Вода – источник энергии для гидроэлектростанции, но она же является основным фактором, влияющим на ее безопасность. Одна из главных проблем связана со способностью воды просачиваться через сооружения ГЭС или рядом с ними. При неконтролируемом развитии фильтрация способна причинить немало бед, в частности она может попросту размыть грунтовую плотину или грунт под бетонными сооружениями. Поэтому еще на этапе проектирования ГЭС борьбе с фильтрацией уделяется очень серьезное внимание.
Важно отметить, что абсолютная защита от фильтрации является задачей невыполнимой, да и не очень нужной. Крайне трудно сделать сооружения абсолютно водонепроницаемыми, а грунты основания и берегов сделать таковыми практически невозможно. Поэтому при проектировании гидроэлектростанции ставится задача снижения фильтрации до незначительных величин, которые не влияют на безопасность эксплуатации гидротехнических сооружений.
Конкретный набор противофильтрационных мероприятий сильно зависит от конструкции плотины и геологических условий. Что они могут в себя включать?
Если запроектирована грунтовая плотина, то в подавляющем большинстве случаев ее конструкция включает в себя противофильтрационный элемент из материалов с низкой водопроницаемостью. Такой элемент может быть реализован в виде ядра в центре плотины (обычно, из суглинка), диафрагмы (стенки из асфальта, железобетона, металлического шпунта и т.п.). Другой вариант - устройство экрана на верховой грани плотины. Материалы экрана тоже очень разнообразны – это могут быть те же суглинки, железобетон, различные геосинтетические материалы. Исторически применялись даже экраны из нержавеющей стали и дерева. Без противофильтрационного элемента сооружены из песка плотины ряда ГЭС на Волге – благодаря их огромной ширине в сотни метров, фильтрация через них незначительна.
Если ГЭС построена на водопроницаемых грунтах, перед ее сооружениями (обычно, бетонными) устраивается понур. Это слой (или несколько слоев) из водонепроницаемых материалов, отходящий от сооружений вверх по течению на десятки метров. Его задача – удлинить путь фильтрации (а значит, и снизить ее интенсивность), а также предотвратить размыв на контакте сооружений и грунта.
Для снижения фильтрации через основание и берега применяются противофильтрационные завесы, о которых мы уже подробно рассказывали. Это скважины, в которые под давлением закачиваются затвердевающие составы, заполняющие пустоты и трещины.
Ну и наконец, ту воду, которая все-же профильтровалась, централизованно собирают и отводят от сооружений при помощи дренажной системы. Это необходимо для снижения давления воды на сооружения, а также предотвращения размыва грунта. В грунтовых плотинах дренаж чаще всего располагается там, где заканчивается ее низовая грань, хотя в ряде случаев его размещают и в теле плотины. Он устраивается из различных легко фильтрующих материалов – камня, галечника, щебня, крупного песка. Для отвода собранной воды используются трубы или дренажные канавы.
В бетонных плотинах устраивают специальные галереи с дренажными канавками, в которые собирается профильтровавшаяся вода. Эти же галереи используются также для размещения контрольно-измерительной аппаратуры, и, при необходимости, для проведения ремонтных работ.
