: zapory grawitacyjne i tamy łukowe.

Tamy grawitacyjne to masywne konstrukcje betonowe, których ciężar opiera się poziomej sile wody działającej na zaporę. Są one zwykle stosowane w warunkach przepływu od niskiego do umiarkowanego i charakteryzują się dużymi rozmiarami i szeroką podstawą. Ciężar tamy tworzy stabilny fundament, który pozwala jej oprzeć się naporowi wody bez przesuwania się i przewracania.

Zapory łukowe to zakrzywione konstrukcje betonowe, które opierają się na sile kształtu łuku, aby oprzeć się sile wody. Zwykle stosuje się je w wąskich kanionach lub wąwozach, gdzie jest ograniczona przestrzeń na zaporę. Zakrzywiony kształt tamy rozkłada ciśnienie wody poziomo na przyczółki, czyli naturalne formacje skalne po obu stronach kanionu.

Obydwa typy zapór betonowych wymagają starannego projektowania i budowy, aby zapewnić ich stabilność i trwałość w czasie.

Tamy grawitacyjne

Tamy grawitacyjne to solidne konstrukcje betonowe, których ciężar opiera się poziomym siłom wody napierającej na nie. Zostały zaprojektowane do zatrzymywania dużych ilości wody i często są używane w wąskich kanionach lub wąwozach, gdzie po obu stronach znajduje się lita skała wspierająca tamę. Tamy grawitacyjne można również stosować w szerszych dolinach, gdzie tama jest zakotwiczona do skały po obu stronach.

Siła wody działającej na tamę przenoszona jest na fundament i przyczółki, które muszą wytrzymać to ciśnienie. Ciężar samej tamy i ciężar wody w zbiorniku pomagają ustabilizować tamę i zapobiegają jej przemieszczaniu się.

Tamy grawitacyjne są zwykle wykonane z betonu, ponieważ ma on dobrą wytrzymałość na ściskanie i jest w stanie wytrzymać ciężar tamy i wody. Beton jest często zbrojony stalą, aby zwiększyć jego wytrzymałość i trwałość.

Niektóre z zalet zapór grawitacyjnych obejmują ich stabilność, trwałość i odporność na klęski żywiołowe, takie jak trzęsienia ziemi. Wymagają również stosunkowo niewielkiej konserwacji po zbudowaniu. Jednakże są one zazwyczaj droższe w budowie niż inne typy zapór i mogą nie być odpowiednie dla wszystkich lokalizacji.

Tamy łukowe

Tamy łukowe to zakrzywione konstrukcje, których wytrzymałość i stabilność kształtu pozwalają na utrzymanie ciężaru wody znajdującej się za nimi. Zwykle buduje się je w wąskich kanionach lub wąwozach, gdzie ściany kanionu mogą zapewnić boczne podparcie łuku. Zapory łukowe są najczęściej wykonane z betonu, ale mogą być również wykonane z muru lub nawet materiałów wypełnionych ziemią.

Kształt tamy łukowej ma na celu rozłożenie sił z wody znajdującej się za nią wzdłuż krzywizny łuku i w dół do przyczółków po obu stronach kanionu. To sprawia, że ​​zapora łukowa jest jednym z najsilniejszych i najbardziej stabilnych typów zapór, zdolnym wytrzymać nawet bardzo wysokie ciśnienie wody.

Jednak projektowanie i budowa zapór łukowych są złożone i wymagają precyzyjnej inżynierii, aby zapewnić ich bezpieczeństwo i stabilność. Geometria łuku, krzywizna ścian kanionu oraz materiały fundamentowe i oporowe odgrywają ważną rolę w projektowaniu i budowie tamy łukowej. Względy sejsmiczne są również ważne przy projektowaniu zapór łukowych, ponieważ są one podatne na uszkodzenia spowodowane trzęsieniami ziemi.

Tamy podporowe

Zapory przyporowe to rodzaj zapór betonowych, w których wykorzystuje się szereg żelbetowych przypór, które utrzymują ciężar tamy i przeciwstawiają się ciśnieniu wody. Przypory mają zwykle kształt trójkąta i rozciągają się od podstawy tamy do szczytu, z płaskim pomostem, na którym zbudowana jest jezdnia lub chodnik. Przestrzeń pomiędzy przyporami wypełniona jest żelbetem, tworząc korpus zapory.

Tamy przyporowe są zwykle stosowane w wąskich kanionach lub wąwozach, gdzie ściany dolin są strome i skaliste. Przypory są zakotwiczone do podłoża skalnego lub mocnego fundamentu, a korpus zapory ma za zadanie przenosić ciśnienie wody na przypory.

Zalety zapór przyporowych obejmują ich zdolność do wytrzymywania wysokiego ciśnienia wody, przydatność do stosowania w wąskich kanionach i ich stosunkowo niższy koszt w porównaniu z innymi typami zapór. Jednakże mają one również pewne ograniczenia, w tym potrzebę mocnego fundamentu, ograniczenia dotyczące wysokości i długości tamy oraz możliwość zróżnicowanego osiadania przypór.

Czynniki wpływające na projektowanie i budowę tamy

Na projektowanie i budowę zapór wpływa wiele czynników, w tym:

1. Topografia i geologia: Topografia i geologia miejsca budowy tamy mogą mieć wpływ na rodzaj budowanej tamy, a także na jej wielkość i kształt. Na przykład teren o stromym terenie może wymagać tamy o wąskiej podstawie i stromych zboczach.
2. Hydrologia i gospodarka wodna: Ilość wody, którą zapora ma przechowywać lub regulować, a także charakterystyka przepływu rzeki lub strumienia, na którym jest zbudowana, to ważne kwestie przy projektowaniu tamy.
3. Warunki klimatyczne i pogodowe: Warunki klimatyczne i pogodowe mogą mieć wpływ na projekt i budowę tamy, szczególnie w odniesieniu do takich kwestii, jak zarządzanie powodzią, tworzenie się lodu i skutki cykli zamrażania i rozmrażania.
4. Sejsmiczność i trzęsienie ziemi Zagrożenia: Tamy zlokalizowane w regionach narażonych na trzęsienia ziemi muszą być zaprojektowane i zbudowane tak, aby wytrzymać siły sejsmiczne.
5. Czynniki środowiskowe i społeczne: W procesie projektowania i budowy należy uwzględnić wpływ tamy na lokalne środowisko i społeczności. Może to obejmować kwestie takie jak przesiedlanie ludzi i dzikiej przyrody, zmiany w ekosystemie i wpływ na miejsca dziedzictwa kulturowego.
6. Badanie miejsca i względy geologiczne: Konieczne jest dokładne badanie miejsca, aby ocenić warunki geologiczne, właściwości gleby i inne czynniki, które mogą mieć wpływ na bezpieczeństwo i stabilność tamy. Informacje te są wykorzystywane do informowania o procesie projektowania i budowy.

Badania terenowe i względy geologiczne

Badania terenowe i względy geologiczne mają kluczowe znaczenie dla projektowania, budowy i długoterminowej stabilności zapór. Właściwe badanie i charakterystyka miejsca mogą dostarczyć informacji na temat właściwości fizycznych i inżynieryjnych miejsca, które mogą pomóc w zaprojektowaniu tamy i powiązanych konstrukcji. Niektóre kluczowe względy geologiczne przy budowie tamy obejmują:

1. Geologia i właściwości górotworu: Geologia miejsca i właściwości leżącego pod nim górotworu odgrywają ważną rolę w projektowaniu i budowie tamy. Wytrzymałość, odkształcenie i przepuszczalność górotworu mogą mieć wpływ na stabilność tamy i bezpieczeństwo spiętrzanej wody.
2. Struktury geologiczne: Struktury geologiczne, takie jak błędy, połączenia i płaszczyzny podłoża mogą mieć wpływ na stabilność tamy oraz zachowanie fundamentu i przyczółków. Struktury te mogą zapewniać ścieżki przesiąkania, a także mogą wpływać na zachowanie górotworu pod obciążeniem sejsmicznym.
3. Zagrożenia sejsmiczne: Tamy są zazwyczaj projektowane tak, aby wytrzymywały zagrożenia sejsmiczne, a badanie miejsca budowy powinno obejmować ocenę zagrożenia sejsmicznego i potencjału ruchów gruntu wywołanych trzęsieniem ziemi. Ocena zagrożenia sejsmicznego może pomóc w zaprojektowaniu tamy i powiązanych konstrukcji, aby zapewnić ich odporność na obciążenia sejsmiczne.
4. Właściwości gleby i skał: Oprócz właściwości geologicznych górotworu ważne są również właściwości gleby i nasypu skalnego użytego do budowy tamy. Właściwości te mogą mieć wpływ na stabilność nasypu lub tamy betonowej, a także na długotrwałe zachowanie tamy w różnych warunkach obciążenia.
5. Warunki wód gruntowych: Warunki wód gruntowych na miejscu mogą mieć wpływ na stabilność tamy i bezpieczeństwo spiętrzanej wody. Badanie terenu powinno obejmować ocenę warunków wód gruntowych, w tym głębokość do wód gruntowych, przewodność hydrauliczną oraz możliwość przesiąkania i rurociągów.
6. Materiały budowlane: Dostępność odpowiednich materiałów budowlanych na miejscu lub w jego pobliżu może być również ważnym czynnikiem przy projektowaniu i budowie tamy. Właściwości tych materiałów mogą mieć wpływ na stabilność tamy i długoterminowe zachowanie konstrukcji.

Ogólnie rzecz biorąc, dokładne zbadanie miejsca i charakterystyka mają kluczowe znaczenie dla pomyślnego zaprojektowania i budowy tamy, a także dla zapewnienia bezpieczeństwa i długoterminowej stabilności konstrukcji.

Projekt tamy

Projekt tamy uwzględnia szereg rozważań i czynników, w tym wybór typu tamy, wybór materiałów i technik konstrukcyjnych oraz projekt różnych komponentów i cech. Niektóre z kluczowych aspektów projektowania tamy obejmują:

1. Podstawowe rozważania projektowe: obejmują one takie czynniki, jak zamierzone przeznaczenie tamy, przewidywane wymagania dotyczące przechowywania i uwalniania wody oraz oczekiwana żywotność tamy.
2. Fundament zapory i przyczółki: Fundament i przyczółki muszą być zaprojektowane tak, aby wytrzymać ciężar tamy i zatrzymywanej przez nią wody, a także wszelkie obciążenia sejsmiczne i inne, które mogą wystąpić.
3. Przelewy i wyloty: Mają one na celu uwolnienie wody ze zbiornika, aby zapobiec przepełnieniu tamy i zalaniu w dół rzeki. Rozmiar i typ przelewu oraz wylotu zależą od projektowego natężenia przepływu i innych czynników.
4. Projekt nasypu i betonu: Projekt nasypu lub betonowych elementów tamy musi uwzględniać takie czynniki, jak stabilność, kontrola przesiąkania i ochrona przed erozją.
5. Oprzyrządowanie i monitorowanie: W zaporze i wokół niej można zainstalować różne czujniki i instrumenty w celu pomiaru takich czynników, jak poziom wody, przesiąkanie i ruch gruntu. Monitorowanie jest ważnym aspektem bezpieczeństwa tam i zarządzania ryzykiem.

Ogólnie rzecz biorąc, projekt tamy musi uwzględniać szereg czynników, w tym bezpieczeństwo, wpływ na środowisko, koszty budowy i długoterminowe wymagania konserwacyjne.

Techniki budowlane

Techniki budowy zapór zazwyczaj obejmują kilka etapów, w tym:

1. Roboty ziemne i wykopy: obejmują oczyszczenie terenu z wszelkiej roślinności i wierzchniej warstwy gleby oraz wykopanie fundamentów tamy na wymaganą głębokość i kształt.
2. Transport i transport materiałów: Materiały budowlane, takie jak beton, stal i kruszywo, są transportowane na miejsce i przechowywane w przygotowaniu do budowy.
3. Układanie i pielęgnacja betonu: W przypadku zapór betonowych buduje się formy do kształtu zapory, a beton układa się i pozostawia do utwardzenia.
4. Układanie i zagęszczanie materiału skalnego: W przypadku zapór nasypowych, materiał skalny lub ziemia jest transportowany na miejsce i układany warstwami, przy czym każda warstwa jest zagęszczana do wymaganej gęstości.
5. Oprzyrządowanie i monitorowanie: Instaluje się systemy monitorowania w celu śledzenia działania tamy w trakcie budowy i po jej zakończeniu, w tym pomiarów takich jak przesiąkanie, deformacja i temperatura.

Techniki budowy mogą się różnić w zależności od rodzaju tamy, warunków panujących w danym miejscu i dostępnych zasobów.

Wyzwania i rozwiązania konstrukcyjne

Budowa tamy wiąże się z wieloma wyzwaniami, z których niektóre obejmują:

1. Dostęp do placu budowy i logistyka: Tamy są często budowane w odległych lokalizacjach, co utrudnia dostęp do placu budowy oraz transport materiałów i sprzętu na plac budowy.
2. Bezpieczeństwo budowy i zdrowie pracowników: Budowa tamy wymaga użycia ciężkiego sprzętu, materiałów niebezpiecznych i potencjalnie niebezpiecznych warunków pracy, dlatego zapewnienie bezpieczeństwa i zdrowia pracowników ma kluczowe znaczenie.
3. Projektowanie sejsmiczne i łagodzenie zagrożeń: Tamy muszą być zaprojektowane tak, aby wytrzymać trzęsienia ziemi i inne klęski żywiołowe oraz należy podjąć odpowiednie środki w celu złagodzenia tych zagrożeń.
4. Wpływ na środowisko i środki łagodzące: Budowa tamy może mieć znaczący wpływ na środowisko, w tym utratę siedlisk, zmianę przepływu wody i wpływ na populacje ryb, dlatego należy podjąć środki łagodzące, aby zminimalizować ten wpływ.
5. Bezpieczeństwo tam i zarządzanie ryzykiem: Tamy muszą być zaprojektowane i zbudowane tak, aby wytrzymać potencjalne awarie, należy także wprowadzić odpowiednie środki zarządzania ryzykiem, aby zapewnić bezpieczeństwo ludności znajdującej się w dalszej części rzeki.

Niektóre potencjalne rozwiązania tych wyzwań obejmują:

1. Planowanie przed rozpoczęciem budowy i zarządzanie logistyką w celu zapewnienia wydajnego transportu i dostępu do placu budowy.
2. Kompleksowe programy szkoleniowe w zakresie bezpieczeństwa pracowników i stosowania środków ochrony indywidualnej.
3. Staranny wybór lokalizacji i badania geologiczne w celu zapewnienia budowy zapór na obszarach mniej podatnych na aktywność sejsmiczną.
4. Wdrożenie środków łagodzących, takich jak przepławki dla ryb, w celu zminimalizowania wpływu na środowisko.
5. Regularne inspekcje i monitorowanie w celu wykrycia i rozwiązania wszelkich potencjalnych problemów związanych z bezpieczeństwem oraz bieżąca konserwacja w celu zapewnienia integralności tamy w miarę upływu czasu.

Eksploatacja zbiorników i gospodarka wodna

Eksploatacja zbiorników i gospodarka wodna to krytyczne aspekty budowy i eksploatacji tamy. Podstawowym celem tamy jest magazynowanie wody, która jest następnie wykorzystywana do różnych celów, takich jak nawadnianie, zaopatrzenie w wodę do użytku domowego i przemysłowego, wytwarzanie energii wodnej i ochrona przeciwpowodziowa.

Zbiornik za zaporą jest zarządzany w sposób zapewniający niezawodne i bezpieczne dostawy wody do tych różnych celów. Obejmuje to zarządzanie poziomem wody w celu zaspokojenia zapotrzebowania, przy jednoczesnym zachowaniu odpowiednich rezerw do przyszłego wykorzystania. Eksploatacja zbiorników obejmuje również zarządzanie jakością wody, w tym monitorowanie sedymentacji i zarządzanie nią, a także zapewnienie, że dalsze ekosystemy nie będą miały negatywnego wpływu.

Plany dotyczące eksploatacji zbiorników i gospodarki wodnej są zazwyczaj opracowywane w porozumieniu z zainteresowanymi stronami, w tym społecznościami lokalnymi, agencjami rządowymi i użytkownikami wody. Plany te uwzględniają takie czynniki, jak sezonowe wahania zapotrzebowania na wodę, zmiany klimatyczne i potrzeba zrównoważenia sprzecznych interesów w zakresie wykorzystania wody.

Oprócz zarządzania zaopatrzeniem w wodę, eksploatacja zbiorników odgrywa również kluczową rolę w bezpieczeństwie tam. Poziom wody w zbiorniku jest zarządzany tak, aby utrzymywał się w bezpiecznym zakresie, zarówno w normalnych warunkach pracy, jak i podczas ekstremalnych zdarzeń, takich jak powodzie i trzęsienia ziemi.

Studia przypadków projektów budowy tam.

Oto kilka przykładów projektów budowy tam:

1. Zapora Trzech Przełomów, Chiny: Zapora Trzech Przełomów to największa tama wodna na świecie, położona na rzece Jangcy w Chinach. Budowę tamy rozpoczęto w 1994 r., a zakończono w 2012 r. Zapora ma 2.3 km długości i 185 m wysokości i może wytwarzać energię elektryczną o mocy 22,500 XNUMX MW.
2. Zapora Hoovera, USA: Zapora Hoovera, położona na rzece Kolorado, na granicy Arizony i Nevady w Stanach Zjednoczonych, została zbudowana podczas Wielkiego Kryzysu w latach trzydziestych XX wieku. Zapora ma 1930 metrów wysokości i 221 metrów długości i może wytwarzać energię elektryczną o mocy 379 MW.
3. Wysoka Tama w Asuanie, Egipt: Wysoka Tama w Asuanie to tama wypełniona skałami na rzece Nil w Egipcie, ukończona w 1970 roku. Tama ma 111 metrów wysokości i 3,830 metrów długości i może wytwarzać 2,100 MW energii elektrycznej. Tama służy również do ochrony przeciwpowodziowej i nawadniania.
4. Zapora Tarbela, Pakistan: Zapora Tarbela to zapora o betonowej powierzchni, wypełniona skałami na rzece Indus w Pakistanie. Została ukończona w 1976 roku i jest największą wypełnioną ziemią zaporą na świecie. Zapora ma 143 metry wysokości i 2,743 metry długości i może wytwarzać 3,478 MW energii elektrycznej.
5. Zapora Itaipu, Brazylia i Paragwaj: Zapora Itaipu to betonowa tama grawitacyjna na rzece Paraná na granicy Brazylii i Paragwaju. Zapora została ukończona w 1984 roku i jest drugą co do wielkości zaporą wodną na świecie, mogącą wytwarzać energię elektryczną o mocy 14,000 XNUMX MW.