RU2416692C1 - Water engineering system on permafrost soils - Google Patents

Water engineering system on permafrost soils Download PDF

Info

Publication number
RU2416692C1
RU2416692C1 RU2010102557/21A RU2010102557A RU2416692C1 RU 2416692 C1 RU2416692 C1 RU 2416692C1 RU 2010102557/21 A RU2010102557/21 A RU 2010102557/21A RU 2010102557 A RU2010102557 A RU 2010102557A RU 2416692 C1 RU2416692 C1 RU 2416692C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soils
dam
soil
permafrost
geomembrane
Prior art date
Application number
RU2010102557/21A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Петрович Ягин (RU)
Василий Петрович Ягин
Original Assignee
Василий Петрович Ягин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Василий Петрович Ягин filed Critical Василий Петрович Ягин
Priority to RU2010102557/21A priority Critical patent/RU2416692C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2416692C1 publication Critical patent/RU2416692C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Revetment (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: water engineering system on permafrost soils comprises a ground dam that creates a water reservoir in the water course and is equipped with an antifiltration device and a freezing system, and an open spillway arranged between dead parts of the ground dam. The antifiltration device comprises a screen and an upstream apron made with a watertight geomembrane from polymer material. The underlying layer of the upstream apron is made of low-watertight local soils of a seasonal thawing layer and/or quarried soils. Cooling elements of the freezing system are arranged in soils of the ground dam downstream shell above the upper border of permafrost soils and provide for freezing of seasonal melting layer soils and bed talik of the watercourse in the specified area. The open spillway is arranged in the form of a gabion structure, which is enclosed at the bottom and at the sides into a watertight geomembrane of polymer material, which, within the limits of the spillway head part is coupled with the geomembrane of the screen in a watertight manner to the level of the upper edge of the screen at the area of the ground dam.
EFFECT: invention makes it possible to save funds when erecting the water engineering system, to improve its reliability and repairability.
11 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении на многолетнемерзлых (вечномерзлых) грунтах низконапорного, реже средненапорного гидроузла, включающего грунтовую плотину и открытый водосброс.The invention relates to hydraulic engineering and can be used in the construction of permafrost (permafrost) soils of low pressure, rarely medium pressure waterworks, including a soil dam and an open spillway.

Все грунтовые плотины, построенные и строящиеся в условиях Крайнего Севера, обычно делят на две группы: плотины с мерзлотной завесой (их часто называют мерзлыми, нефильтрующими или с сохранением отрицательных температур в основании на весь срок их эксплуатации - принцип строительства 1); плотины без мерзлотной завесы (их называют талыми, фильтрующими или с допущением оттаивания многолетнемерзлых грунтов - принцип строительства 2).All soil dams built and under construction in the Far North are usually divided into two groups: dams with a permafrost curtain (they are often called frozen, non-filtering or with preservation of negative temperatures at the base for the entire period of their operation - construction principle 1); dams without a frozen curtain (they are called thawed, filtering, or with the assumption of thawing permafrost soils - construction principle 2).

В России на Крайнем Севере на многолетнемерзлых грунтах (породах) в составе гидроузлов ГЭС построен ряд талых плотин 1 и 2 классов: Вилюйская ГЭС, Вилюйская ГЭС 3, Хантайская, Курейская, Колымская и Усть-Среднеканская (строится) и другие. Каждая из этих плотин перегораживает высокорасходный водоток, по меньшей мере, ее русловая часть возведена на коренных скальных породах, оттаивание которых не ведет к дополнительным осадкам и существенному повышению фильтрационных расходов. При этом русловой талик перекрывают цементационной завесой, выполняемой обычно из потерны, а на участках с мерзлыми породами - по мере оттаивания пород. Для этих плотин характерно применение затратных, но надежных способов строительства, конструктивных решений и высокое качество выполнения строительных работ, что и обеспечивает их надежность.In Russia, in the Far North, on permafrost soils (rocks), a number of thawed dams of classes 1 and 2 were built as part of the hydroelectric power stations of the hydroelectric power station: Vilyui hydroelectric power station, Vilyuy hydroelectric power station 3, Khantayskaya, Kureyskaya, Kolymskaya and Ust-Srednekanskaya (under construction) and others. Each of these dams blocks a high-flowing watercourse, at least its channel part is erected on bedrock rocks, thawing of which does not lead to additional precipitation and a significant increase in filtration costs. At the same time, the channel talik is covered with a cementation curtain, usually made of lost, and in areas with frozen rocks, as the rocks thaw. These dams are characterized by the use of costly, but reliable construction methods, design solutions and high quality construction work, which ensures their reliability.

Иначе обстоят дела с плотинами 3 и 4 классов, построенных мерзлыми преимущественно на малорасходных перемерзающих в холодный период года водотоках. По данным источника [1], к концу XX века в криолитозоне (то же: зона многолетнемерзлых пород) России было построено свыше 800 низконапорных гидроузлов с мерзлыми грунтовыми плотинами, в том числе более 400 в Республике Саха (Якутия). Все они в той или иной мере подвержены деформациям, причем большинство из них были разрушены в первые три года эксплуатации.The situation is different with dams of classes 3 and 4, which were built frozen mainly on low-flowing streams freezing during the cold season. According to the source [1], by the end of the 20th century, over 800 low-pressure hydroelectric facilities with frozen ground dams, including more than 400 in the Republic of Sakha (Yakutia), were built in the permafrost zone of Russia (the same: permafrost zone). All of them are more or less subject to deformations, most of which were destroyed in the first three years of operation.

Гидроузел на реке Ирелях [2 и 3] и гидроузел на реке Сытыкан [4], построенные в Республике Саха, соответственно в 1964 г. и 1977 г., создают водохранилища каждое емкостью более 17 млн. м3 и являются практически единственными источниками водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов при них.The waterworks on the Irelyakh River [2 and 3] and the waterworks on the Sytykan River [4], built in the Republic of Sakha in 1964 and 1977, respectively, create reservoirs each with a capacity of more than 17 million m 3 and are almost the only sources of industrial water supply enterprises and settlements with them.

Эти гидроузлы по своей значимости, особенностям возведения и эксплуатации являются уникальными, и они вошли во многие учебники по гидротехнике. Их грунтовые плотины имеют максимальную высоту около 20, а их открытые береговые водосбросы расположены на скальных основаниях и рассчитаны на пропуск расходов около 300 м3/с.These hydropower facilities are unique in their significance, the features of construction and operation, and they are included in many textbooks on hydraulic engineering. Their soil dams have a maximum height of about 20, and their open coastal spillways are located on rocky foundations and are designed to allow flow rates of about 300 m 3 / s.

Гидроузлы характеризуются следующими общими особенностями.Hydro units are characterized by the following general features.

1. Впервые оттаивание многолетнемерзлых грунтов было обнаружено в скальных основаниях водосбросов. Причем на Иреляхском гидроузле через 4 года после наполнения водохранилища, а на Сытыканском гидроузле - через 20 лет. Талики распространялись вправо и влево от водосброса с интенсивностью в десятки метров в год, что превышало все ранее сделанные прогнозы, при этом по глубине и ширине талики вышли за контролируемые пределы.1. For the first time, thawing of permafrost was found in the rocky grounds of spillways. Moreover, at the Irelyakhsky hydroelectric complex 4 years after filling the reservoir, and at the Sytykansky hydroelectric complex - 20 years later. Taliks spread to the right and left of the spillway with an intensity of tens of meters per year, which exceeded all previously made forecasts, while the taliks went beyond controlled limits in depth and width.

2. Гидроузлы находятся в практически аварийном состоянии. Работы по созданию различного типа комбинированной цементационно-мерзлотной совершенной (глухой) противофильтрационной завесы в фильтрующих грунтах пока что не увенчались серьезными успехами. При этом произведенные затраты на восстановление завесы и на перекачку воды из нижнего бьефа в верхний бьеф уже соизмеримы с затратами на создание альтернативного источника водоснабжения. Все это ставит под сомнение целесообразность производства дальнейших ремонтно-восстановительных работ на гидроузлах.2. Hydro units are in almost emergency condition. Work on the creation of a different type of combined cementation-permafrost perfect (dull) anti-filter curtain in filtering soils has not yet been crowned with serious success. At the same time, the costs incurred to restore the curtain and to transfer water from the lower pool to the upper pool are already commensurate with the costs of creating an alternative source of water supply. All this casts doubt on the feasibility of carrying out further repair and restoration work at hydroelectric facilities.

Низкая надежность и высокая стоимость этих двух и других им подобных гидроузлов на многолетнемерзлых грунтах может быть объяснена следующими причинами.The low reliability and high cost of these two and other similar waterworks on permafrost soils can be explained by the following reasons.

1. Заглубление водосброса в многолетнемерзлые скальные грунты склона приводит к нарушению верхнего водогазонепроницаемого ледогрунтового слоя многолетнемерзлых грунтов (то же: плащ, панцирь, корка). Такой мерзлый плащ образовался в начальный период последнего похолодания (ледникового периода) при одностороннем промерзании грунтов сверху вниз в условиях постоянного проникновения в его морозобойные трещины и поры воды атмосферных осадков. При этом толщина плаща местами увеличивалась снизу вверх за счет отложения дисперсных грунтов и их последующего обводнения и промерзания. Одновременно с этим по наиболее крупным трещинам напряжений, образовавшихся как в предыдущие периоды оледенения-потепления, так и в другие геологические периоды, под действием гидравлического уклона вода из-под плаща вытекала в ближайшие места разгрузки - талики водотоков и водоемов, источники подземных вод, термокарсты и другие. В результате этого по мере дальнейшего опускания нижней границы многолетнемерзлых грунтов под плащом часть глубинных трещин навсегда, до следующего глобального потепления, осталась свободной ото льда и дисперсных грунтов - пустотелые промытые трещины [5].1. The deepening of the spillway into the permafrost rocky soil of the slope leads to a violation of the upper water-gas-tight ice-ground layer of permafrost soil (the same: raincoat, shell, crust). Such a frozen cloak was formed in the initial period of the last cooling (ice age) during unilateral freezing of soils from top to bottom under the conditions of continuous penetration of precipitation into its frost-cracked pores and water pores. At the same time, the thickness of the cloak increased in places from the bottom up due to the deposition of dispersed soils and their subsequent flooding and freezing. At the same time, along the largest stress cracks formed both in previous periods of glaciation-warming and in other geological periods, under the influence of a hydraulic slope, water from the cloak flowed to the nearest discharge sites - taliks of watercourses and reservoirs, groundwater sources, thermokarsts and others. As a result of this, as the lower boundary of permafrost soils further lowers below the cloak, some of the deep cracks remained free from ice and dispersed soils — hollow washed out cracks - forever, until the next global warming [5].

В соответствии с законами теплотехники на растепление искусственно созданным водоемом насыщенного льдом мерзлого плаща естественным путем требуется длительное время. При выполнении же выемки под водосброс цельность плаща была нарушена, что привело к развитию интенсивной фильтрации воды из наполненного водою водосброса и, соответственно, аномально быстрому, оттаиванию многолетнемерзлых грунтов. Так на Иреляхском гидроузле на растепление нарушенного котлованом водосброса левого борта потребовалось 4 года, а на растепление не нарушенного правого борта - более 30 лет, причем, предположительно, в результате распространения оттаивания грунтов от водосброса.In accordance with the laws of heat engineering, it takes a long time to naturally thaw an artificially created pond of an ice-saturated frozen coat in a natural way. When performing excavation under the spillway, the integrity of the cloak was impaired, which led to the development of intensive filtration of water from the spillway filled with water and, correspondingly, anomalously fast, thawing of permafrost soils. So, at the Irelyakhsky hydroelectric complex, it took 4 years to melt the left side spillway disturbed by the pit, and more than 30 years to melt the unbroken right side side, moreover, presumably as a result of the spread of soil thawing from the spillway.

Цельность плаща нарушалась также при бурении скважин, производимом при изысканиях и выполнении цементационной и/или мерзлотной завесы.The integrity of the cloak was also violated during the drilling of wells, carried out during surveys and the implementation of cementation and / or permafrost curtains.

2. После выхода границы растепления за пределы водонепроницаемого ледонасыщенного мерзлого плаща процесс оттаивания мерзлых грунтов проходит с участием системы незаполненных льдом разного порядка полых трещин следующим образом.2. After the thawing boundary extends beyond the waterproof ice-saturated frozen cloak, the process of thawing frozen soils takes place with the participation of a system of unfilled ice of various orders of hollow cracks as follows.

Из талых проницаемых грунтов по полым трещинам вода входит в мерзлые грунты, под действием напора кратчайшим путем движется в обход противофильтрационной завесы в нижний бьеф к месту разгрузки и создает на своем пути в мерзлых грунтах тонкие талые слои. Эти талые слои последовательно отсекают от мерзлого массива мерзлые целики и начинают их интенсивно обогревать теплом фильтрующей по ним воды. Происходит растепление как целиков, так и противоположного от них борта мерзлого массива при одновременном отсечении в нем новых мерзлых целиков различной величины новыми талыми слоями.From melt-permeable soils through hollow cracks, water enters frozen soils, under the influence of pressure, the shortest path moves around the anti-filter curtain to the downstream to the discharge site and creates thin melt layers on its way in frozen soils. These thawed layers sequentially cut off frozen pillars from the frozen massif and begin to intensively heat them with the heat of filtering water. Both pillars and the opposite side of the frozen mass are thawing, while new frozen pillars of various sizes are cut off with new thawed layers.

Мерзлые целики могут быть достаточно большими. Этому способствует то обстоятельство (гипотеза автора), что за многие тысячи лет на поверхности полых трещин могли сохраниться и/или накопиться мелкодисперсные солесодержащие частицы, которые, растворяясь в пионерной воде (понятие вводится впервые), повышают ее минерализацию, следовательно, понижают температуру начала ее замерзания, что увеличивает незамерзающий путь пионерной воды по трещине. Более того, на торце потока такой пионерной воды образуется движущийся локальный криопег, высокая минерализация воды в котором при относительно благоприятных условиях (многолетнемерзлые грунты засолены, их температура высокая, а толщина не большая) может обеспечить прохождение потоком всей толщи многолетнемерзлых грунтов до их нижней границы.Frozen pillars can be quite large. This is facilitated by the circumstance (the author’s hypothesis) that for many thousands of years finely dispersed salt-containing particles could persist and / or accumulate on the surface of hollow cracks, which, when dissolved in pioneer water (the concept is introduced for the first time), increase its mineralization, therefore, lower its initial temperature freezing, which increases the non-freezing path of pioneer water along the crack. Moreover, at the end of the flow of such pioneer water, a moving local cryopeg is formed, the high salinity of the water in which under relatively favorable conditions (permafrost soils are saline, their temperature is high and the thickness is not large) can ensure that the flow of the entire thickness of permafrost soils passes to their lower boundary.

Отсеченные талыми слоями мерзлые целики создают между талыми грунтами и сплошными мерзлыми грунтами переходный слой. Толщина этого переходного слоя, понятие которого вводится впервые, не выдержана. При этом большие мерзлые целики этого переходного слоя при бурении создают видимость достижения скважиной сплошного мерзлого грунта, что не позволяет правильно назначить величину заглубления противофильтрационной завесы.Frozen pillars cut off by thawed layers create a transitional layer between thawed soils and solid frozen soils. The thickness of this transition layer, the concept of which is introduced for the first time, is not maintained. At the same time, large frozen pillars of this transitional layer during drilling create the appearance that the well has reached solid frozen soil, which does not allow to correctly set the depth of the anti-filter curtain.

3. Оголовок грунтовой плотины промерзает и образует монолитный свод, который зависает над оттаявшими грунтами, что способствует образованию фильтрующей водой промытых каверн.3. The head of the soil dam freezes and forms a monolithic arch, which hangs over thawed soils, which contributes to the formation of washed cavities with filtering water.

4. Низкая ремонтопригодность гидроузла из-за неопределенности в оттаивании мерзлых ледонасыщенных грунтов на глубине, высокие затраты при восстановлении мерзлотной противофильтрационной завесы и сложность контроля за ее надежностью.4. Low maintainability of the hydraulic system due to the uncertainty in thawing frozen ice-saturated soils at a depth, high costs when restoring a frozen permafrost curtain and the complexity of monitoring its reliability.

5. Высокие затраты при выполнении изначальной противофильтрационной завесы и длинного, выполненного в обход грунтовой плотины открытого водосброса.5. High costs when performing the initial anti-filtration curtain and a long one, bypassing a dirt dam of an open spillway.

Известна грунтовая плотина мерзлого типа, которая возведена на предварительно промороженном за счет постоянной очистки от снежного покрова основании из промороженных несвязных грунтов и покрыта со стороны верхнего бьефа эластичным противофильтрационным элементом (геомембрана из полимерного материала), сопряженным с мерзлым основанием посредством зуба [6].A frozen soil dam is known, which was erected on a foundation previously frozen from the snow cover from frozen incoherent soils and is covered on the upstream side with an elastic anti-filter element (geomembrane made of a polymeric material) conjugated to the frozen base by means of a tooth [6].

Во-первых, сопряжение геомембраны с мерзлым основанием посредством зуба без искусственного промораживания его при эксплуатации не надежно, особенно в случае нарушения зубом цельности верхнего водонепроницаемого мерзлого слоя (плаща). Во-вторых, конструкция грунтовой плотины не увязана с открытым водосбросом, известные конструкции которого на многолетнемерзлых грунтах в обход грунтовой плотины сложны и/или ненадежны.Firstly, the conjugation of a geomembrane with a frozen base by means of a tooth without artificially freezing it during operation is not reliable, especially if the tooth violates the integrity of the upper waterproof frozen layer (cloak). Secondly, the design of the soil dam is not linked to an open spillway, the known structures of which on permafrost soils bypassing the soil dam are complex and / or unreliable.

Из источника [7] известно, что на ранее описанном Сытыканском гидроузле в 2004 году была ликвидирована интенсивная фильтрация воды через береговую часть водохранилища путем создания посредством полимерной пленки противофильтрационного экрана. При этом пленочное полотнище площадью 6000 кв.м. на дно водохранилища укладывалось зимой путем заведения полотнища через майну посредством тросов под лед.It is known from the source [7] that at the previously described Sytykan hydroelectric complex in 2004, intensive filtration of water through the coastal part of the reservoir was eliminated by creating an anti-filter screen using a polymer film. At the same time, a film panel of 6000 sq.m. it was laid at the bottom of the reservoir in winter by establishing a panel through the lane by means of ice cables.

Этот осуществленный пример наглядно демонстрирует эффективность работы противофильтрационного пленочного экрана в условиях Крайнего Севера.This implemented example clearly demonstrates the effectiveness of the anti-filter film screen in the Far North.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является гидроузел на многолетнемерзлых грунтах, включающий создающую на водотоке водохранилища грунтовую плотину, снабженную противофильтрационным устройством в виде непрерывной вдоль плотины ледогрунтовой стенки, выполненной посредством замораживающей системы в центральной зоне плотины и сопряженной с многолетнемерзлыми грунтами основания, и открытый водосброс, выполненный между глухими участками грунтовой плотины. При этом ледогрунтовая стенка образована посредством расположенных в теле грунтовой плотины и ее основании охлаждающих элементов (замораживающих колонок) замораживающей системы, а открытый водосброс выполнен в виде цельной гибкой габионной конструкции, заключенной снизу и с боков в водонепроницаемую геомембрану из полимерного материала [8].The closest technical solution adopted for the prototype is a hydroelectric facility on permafrost soils, including a soil dam creating on the watercourse of the reservoir equipped with an anti-filtration device in the form of an ice-ground wall continuous along the dam, made by a freezing system in the central zone of the dam and paired with permafrost soils of the base, and an open spillway made between the dull sections of the soil dam. In this case, the ice-ground wall is formed by the cooling elements (freezing columns) of the freezing system located in the body of the soil dam and its base, and the open spillway is made in the form of an integral flexible gabion structure enclosed from below and from the sides in a waterproof geomembrane made of polymer material [8].

В известном гидроузле повышена надежность за счет выполнения открытого водосброса между глухими участками грунтовой плотины, т.е. открытый водосброс выполнен в виде водосливного участка грунтовой плотины, что предотвращает заглубление такого водосброса в многолетнемерзлые грунты, следовательно, не приводит к нарушению водонепроницаемого мерзлого плаща. Одновременно снижены затраты на выполнение открытого водосброса. Однако из-за противофильтрационной ледогрунтовой, относительно жесткой стенки, выполняемой вдоль всей длины грунтовой плотины, затраты на гидроузел в целом остаются высокими, а надежность гидроузла и его ремонтопригодность - низкими.In the known hydraulic system, reliability is improved by performing an open spillway between the deaf sections of the soil dam, i.e. the open spillway is made in the form of a spillway section of a soil dam, which prevents the deepening of such a spillway into permafrost soils, therefore, does not violate the waterproof frozen coat. At the same time, the cost of performing an open spillway was reduced. However, due to the anti-filtration ice-ground, relatively rigid wall running along the entire length of the soil dam, the costs of the hydraulic system as a whole remain high, and the reliability of the hydraulic system and its maintainability are low.

Задача, на решение которой направлено изобретение, является экономия средств, повышение надежности и ремонтопригодности гидроузла.The task to which the invention is directed is saving money, increasing the reliability and maintainability of the hydraulic system.

Технический результат от использования изобретения заключается в том, что:The technical result from the use of the invention is that:

- полностью предотвращено нарушение водонепроницаемости верхнего слоя многолетнемерзлых грунтов (плаща) при создании гидроузла;- completely impaired water resistance of the upper layer of permafrost soils (raincoat) when creating a waterworks;

- практически полностью предотвращено оттаивание мерзлых грунтов основания под всем телом грунтовой плотины;- thawing of frozen base soils under the whole body of the soil dam is almost completely prevented;

- обеспечено превращение грунтов низовой призмы плотины и в ее основании в ледогрунты;- ensured the transformation of the soil of the lower prism of the dam and at its base into ice soils;

- ограничен максимальный уровень грунтовой воды перед ледогрунтовым элементом плотины, точнее: перед низовой призмой плотины;- the maximum level of groundwater in front of the ice-ground element of the dam is limited, more precisely: in front of the lower prism of the dam;

- повышена гибкость и деформативность противофильтрационного устройства грунтовой плотины;- increased flexibility and deformability of the anti-filtration device of the soil dam;

- повышена точность прогнозирования оттаивания грунтов.- improved accuracy of prediction of thawing soils.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что в гидроузле на многолетнемерзлых грунтах, включающем создающую на водотоке водохранилища грунтовую плотину, снабженную противофильтрационным устройством и замораживающей системой, охлаждающие элементы которой расположены в грунтах основания грунтовой плотины, и открытый водосброс, выполненный между глухими частями грунтовой плотины в виде габионной конструкции, заключенной снизу и с боков в водонепроницаемую геомембрану из полимерного материала, согласно изобретению противофильтрационное устройство грунтовой плотины состоит из экрана и понура, выполненных с водонепроницаемой геомембраной из полимерного материала. Охлаждающие элементы замораживающей системы расположены в грунтах основания низовой призмы грунтовой плотины выше верхней границы многолетнемерзлых грунтов и обеспечивают на заданном участке грунтовой плотины замораживание грунтов сезоннооттаивающего слоя и руслового талика водотока. Подстилающий слой понура образован из слабоводопроницаемых местных грунтов сезоннооттаивающего слоя и/или карьерных грунтов, а геомембрана экрана, до уровня своей на участке грунтовой плотины верхней кромки водонепроницаемо сопряжена с геомембраной головной части открытого водосброса. Дополнительно:This problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in a waterworks system on permafrost soils, including a soil dam creating a reservoir on the watercourse, equipped with an anti-filtration device and a freezing system, the cooling elements of which are located in the soil base of the soil dam, and an open spillway made between the deaf parts soil dam in the form of a gabion structure, enclosed from below and from the sides in a waterproof geomembrane made of a polymer material, according to The anti-filtration device of the soil dam consists of a screen and a ponur made with a waterproof geomembrane made of a polymer material. The cooling elements of the freezing system are located in the soils of the base of the lower prism of the soil dam above the upper boundary of the permafrost soils and provide freezing of the soils of the seasonally thawing layer and channel talik of the watercourse on a given section of the soil dam. The underlying ponur layer is formed from weakly permeable local soils of the seasonally thawing layer and / or quarry soils, and the screen geomembrane is watertightly connected to the geomembrane of the head part of the open spillway to its level in the soil dam section of the upper edge. Additionally:

- замораживающая система выполнена сезоннодействующей с принудительной циркуляцией посредством вентиляторов холодного воздуха по охлаждающим металлическим трубам большого диаметра, обеспечивающего осмотр и ремонт этих труб изнутри, при этом входные участки охлаждающих труб расположены в грунтах руслового талика;- the freezing system is made seasonally with forced circulation by means of cold air fans through large-diameter cooling metal pipes, providing inspection and repair of these pipes from the inside, while the inlet sections of the cooling pipes are located in the soil of the channel bed;

- в пределах понура сильноводопроницаемые грунты сезоннооттаивающего слоя и в русловом талике заменены на слабоводопроницаемые грунты;- within the ponura, the highly permeable soils of the seasonally thawing layer and in the channel talik are replaced by weakly permeable soils;

- гидроузел содержит на каждом от водотока склоне мерзлотную насыпь, образующую над многолетнемерзлыми грунтами нагорную канаву, которая круглогодично обеспечивает перехват со склона поверхностного стока, а из сезоннооттаивающего слоя - грунтового стока и отводит эти стоки в водохранилище за пределы понура и/или в нижний бьеф грунтовой плотины;- the hydroelectric complex contains a permafrost embankment on each slope of the watercourse, forming a ditch over permafrost soils, which intercepts the surface runoff from the slope year-round, and the ground runoff from the seasonally thawing layer and discharges these runoff into the reservoir beyond the limits of the ponura and / or lower drainage ground dams;

- под понуром в талых грунтах выполнена, по меньшей мере, одна канава, которая расположена вдоль свободной кромки геомембраны в непосредственной близости от нее и заполнена кольматантом, способным осуществить под понуром кольматаж талых грунтов;- at least one ditch is made under the melt in melt soils, which is located along the free edge of the geomembrane in the immediate vicinity of it and is filled with co-matting material, capable of undermining melt soils under the meme;

- в теле верховой призмы плотины на заданном уровне выполнена трубчатая дрена, ограничивающая максимальный уровень грунтовой воды перед промороженной низовой призмой грунтовой плотины;- in the body of the upper prism of the dam at a predetermined level, a tubular drain is made, limiting the maximum level of groundwater in front of a frozen lower prism of the soil dam;

- внутренний диаметр охлаждающих труб превышает 1,2 метр;- the inner diameter of the cooling pipes exceeds 1.2 meters;

- по мере удаления в сторону верхнего бьефа от грунтовой плотины водопроницаемость грунтов подстилающего слоя понура и руслового талика водотока уменьшается;- as you move towards the upper pool from the soil dam, the permeability of the soil of the underlying layer of the ponur and channel talik of the watercourse decreases;

- нагорная канава содержит гидравлически сообщенную с сезоннооттаивающим слоем водоприемную призму, в которой размещена выполненная из полиэтилена с перфорацией отводящая труба;- the ditch ditch contains a water receiving prism hydraulically connected with a seasonally thawing layer, in which a discharge pipe made of polyethylene with perforation is placed;

- в качестве кольматанта использован микродисперсный (нанодисперсный) диоксид кремния и/или его модификации и состоящий в основном из частиц крупностью от 5 до 80 нм;- micro-dispersed (nanodispersed) silicon dioxide and / or its modifications and consisting mainly of particles with a particle size of 5 to 80 nm were used as a co-colmatant;

- в качестве кольматанта использован криогель, полученный из растворов полимеров и снижающий водопроницаемость грунтов при его проникновении в грунты и упрочняющий их при замораживании-оттаивании.- cryogel obtained from polymer solutions and reducing the water permeability of soils when it penetrates into soils and hardening them when freezing and thawing is used as a co-gelant;

Предлагаемый гидроузел иллюстрируется десятью чертежами, на которых изображены:The proposed waterworks is illustrated by ten drawings, which depict:

на фиг.1 - план участка гидроузла;figure 1 is a plan of the site of the waterworks;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;figure 2 is a section aa in figure 1;

на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1;figure 3 is a section bB in figure 1;

на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1;figure 4 is a section bb in figure 1;

на фиг.5 - продольный разрез водосброса;figure 5 is a longitudinal section of a spillway;

на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.1;in Fig.6 is a section GG in Fig.1;

на фиг.7 - разрез Д-Д на фиг.6;Fig.7 is a section DD in Fig.6;

на фиг.8 - разрез Е-Е на фиг.5;in Fig.8 is a section EE in Fig.5;

на фиг.9 - разрез Ж-Ж на фиг.5;figure 9 is a section FJ in figure 5;

на фиг.10 - разрез З-З на фиг.8.figure 10 is a section ZZ in Fig.8.

Гидроузел содержит грунтовую плотину (далее: плотина) 1, которая на водотоке 2 создает водохранилище 3 и состоит из двух глухих частей 4 и водосливной части 5, над которой расположен водосброс 6 открытого типа. При этом водосливная часть 5 плотины 1 расположена на ее правобережном пойменном участке, а водосброс 6 сопряжен с водотоком 2 отводящим каналом 7.The hydroelectric unit contains a soil dam (hereinafter: dam) 1, which creates a reservoir 3 on a watercourse 2 and consists of two deaf parts 4 and a spillway 5, over which an open type spillway 6 is located. At the same time, the spillway part 5 of the dam 1 is located on its right-bank floodplain area, and the spillway 6 is connected to the watercourse 2 by the discharge channel 7.

Плотина 1 в поперечном сечении включает три призмы (фиг.2), которые выполнены из несвязных грунтов и по отношению к оси 8 плотины 1, бьефов гидроузла и водохранилища 3, соответственно, именованы: низовая 9, верховая 10 и защитная 11. Плотина 1 снабжена противофильтрационным устройством и работающей совместно с ней замораживающей системой.The dam 1 in cross section includes three prisms (figure 2), which are made of disconnected soils and with respect to the axis 8 of the dam 1, the head of the waterworks and reservoir 3, respectively, are named: bottom 9, top 10 and protective 11. Dam 1 is equipped antifiltration device and a freezing system working together with it.

Противофильтрационное устройство плотины 1 состоит из экрана 12 и понура 13, выполненных с водонепроницаемой геомембраной 14 из полимерного материала. Экран 12 покрывает низовой откос верховой призмы 10, а его геомембрана 14 водонепроницаемо сопряжена с такой же геомембраной 14 понура 13. Подстилающий слой 15 понура 13 образован из слабоводопроницаемых местных грунтов сезоннооттаивающего слоя 16 (фиг.3) и/или карьерных грунтов.The anti-filtration device of the dam 1 consists of a screen 12 and a ponur 13 made with a waterproof geomembrane 14 made of a polymer material. The screen 12 covers the lower slope of the upper prism 10, and its geomembrane 14 is watertightly interfaced with the same geomembrane 14 of the ponds 13. The underlying layer 15 of the ponds 13 is formed from weakly permeable local soils of the seasonally defrosting layer 16 (Fig. 3) and / or quarry soils.

Замораживающая система выполнена сезоннодействующей с принудительной циркуляцией посредством двух вентиляторов 17 холодного воздуха по двум охлаждающим трубам (то же: охлаждающим элементам) 18 большого диаметра. Охлаждающие трубы 18 расположены в грунтах основания низовой призмы 9 плотины 1 выше верхней границы 19 многолетнемерзлых грунтов 20, выполнены из металла, их внутренний диаметр превышает 1,2 метра, а входные участки 21 расположены в грунтах руслового талика 22. При этом вентиляторы 17 расположены на разных относительно водотока 3 склонах. Такая замораживающая система обеспечивает на заданном участке низовой призмы 9 плотины 1, включающем русловую часть, замораживание грунтов сезоннооттаивающего слоя 16 и руслового талика 22 в основании низовой призмы 9 плотины 1 и превращения их в ледогрунт. При этом большой диаметр охлаждающих труб 18 обеспечивает их осмотр и ремонт изнутри, что повышает надежность и ремонтопригодность замораживающей системы.The freezing system is made seasonally with forced circulation by means of two fans 17 of cold air through two cooling pipes (the same: cooling elements) 18 of large diameter. The cooling pipes 18 are located in the soils of the base of the lower prism 9 of the dam 1 above the upper boundary 19 of the permafrost soils 20, are made of metal, their internal diameter exceeds 1.2 meters, and the inlet sections 21 are located in the soils of the channel talik 22. The fans 17 are located on different relative to the watercourse 3 slopes. Such a freezing system provides for a given section of the lower prism 9 of the dam 1, including the channel part, freezing the soils of the seasonally thawing layer 16 and the channel talik 22 at the base of the lower prism 9 of the dam 1 and turning them into ice ground. Moreover, the large diameter of the cooling pipes 18 provides for their inspection and repair from the inside, which increases the reliability and maintainability of the freezing system.

Водосброс 6 выполнен между глухими частями 4 плотины 1 в виде гибкой габионной конструкции. Эта конструкция (фиг.5-10) снизу и с боков заключенной в водонепроницаемую геомембрану 23 из полимерного материала, которая в пределах головной части 24 водосброса 6 на заданную высоту водонепроницаемо сопряжена с верхней кромкой геомембраны 14 экрана 12. Габионная конструкция выполнена из связанных между собой проволокой габионов 25, корзины которых выполнены из проволочной сетки, имеют коробчатую прямоугольную форму с размерами, например, 1×1×2 метра и заполнены каменным материалом [9].The spillway 6 is made between the deaf parts 4 of the dam 1 in the form of a flexible gabion structure. This design (Figs. 5-10) from below and from the sides is enclosed in a waterproof geomembrane 23 made of polymer material, which within the head part 24 of the spillway 6 to a predetermined height is watertightly mated to the upper edge of the geomembrane 14 of the screen 12. The gabion structure is made of interconnected gabion wire 25, the baskets of which are made of wire mesh, have a box-shaped rectangular shape with dimensions, for example, 1 × 1 × 2 meters and filled with stone material [9].

В пределах понура 13 сильноводопроницаемые грунты сезоннооттаивающего слоя 16 и руслового талика 22 заменены слабоводопроницаемыми грунтами. Эта замена грунтов осуществлена так, что по мере удаления в сторону верхнего бьефа от плотины 1 водопроницаемость грунтов подстилающего слоя 15 понура 13 и руслового талика 22 водотока 2 уменьшается.Within the ponura 13, the highly permeable soils of the seasonally thawing layer 16 and the channel talik 22 are replaced by weakly permeable soils. This replacement of soils is carried out so that as you move towards the upstream from the dam 1, the permeability of the soils of the underlying layer 15 of the ponura 13 and the channel talik 22 of the watercourse 2 decreases.

Гидроузел на каждом от водотока 2 склоне содержит мерзлотную насыпь 26, которая образует над многолетнемерзлыми грунтами 20 нагорную канаву 27 (фиг.1 и 3). Мерзлотная насыпь 26 со стороны нагорной канавы 27 содержит гидравлически сообщенную с сезоннооттаивающим слоем 16 водоприемную призму 28 с размещенной в ней отводящей трубой 29, которая выполнена из полиэтилена и с перфорацией. Эта мерзлотная насыпь 26 круглогодично обеспечивает перехват со склона поверхностного стока, а из сезоннооттаивающего слоя 16 склона - грунтового стока, после чего отводит эти стоки в водохранилище 3, за пределы понура 13 и/или в нижний бьеф плотины 1.The hydraulic unit on each slope from the watercourse 2 contains a permafrost embankment 26, which forms a ditch ditch 27 above the permafrost soils 20 (Figs. 1 and 3). The permafrost embankment 26 from the side of the upland ditch 27 contains a water receiving prism 28 hydraulically connected to the seasonally defrosting layer 16 with a discharge pipe 29 placed therein, which is made of polyethylene and with perforation. This permafrost embankment 26 year-round ensures interception from the slope of the surface runoff, and from the seasonally thawing layer 16 of the slope - the ground runoff, after which it drains these drains into the reservoir 3, outside the ponur 13 and / or downstream of dam 1.

Гидроузел может содержать канавы 30, которые расположены под понуром 13 в талых грунтах и заполнены кольматантом 31, способным осуществить под понуром кольматаж талых грунтов (фиг.1 и 4). Целесообразно одну такую канаву 30 расположить вдоль свободной кромки геомембраны 14 в непосредственной близости от кромки. В качестве кольматанта может быть использован микродисперсный (нанодисперсный) диоксид кремния и/или его модификации и состоящий в основном из частиц крупностью от 5 до 80 нм [10]. В качестве кольмотанта, особенно в пределах осушаемой в холодный период года части понура 13 до уровня 32 (фиг.1), может быть использован криогель, полученный из растворов полимеров. Этот криогель при проникновении в грунты снижает их водопроницаемость и упрочняет их при замораживании-оттаивании [11].The waterworks may contain ditches 30, which are located under the ponorm 13 in thawed soils and are filled with mudding agent 31, which is able to carry out under the ponder clogging of thawed soils (Figs. 1 and 4). It is advisable to arrange one such ditch 30 along the free edge of the geomembrane 14 in the immediate vicinity of the edge. As a colmatant, microdispersed (nanodispersed) silicon dioxide and / or its modifications and consisting mainly of particles with a particle size of 5 to 80 nm can be used [10]. As a colmotant, especially within the drained part of ponur 13 to level 32 drained during the cold season of the year (FIG. 1), a cryogel obtained from polymer solutions can be used. When penetrated into soils, this cryogel reduces their water permeability and strengthens them during freezing and thawing [11].

Кроме всего этого в теле верховой призмы 10 плотины 1 на заданном уровне выполнена продольная трубчатая дрена 33 (фиг.2), которая ограничивает максимальный уровень 34 грунтовой воды перед промороженной низовой призмой 9 плотины 1.In addition to all this, in the body of the upper prism 10 of the dam 1, a longitudinal tubular drain 33 (Fig. 2) is made at a predetermined level, which limits the maximum level 34 of groundwater before the frozen lower prism 9 of the dam 1.

На чертежах обозначены и другие элементы гидроузла, а именно:In the drawings, other elements of the hydraulic system are indicated, namely:

35 - основание (плотины);35 - base (dam);

36 - начальное положение нулевой изотермы (в теле плотины);36 - the initial position of the zero isotherm (in the body of the dam);

37 - конечное положение нулевой изотермы (в теле плотины);37 - final position of the zero isotherm (in the body of the dam);

38 - конечное положение нулевой изотермы (в основании, фиг.4);38 - end position of the zero isotherm (at the base, figure 4);

39 - водонепроницаемый плащ;39 - waterproof raincoat;

40 - поток воды (то же: поток);40 - stream of water (same: stream);

41 - лоток (сбросная часть водосброса);41 - tray (discharge part of the spillway);

42 - насыпь (лотка);42 - embankment (tray);

43 - водобойная стенка;43 - water wall;

44 - двутавр;44 - I-beam;

45 - трубы;45 - pipes;

46 - верховая ветвь (трубы);46 - horse branch (pipes);

47 - камень;47 - stone;

48 - подсыпка (замораживающей системы);48 - bedding (freezing system);

49 - крепление (верхового откоса плотины);49 - fastening (uphill slope of the dam);

50 - защитный слой понура;50 - a protective layer of ponur;

51 - воздухозаборный раструб;51 - air intake bell;

52 - питательная траншея;52 - nutrient trench;

53 - прокладка из нетканого геотекстиля;53 - laying of non-woven geotextiles;

54 - концевая часть (водосброса);54 - end part (spillway);

55 - насадок гидравлический;55 - hydraulic nozzles;

56 - тавр (фиг.6);56 - brand (Fig.6);

57 - габион (по месту);57 - gabion (in place);

58 - диафрагма (из геомембраны);58 - diaphragm (from the geomembrane);

59 - водосливной порог (поверхность);59 - spillway threshold (surface);

60 - опорный элемент (моста);60 - supporting element (bridge);

61 - мост;61 - bridge;

62 - геотекстиль (концевая часть водосброса);62 - geotextile (end part of the spillway);

63 - водобойный колодец;63 - water well;

ас - толщина сезоннооттаивающего слоя до создания гидроузла (фиг.4);and c is the thickness of the seasonally thawing layer before the creation of the waterworks (figure 4);

ао - дополнительное оттаивание грунтов после создания гидроузла;and about - additional thawing of soils after the creation of the waterworks;

ат - толщина слоя талых грунтов под геомембраной после создания гидроузла.and t is the thickness of the layer of thawed soil under the geomembrane after the creation of the hydroelectric complex.

Гидроузел создают в следующей последовательности. Сначала в холодный период первого года строительства на правобережном пойменном участке после промораживания грунтов сезоннооттаивающего слоя 16 из переохлажденных несвязных грунтов возводят глухую 4 и водосливную 5 части плотины 1. Затем в теплый период года возводят над водосливной частью 5 плотины 1 водосброс 6, а на незатопляемых склонах водотока 2 - понур 13, включая замену сильноводопроницаемых грунтов сезоннооттаивающего слоя 16 на слабоводопроницаемые грунты и выполнение канавы 30 с кольматантом 31.A hydraulic unit is created in the following sequence. First, in the cold period of the first year of construction, on the right-bank floodplain site after freezing the soils of the seasonally thawing layer 16, dead 4 and weir 5 of the dam 1 are erected from the supercooled incoherent soils. Then, during the warm season of the year, a spillway 6 is constructed over the weir 5 of the dam, and on the slopes that are not flooded watercourse 2 - ponur 13, including the replacement of highly permeable soils of the seasonally thawing layer 16 with weakly permeable soils and the implementation of a ditch 30 with a muddle 31.

В последующий холодный период второго года строительства укладывают охлаждающие трубы 18, устанавливают вентиляторы 17 и задействуют замораживающую систему. Одновременно на подготовленное и промороженное за счет постоянной очистки от снега основание 35 плотины 1 послойно и с уплотнением укладывают переохлажденный несвязный грунт в низовую 9 и верховую 10 призмы плотины 1. После чего на верховой откос верховой призмы 10 укладывают геомембрану 14 экрана 12. Заканчивают возведение понура 13, а его геомембрану 14, водонепроницаемо сопрягают с геомембраной 14 экрана 12 и с геомембраной 23 водосброса 6. Возводят защитную призму 11 плотины 1, а на склонах выполняют мерзлотную (точнее: ледогрунтовую) насыпь 26 с нагорной канавой 27.In the subsequent cold period of the second year of construction, cooling pipes 18 are laid, fans 17 are installed and a freezing system is activated. At the same time, on the prepared and frozen out, due to constant snow removal, base 35 of dam 1, lay supercooled incoherent soil layer by layer and with compaction in the bottom 9 and top 10 of the prism of dam 1. Then, the geomembrane 14 of screen 12 is placed on the top slope of the top prism 10. 13, and its geomembrane 14, is watertightly mated with the geomembrane 14 of the screen 12 and with the geomembrane 23 of the spillway 6. A protective prism 11 of dam 1 is erected, and a permafrost (more precisely: ice-ground) embankment 26 with ditch 27.

Работа гидроузла в строительный и эксплуатационный периоды характеризуется следующими особенностями.The work of the hydraulic system in the construction and operational periods is characterized by the following features.

1. Задействование замораживающей системы в строительный период обеспечивает опережающее замораживание руслового талика 22 под низовой призмой 9 плотины 1. Вода, поступающая по русловому талику 22 с околонулевой температурой к месту замораживания, позволяет под действием трубного и атмосферного охлаждения водопроницаемый переохлажденный грунт низовой призмы 9 превратить в водонепроницаемый ледогрунт. При этом нулевая изотерма после первого холодного периода года имеет положение начальное 36, а при дальнейшей эксплуатации гидроузла - конечное 37 (фиг.2).1. The use of the freezing system during the construction period provides advanced freezing of the channel talik 22 under the bottom prism 9 of the dam 1. The water flowing through the channel talik 22 with a near-zero temperature to the freezing point allows the water-permeable subcooled soil of the lower prism 9 to be converted into pipe and atmospheric cooling into waterproof ice ground. In this case, the zero isotherm after the first cold period of the year has an initial position of 36, and with further operation of the waterworks - the final 37 (figure 2).

2. В эксплуатационный период в результате отепляющего воздействия водохранилища 3 под ним происходит оттаивание мерзлых грунтов основания до конечного положения 38 нулевой изотермы (фиг.4). Оттаивание грунтов, прежде всего, происходит ниже уровня 32 (фиг.1) опорожнения водохранилища 3, причем в пределах площади понура 13. Выше уровня 32 временно оттаявшие при наполненном водохранилище грунты в холодный период года снова замерзают. Под верховой призмой 10 плотины 1 оттаивание грунтов уменьшается, а под низовой призмой 9 грунты охлаждаются замораживающей системой и атмосферным воздухом поэтому всегда находятся в мерзлом состоянии.2. During the operational period, as a result of the warming effect of the reservoir 3 under it, thawing of the frozen soil of the base to the final position 38 of the zero isotherm takes place (Fig. 4). Thawing of soils, first of all, occurs below level 32 (Fig. 1) of the emptying of reservoir 3, and within the area of ponura 13. Above level 32, soils temporarily thawed when the reservoir is full in the cold season freeze again. Under the upper prism 10 of the dam 1, the thawing of soils is reduced, and under the lower prism 9 the soils are cooled by a freezing system and atmospheric air, therefore they are always in a frozen state.

Оттаявшие под понуром 13 грунты уплотняются гидростатическим давлением, а их водопроницаемость дополнительно уменьшается действием кольматанта 31, который при эксплуатации гидроузла при сработанном водохранилище 3 может периодически добавляться под понур 13. По такому талому слою, вода поступает в тело верховой призмы 10 в ограниченном количестве и с низкой температурой, где ее уровень 34 (промежуточный бьеф), снижающий напор на экран 12 и понур 13, но создающий напор на ледогрунтовую низовую призму 9, ограничен трубчатой дреной 33. Одновременно с этим по мере оттаивания грунтов водонепроницаемый плащ 39 многолетнемерзлых грунтов 20 опускается вниз без нарушения своей водонепроницаемости (гипотеза автора).The soils thawed under ponur 13 are compacted by hydrostatic pressure, and their water permeability is further reduced by the action of colmatant 31, which can be periodically added to ponder 13 during operation of the hydraulic system when the reservoir 3 is operated. According to such a thawed layer, water enters the body of the upper prism 10 in a limited amount and with low temperature, where its level is 34 (intermediate downstream), which reduces the pressure on the screen 12 and ponur 13, but creates pressure on the ice-ground bottom prism 9, is limited by the tubular drain 33. At the same time with this, as the soil thaws, the waterproof raincoat 39 of permafrost soils 20 goes down without violating its water resistance (author's hypothesis).

3. При движении потока воды (то же: поток) 40 по головной части 24 и лотку 41 водосброса 6 его водонепроницаемая геомембрана 23 предотвращает водонасыщение плотины 1 и насыпи 42 (фиг.1 и 8). Это повышает устойчивость всей габионной конструкции водосброса 6 на сдвиг в направлении потока 40 и защищает многолетнемерзлые грунты 20 от оттаивания. При этом большая часть воды движется по лотку 41, водобойные стенки 43 которого совместно с двутаврами 43 обеспечивают перепадную форму течения воды по лотку 41 с образованием прыжка перед каждой водобойной стенкой 43, что обеспечивает интенсивное гашение энергии потока 40. При этом сдвигающее гидродинамическое воздействие потока 40 посредством двутавров 44 и труб 45 частично передается с габионов 25 на всю головную часть 24 водосброса и на плотину 1. Последнее достигается за счет того, что трубы 46 выполнены в виде сифонов, а их верховые ветви 46 пригружены камнем 47.3. When the flow of water (the same: flow) 40 along the head part 24 and the spillway tray 41, its waterproof geomembrane 23 prevents water saturation of the dam 1 and embankment 42 (Figs. 1 and 8). This increases the stability of the entire gabion structure of the spillway 6 by a shift in the direction of flow 40 and protects the permafrost soils 20 from thawing. In this case, most of the water moves along the tray 41, the water walls 43 of which together with the I-beams 43 provide a differential form of water flow through the tray 41 with the formation of a jump in front of each water wall 43, which provides an intensive damping of the energy of the stream 40. At the same time, the hydrodynamic shear effect of the stream 40 by means of I-beams 44 and pipes 45 it is partially transferred from gabions 25 to the entire head part of the spillway 24 and to dam 1. The latter is achieved due to the fact that pipes 46 are made in the form of siphons, and their upper branches 46 stoned men 47.

Малые меженные расходы могут быть пропущены только малорасходными трубами 45, работающими в сифонном режиме. Способ зарядки таких труб-сифонов и необходимые для этого устройства задаются и разрабатываются проектом. При этом в средней по ширине лотка 41 части трубы 45 могут быть заменены на металлические тавры большого профиля.Small low-flow costs can be skipped only by low-flow pipes 45 operating in a siphon mode. The method of charging such siphon tubes and the devices necessary for this are set and developed by the project. Moreover, in the middle width of the tray 41, the parts of the pipe 45 can be replaced by large metal profiles.

4. Мерзлотная насыпь 26, образующая над многолетнемерзлыми грунтами 20 нагорную канаву 27 перехватывает со склона поверхностный и грунтовый (наледный) сток и тем самым предохраняет понур 13 от повреждения. При этом нештатное замерзание воды в выполненной из полиэтилена водоотводящей трубе 29 не является для трубы опасным.4. The permafrost embankment 26, forming a upland ditch 27 over permafrost soils 20, intercepts surface and ground (icy) runoff from the slope and thereby protects the mud 13 from damage. Moreover, abnormal freezing of water in a drain pipe made of polyethylene 29 is not dangerous for the pipe.

5. Противофильтрационную надежность плотины 1 обеспечивает совместная (одновременная) работа противофильтрационного устройства (экран 12 и понур 13), замораживающей системы (охлаждающие трубы 17 с вентиляторами 17), кольматанта 31 и трубчатой дрены 33.5. The anti-filtration reliability of the dam 1 is ensured by the joint (simultaneous) operation of the anti-filtration device (screen 12 and ponur 13), freezing system (cooling pipes 17 with fans 17), colmatant 31 and tubular drain 33.

При возведении предложенного гидроузла на многолетнемерзлых грунтах использование технических признаков, указанных в первом пункте формулы является обязательным. Необходимость использования дополнительных признаков, указанных в зависимых пунктах формулы, определяется проектом в зависимости от местных условий.When erecting the proposed waterworks system on permafrost soils, the use of technical features specified in the first paragraph of the formula is mandatory. The need to use additional features indicated in the dependent claims is determined by the project depending on local conditions.

Предлагаемое изобретение в полной мере соответствует заповеди Павла Флоренского: «…не трогай мерзлоты ороченов… Не надо копаться в ее недрах».The present invention fully complies with the commandment of Pavel Florensky: "... do not touch the frozen permafrost ... Do not dig into its bowels."

Источники информацииInformation sources

1. Чжан Р.В. Температурный режим и устойчивость низконапорных гидроузлов и грунтовых каналов в криолитозоне / Автореферат диссертации на соискание степени доктора технических наук. - Якутск, 2001.1. Zhang R.V. Temperature condition and stability of low-pressure hydroelectric facilities and soil channels in the permafrost zone / Abstract of dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. - Yakutsk, 2001.

2. Биянов Г.Ф. Плотины на вечной мерзлоте. - М.: Энергоиздат, 1983.2. Biyanov G.F. Dams on permafrost. - M .: Energoizdat, 1983.

3. Гидроузел на реке Ирелях. Восстановление напорного фронта в теле и основании плотины. ТЭО. Пояснительная записка 023-ИШ-002-ПЗ. ООО «ПСК «Геостройпроект». Москва, 2003.3. Waterworks on the river Irelyakh. Restoration of the pressure front in the body and base of the dam. Feasibility study. Explanatory Note 023-ISh-002-PZ. LLC PSK Geostroyproekt. Moscow, 2003.

4. Алешин Д.В., Шишов И.Н., Федосеев В.И. Восстановление напорного фронта гидроузла на реке Сытыкан. // Гидротехническое строительство. 2004. №12.4. Aleshin D.V., Shishov I.N., Fedoseev V.I. Restoration of the pressure head of the hydroelectric complex on the Sytykan River. // Hydraulic engineering. 2004. No. 12.

5. Ягин В.П., Вайкум В.А. Опорная гидрогеологическая схема-гипотеза многолетней мерзлоты с учетом истории геокриологического развития территории и применительно гидротехнического строительства. Интеллектуальный продукт. Зарегистрирован ФГУП «ВНТИЦ» под номером 73200700080.5. Yagin V.P., Vaikum V.A. The basic hydrogeological scheme is the hypothesis of permafrost, taking into account the history of geocryological development of the territory and with regard to hydraulic engineering construction. Intellectual product. FGUP VNTIC is registered under the number 73200700080.

6. Патент Российской Федерации №2310035, кл. E02B 7/06, опубл. 10.11.2007.6. Patent of the Russian Federation No. 2310035, cl. E02B 7/06, publ. 11/10/2007.

7. Патент Российской Федерации №2267576, кл. E02B 7/06, опубл. 10.01.2006.7. Patent of the Russian Federation No. 2267576, cl. E02B 7/06, publ. 01/10/2006.

8. Патент Российской Федерации №2374387, кл. E02B 7/06, опубл. 27.11.2009.8. Patent of the Russian Federation No. 2374387, cl. E02B 7/06, publ. 11/27/2009.

9. ГОСТ 52132-2003. Изделия из сетки для габионных конструкций. Технические условия.9. GOST 52132-2003. Mesh products for gabion structures. Technical conditions

10. Зубченко Г.В. Микродисперсные реагенты и кольматанты - новые средства повышения технико-экономических и экологических показателей работы горно-обогатительных предприятий. // Горный журнал. 2005. №3.10. Zubchenko G.V. Microdispersed reagents and colmatants are new means of increasing the technical, economic and environmental performance of mining and processing enterprises. // Mountain Journal. 2005. No3.

11. Патент Российской Федерации №2289652, кл. E02B 3/16, опубл. 20.12.2006.11. Patent of the Russian Federation No. 2289652, cl. E02B 3/16, publ. 12/20/2006.

Claims (11)

1. Гидроузел на многолетнемерзлых грунтах, включающий создающую на водотоке водохранилища грунтовую плотину, снабженную противофильтрационным устройством и замораживающей системой, охлаждающие элементы которой расположены в грунтах основания грунтовой плотины, и открытый водосброс, выполненный между глухими частями грунтовой плотины в виде габионной конструкции, заключенной снизу и с боков в водонепроницаемую геомембрану из полимерного материала, отличающийся тем, что противофильтрационное устройство грунтовой плотины состоит из экрана и понура, выполненных с водонепроницаемой геомембраной из полимерного материала, а охлаждающие элементы замораживающей системы расположены в грунтах основания низовой призмы грунтовой плотины выше верхней границы многолетнемерзлых грунтов и обеспечивают на заданном участке грунтовой плотины замораживание грунтов сезоннооттаивающего слоя и руслового талика водотока, при этом подстилающий слой понура образован из слабоводопроницаемых местных грунтов сезоннооттаивающего слоя и/или карьерных грунтов, а геомембрана экрана до уровня своей на участке грунтовой плотины верхней кромки водонепроницаемо сопряжена с геомембраной головной части открытого водосброса.1. A hydroelectric facility on permafrost soils, including a soil dam creating on the watercourse of a reservoir equipped with an anti-filtration device and a freezing system, the cooling elements of which are located in the soil of the soil dam base, and an open spillway made between the dull parts of the soil dam in the form of a gabion structure enclosed from below and from the sides into a waterproof geomembrane of polymer material, characterized in that the anti-filtration device of the soil dam consists of screen and ponas made with a waterproof geomembrane made of a polymeric material, and the cooling elements of the freezing system are located in the soils of the base of the lower prism of the soil dam above the upper boundary of the permafrost soils and provide freezing of the soil of the seasonally thawing layer and the channel talik of the watercourse at a given section of the soil dam, while the underlying layer the ponura is formed from weakly permeable local soils of the seasonally thawing layer and / or quarry soils, and the screen geomembrane is up to equal to its portion of a subsurface dam watertight upper edge interfaced with geomembrane head portion open spillway. 2. Гидроузел по п.1, отличающийся тем, что замораживающая система выполнена сезоннодействующей с принудительной циркуляцией холодного воздуха по охлаждающим металлическим трубам большого диаметра, обеспечивающего осмотр и ремонт этих труб изнутри, при этом входные участки охлаждающих труб расположены в грунтах руслового талика.2. The hydraulic system according to claim 1, characterized in that the freezing system is seasonally operated with forced circulation of cold air through large-diameter cooling metal pipes, providing inspection and repair of these pipes from the inside, while the inlet sections of the cooling pipes are located in the soil of the channel bed. 3. Гидроузел по п.1, отличающийся тем, что в пределах понура сильноводопроницаемые грунты сезоннооттаивающего слоя и в русловом талике заменены на слабоводопроницаемые грунты.3. The hydraulic unit according to claim 1, characterized in that within the ponur, the highly permeable soils of the seasonally thawing layer and in the channel talik are replaced by weakly permeable soils. 4. Гидроузел по п.1, отличающийся тем, что он содержит на каждом от водотока склоне мерзлотную насыпь, образующую над многолетнемерзлыми грунтами нагорную канаву, которая круглогодично обеспечивает перехват со склона поверхностного стока, а из сезоннооттаивающего слоя - грунтового стока и отводит эти стоки в водохранилище за пределы понура и/или в нижний бьеф грунтовой плотины.4. The hydraulic unit according to claim 1, characterized in that it contains a permafrost embankment on each slope from the watercourse, forming a upland ditch over permafrost soils, which intercepts the surface runoff from the slope all year round, and the ground runoff from the seasonally thawing layer and discharges these runoff to reservoir beyond the limits of ponur and / or downstream of the earth dam. 5. Гидроузел по п.1, отличающийся тем, что под понуром в талых грунтах выполнена, по меньшей мере, одна канава, которая расположена вдоль свободной кромки геомембраны в непосредственной близости от нее и заполнена кольматантом, способным осуществить под понуром кольматаж талых грунтов.5. The hydraulic unit according to claim 1, characterized in that at least one ditch is made under the melt in the melt soils, which is located along the free edge of the geomembrane in the immediate vicinity of it and is filled with mudding, capable of carrying out the clogging of melt soils under the melt. 6. Гидроузел по п.1, отличающийся тем, что в теле верховой призмы плотины на заданном уровне выполнена продольная трубчатая дрена, ограничивающая максимальный уровень грунтовой воды перед промороженной низовой призмой грунтовой плотины.6. The hydraulic unit according to claim 1, characterized in that in the body of the upper prism of the dam at a predetermined level, a longitudinal tubular drain is made, limiting the maximum level of groundwater in front of the frozen lower prism of the soil dam. 7. Гидроузел по п.2, отличающийся тем, что размер внутреннего диаметра трубы более 1,2 метра.7. The hydraulic unit according to claim 2, characterized in that the size of the inner diameter of the pipe is more than 1.2 meters. 8. Гидроузел по п.3, отличающийся тем, что по мере удаления в сторону верхнего бьефа от грунтовой плотины водопроницаемость грунтов подстилающего слоя понура и руслового талика водотока уменьшается.8. The hydropower facility according to claim 3, characterized in that as it moves away to the upstream from the soil dam, the permeability of the soils of the underlying layer of the ponur and channel talik of the watercourse decreases. 9. Гидроузел по п.4, отличающийся тем, что нагорная канава содержит гидравлически сообщенную с сезоннооттаивающим слоем водоприемную призму, в которой размещена выполненная из полиэтилена с перфорацией отводящая труба.9. The hydraulic unit according to claim 4, characterized in that the upland ditch contains a water receiving prism hydraulically connected with a seasonally thawing layer, in which a discharge pipe made of polyethylene with perforation is placed. 10. Гидроузел по п.5, отличающийся тем, что в качестве кольматанта использован микродисперсный (нанодисперсный) диоксид кремния и/или его модификации и состоящий в основном из частиц крупностью от 5 до 80 нм.10. The hydraulic unit according to claim 5, characterized in that micro-dispersed (nanodispersed) silicon dioxide and / or its modification and consisting mainly of particles with a particle size of 5 to 80 nm are used as a co-fluid. 11. Гидроузел по п.5, отличающийся тем, что в качестве кольматанта использован криогель, полученный из растворов полимеров, и снижающий водопроницаемость грунтов при его проникновении в грунты, и упрочняющий их при замораживании-оттаивании. 11. The hydraulic unit according to claim 5, characterized in that a cryogel obtained from polymer solutions is used as collimant, and it reduces the water permeability of soils when it penetrates into soils, and hardens them when freezing and thawing.
RU2010102557/21A 2010-01-26 2010-01-26 Water engineering system on permafrost soils RU2416692C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010102557/21A RU2416692C1 (en) 2010-01-26 2010-01-26 Water engineering system on permafrost soils

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010102557/21A RU2416692C1 (en) 2010-01-26 2010-01-26 Water engineering system on permafrost soils

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2416692C1 true RU2416692C1 (en) 2011-04-20

Family

ID=44051375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010102557/21A RU2416692C1 (en) 2010-01-26 2010-01-26 Water engineering system on permafrost soils

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2416692C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102561271A (en) * 2012-01-11 2012-07-11 河海大学 Polymer grout injected earth-rock dam and construction method thereof
RU2498007C1 (en) * 2012-04-13 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации" Reserve spillway of earth dam
CN103397617A (en) * 2013-07-24 2013-11-20 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 Extrusion-wall type geomembrane-faced rockfill dam

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102561271A (en) * 2012-01-11 2012-07-11 河海大学 Polymer grout injected earth-rock dam and construction method thereof
CN102561271B (en) * 2012-01-11 2015-04-08 河海大学 Polymer grout injected earth-rock dam and construction method thereof
RU2498007C1 (en) * 2012-04-13 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации" Reserve spillway of earth dam
CN103397617A (en) * 2013-07-24 2013-11-20 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 Extrusion-wall type geomembrane-faced rockfill dam
CN103397617B (en) * 2013-07-24 2016-06-15 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 Extruding wall-geomembrane face dam

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bhattacharya Artificial ground water recharge with a special reference to India
Baba et al. Developments in water dams and water harvesting systems throughout history in different civilizations
CN106087953B (en) A kind of drainage and construction method for preventing and treating mountain area large size spoil ground mud-rock flow
Wassmer et al. Effects of the internal structure of a rock–avalanche dam on the drainage mechanism of its impoundment, Flims sturzstrom and Ilanz paleo-lake, Swiss Alps
US11274408B2 (en) Flood mitigation system
Abdullah et al. Irrigation projects in Iraq
RU2416692C1 (en) Water engineering system on permafrost soils
Fahlbusch Early dams
RU2390605C1 (en) Method for phased complex engineering protection of general planning embankment
Saxena et al. Dams: Incidents and accidents
RU2374387C1 (en) Water-engineering system on perpetually frozen soils
CN106836243A (en) A kind of sponge greenery patches of suitable mountain topography and its building method
Mishra et al. Liquefaction at mouth of the River Devi: An amphidromic point in the Mahanadi delta, India
RU2418134C1 (en) Water-engineering system at watercourse of seasonal action under conditions of permafrost soils, cooling unit and method to operate water-engineering system
CN107816031A (en) The method for fixing moving dunes using the deposit of high sand-containing flood
Carey Icing occurrence, control and prevention: an annotated bibliography
MANEA et al. Anthropogenic Changes on Landforms in the Upper and Middle Sectors of Strei basin
RU2249072C1 (en) Method for complex multilayer engineering protection of territory to be developed against underflooding
RU2331732C2 (en) Cleaning method for beds of minor rivers in permafrost zone to remove bottom sediments contaminated with radionuclides
RU2785656C1 (en) Thaw-type embankment dam on a permafrost foundation
RU2424397C1 (en) Waterworks facility at waterway of seasonal action under conditions of permafrost soils
RU2640832C1 (en) Method for erecting earth dam
Atwood ... Relation of Landslides and Glacial Deposits to Reservoir Sites in the San Juan Mountains, Colorado
Willardson et al. North Fork Matilija Creek: A model for environmentally nuanced restoration projects
Walker et al. PART 4: TOUR OF THE COLVILLE RIVER DELTA.