ВОДНАЯ ЭНЕРГИЯшие уклоны совпадают с ббльшими расходами воды в данной реке. Приведенные выше общие соображения могут быть иллюстрированы на частном примере. На рис. 2 представлены три кривые: кривая уклонов, кривая расходов (при условии постоянства их в данном сечении реки) и кривая удельной энергии (см. ниРис. 2. же) . Из рассмотрения этой кривой ясно, что лучшими местами для использования реки являются участок реки возле точки М и второй — возле А". Места М nN вместе с тем указывают, что обычно имеются два наивыгоднейших района для утилизации: район высоконапорный, с малыми расходами, и район средних напоров, с большими расходами. Обычно утилизуется река в своих наиболее выгодных участках, и напоры тем или другим способом концентрируются на концах этих участков.
Энергия потока на данном участке реки, имеющем падение h и расход в секунду Q, может быть выражена формулой a = ahQ, где а — постоянный коэффициент. Если разделить это выражение на длину участка I, то удельная энергия потока на единицу его длины может быть определена по формуле:
b=y=ajQ=aiQ,
где г — уклон реки. Энергия элементарного участка реки dl тогда будет равна bdl — aiQdl, а полная энергия длины I реки при постоянном расходе Q равна I I A=§bdl fidl. о
о Но обычно расход Q непостоянен, как мы видели выше, и зависит от времени и от места на реке. Если обозначить секундный приток воды в реку с бассейна, на единицу ее длины, через q, то окончательное значение энергии потока в том или другом его месте, на расстоянии Ц от истока, за любой период времени использования t и при используемом участке реки любой длины I, выразится интегралом: t I Ь A = aJ’J* fiqdtdldlr ООО Однако, вычисление этого интеграла в общей форме невозможно, т. к. можно лишь очень условно найти законченное математическое выражение для уклона как функции расстояния и для расхода как функции времени. Поэтому к решению проблемы приходится подходить косвенными приемами.
В том месте, где предполагается использовать напор, располагаются главнейшие сооружения установки. Эти места должны отвечать условиям прочности и надежности необходимых сооружений; вместе с тем они предопределяют и тип самых сооружений.
Здесь главнейшими данными являются результаты геологического изучения дна и берегов реки. Особое внимание при этом обращается на прочность пород, на к-рые опираются сооружения, и на устойчивость этих пород, а также на их водоносность. Перед составлением всякого проекта гидростанции делаются весьма тщательные геологические исследования, для того чтобы иметь совершенно точные данные о петрографическом типе пород: о характере их залегания, о характере трещиноватости и водопроницаемости. Геологические условияопределяют в значительной части и стоимость всех сооружений. Дороговизна постройки нашей Волховской станции и недавно законченной в Америке установки Muscle Shoals объясняется отчасти тем, что та и другая расположены на трещиноватых слабых известняках, пропитанных водой.
Особо внимательного изучения требуют известняки, т. к., кроме обычной слоистости и трещиноватости, они подвержены растворению и размыванию водой, иногда образующему особые формы рельефа — т. н. карст (см.), получающие местами чрезвычайно мощные формы развития. Столь же важно установить характер грунтовых вод, глубину их залегания, мощность водоносных горизонтов, напор, дебет и пр. Целый ряд катастроф гидротехнических сооружений произошел от недостаточного знания геологических условий залегания пород и в особенности от недостатка знаний в области гидрогеологии. Эта область явлений в наст, время стала объектом инженерной геологии, получившей в Европе и Америке широкое развитие. В заключение надо охарактеризовать еще два явления, свойственные рекам, требующие изучения при проектировании: лед и наносы. Речной лед проявляется обычно в двух формах — поверхностного и донного льда. Поверхностный лед образует иногда мощные напластования на поверхности воды и в зависимости от климата и характера речного ложа может ставить ряд строительных задач большей или меньшей, трудности. Прежде всего, конечно, важна толщина ледяного покрова, а отсюда — и те давления, которые дает ледяное поле на сооружение.
Иногда толщина ледяного покрова достигает настолько большой величины, что при весеннем таянии движение льда может создать весьма большие затруднения для сооружений. Такие явления наблюдаются на многих наших сибирских реках. Имеет также значение направление рек. В Сев. полушарии реки, текущие на Ю., имеют обычно менее опасные ледоходы, чем реки, текущие в обратном направлении. На последних (напр., на Сев. Двине) лед в истоке тает раньше, чем в устьи, ледоход имеет нагромождающийся характер, проходит быстро и может создать ряд затруднений при постройке и эксплоатации гидротехнических сооружений. Донный лед образуется при переохлаждении воды и скопляется обычно на выступающих частях дна, а также на многих элементах сооружений, — напр., на решетках турбин. Часто приходится принимать ряд мер для предохранения от льда отдельных частей сооружений (снимание решоток, обогревание их электрическим током и т. п.). Наносы передвигаются рекой или во взвешенном состоянии или влекутся по дну. Для многих водохранилищ наносы играли решающую роль в работе сооружений, т. к. уже через несколько лет резервуары были занесены совершенно (так было занесено несколько водохранилищ в Алжире). Борьба с наносами очень трудна.
Только большие водохранилища, объем которых значительно превышает ежегодное количество переносимых рекой наносов,
