// //
Дом arrow Научная литература arrow Водозаборные сооружения arrow ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

 

 

 

 

Г.И. Благодарная

 

ВОДОСНАБЖЕНИЕ

 

РАЗДЕЛ "ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ"

 

Конспект

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харьков – ХНАГХ – 2006


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

 

 

 

 

 

 

 

 

Г.И. Благодарная

 

ВОДОСНАБЖЕНИЕ

РАЗДЕЛ "ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ"

(Конспект лекций для студентов 3-5 курсов дневной и заочной форм обучения, экстернов и иностранных студентов специальности 7.092600 ²Водоснабжение и водоотведение²)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харьков – ХНАГХ – 2006


Водоснабжение. Раздел "Водозаборные сооружения". (Конспект лекций для студентов 3-5 курсов дневной и заочной форм обучения, экстернов и иностранных студентов специальности 7.092600 ²Водоснабжение и водоотведение²).

Сост.: Благодарная Г.И. – Харьков: ХНАГХ, 2006. -  115 с.

 

 

 

 

 

Печатается по решению Ученого совета академии, протокол №12 от 30.08.2006 г.

 

 

 

 

 

 

 

Рецензент: д.т.н., проф. С.С. Душкин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ó Г.И. Благодарная, ХНАГХ, 2006


ВВЕДЕНИЕ

Конспект лекций написан в соответствии с программой курса ²Водоснабжение² и учебным планом для студентов дневной, заочной форм обучения, экстернов и иностранных студентов специальности 7.092600 ²Водоснабжение и водоотведение². В конспекте рассматриваются типы водозаборно-очистных сооружений и устройств, применяемых в системе водоснабжения. Изложены материалы по технологиям и сооружениям водозабора из поверхностных и подземных вод с акцентом на их потенциальные водоочистные функции, их устройство, расчет. Описаны широко применяемые в практике водоснабжения и орошения водоприемные ковши-отстойники и фильтрующие оголовки, сетчатые и гидроциклонные установки, а также менее известные сооружения. Приведены данные об эффективности наливных водоемов, каналов и биоплато с высшей водной растительностью: биореакторов с носителями прикрепленных микроорганизмов, размещаемых в русле водотоков и в приемных отделениях насосных станций первого подъема, а также водозаборно-очистных сооружений с плавающим фильтрующим слоем. Также содержатся вопросы для самопроверки, необходимые при самостоятельной работе студентов при изучении курса.

В конспекте изложен опыт работы водопроводно-канализационного хозяйства Украины. При этом автор не только обобщал и систематизировал материал, но и широко использовал опыт изучения курса в других высших учебных заведениях Украины, в частности, Донбасской национальной академии строительства и архитектуры, Одесской государственной академии строительства и архитектуры и Санкт-Петербургского государственного университета путей сообщения и др.

Конспект лекций предназначен для студентов 3-5 курсов высших учебных заведений, которые готовят специалистов в области водоснабжения, канализации, рационального использования и охраны водных ресурсов.

Конспект может быть использован как при традиционных способах обучения, так и как элемент системы дистанционного обучения. Для освоения курса, помимо прослушивания лекций, участия в практических занятиях, изучения настоящего конспекта, студент должен выполнить курсовой проект водозаборных сооружений, включающий расчет и конструирование водозабора из поверхностного источника, а также расчет сооружений из подземного источника.


1. ИСТОЧНИКИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Природные источники делят на две основные группы:

- поверхностные источники,

- подземные источники.

Особое место занимают атмосферные воды – это атмосферные осадки, которые собирают в искусственных сооружениях, например, резервуарах- цистернах (такие источники долго использовались в Одессе, когда еще не было централизованного водоснабжения). В пустынных аридных зонах могут накапливаться дождевые воды, в северных районах используют растопленные снег и лед.

К поверхностным источникам относят

- водотоки - реки, каналы,

- водоемы - озера, водохранилища, пруды, моря.

Достоинства поверхностных источников заключаются в следующем:

- можно забирать много воды;

- доступность, небольшие затраты на подачу воды;

- минимальное содержание солей и низкая жесткость.

Их недостатки:

- загрязнены (в особенности бактериально);

- колебания температур и качества по периодам года;

- не защищены при чрезвычайных ситуациях и экологических катастрофах.

Классификация подземных источников подробно рассмотрена в главе 20.

Подземные воды по сравнению с поверхностными источниками имеют ряд существенных преимуществ:

- высокая степень чистоты, в том числе бактериальной;

- постоянство температур и других показателей и поэтому наилучшим образом отвечают требованиям технологии многих промышленных производств;

- санитарная надежность;

- защищенность от факторов массового поражения.

Их недостатки:

- затраты на подъем воды;

- ограниченный дебит;

- глубокое залегание (труднодоступность);

- содержат железо, соли, имеют повышенную жесткость.

Подземные воды обычно надежнее в санитарном отношении и являются наиболее приемлемыми источниками хозяйственно- питьевого водоснабжения.


2. ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

 

Выбор водоисточника регламентируется "Правилами выбора и оценки качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения".

Для грамотного выбора источника водоснабжения проводятся топографические, гидрологические (для поверхностных вод), гидрогеологические (для подземных вод), химико-санитарные изыскания.

Согласно "Правилам..." проводится обследование поверхностных источников, которое включает:

•            гидрологические и гидрометрические данные (режим стока, расходы, сроки ледостава);

•            санитарную характеристику местности (почвы, леса, сельхозугодий, населенных пунктов, предприятия, сбросы сточных вод, судоходство, лесосплав);

•         характеристику самоочищающей способности источника.

Основные требования при выборе источника водоснабжения:

1. Обеспечение необходимых потребителю расходов воды с учетом перспективного развития объектов.

2. Заданная степень надежности снабжения водой потребителей.

3. Обеспечение качества воды, наилучшим образом соответствующей требованиям потребителей, либо позволяющей достичь такого качества после очистки.

4. При отборе воды из поверхностного источника ниже места отбора должен быть обеспечен гарантированный расход воды, необходимый для удовлетворения потребностей ниже расположенных населенных мест, предприятий, сельского хозяйства, рыбного хозяйства, судоходства и т.п.

5. Отбор воды из источника не должен ухудшать экологическую обстановку. 

6. Экономические требования – минимальные затраты при строительстве и эксплуатации.

Помимо указанных требований для правильного выбора источника следует учитывать такие факторы:

1.     Расходный режим и водохозяйственный баланс источника с прогнозом на 15-20 лет.

2.     Качественную характеристику воды в источнике и прогноз возможного ее изменения.

3.     Качественные и количественные характеристики наносов и сороа, их режим перемещения.

4.     Устойчивость берегов.

5.     Наличие вечномерзлых грунтов.

6.     Возможность промерзания и пересыхания источника.

7.     Наличие снежных лавин и селевых явлений, а также других стихийных явлений.

8.     Осеннее зимний режим источника и характера шуголедовых явлений в нем.

9.     Колебание температуры воды в источнике по месяцам года на различной глубине.

10.Характер прохождения весеннее летних паводков.

При наличии нескольких возможных источников водоснабжения выбор производится путем технико-экономического сравнения вариантов.

         При выборе в качестве источника водоснабжения поверхностных вод обеспеченность их среднемесячных или среднесуточных расходов, а также максимальных и минимальных уровней воды должна приниматься в зависимости от требований надежности подачи воды соответственно характеристике водопотребителей по данным, приведенным в таблице.

Обеспеченность расходов и уровней поверхностных источников

в зависимости от требований бесперебойности подачи воды потребителю

Категория надежности подачи воды

Обеспеченность среднемесячных или среднесуточных расходов воды, %

Расчетная обеспеченность уровней воды, %

максимальный

минимальный

І

95

1

97

ІІ

90

2

95

ІІІ

80

3

90

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения в первую очередь принимают подземные артезианские воды (см. 20), а для технических нужд их можно использовать только при обосновании.

У одного потребителя может быть несколько источников.

Соответственно типу водоисточника водозаборы также делятся на поверхностные и подземные.

Контрольные вопросы

1. Какие источники водоснабжения Вам известны? Достоинства и недостатки.

2. Требования при выборе источника. Факторы, учитываемые при выборе.

 

3. КЛАССИФИКАЦИЯ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ

ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Водозаборные сооружения – это сложный гидротехнический комплекс, предназначенный:

- обеспечить с необходимой надёжностью забор расчётного расхода воды и подачу его потребителю;

- защитить систему водоснабжения от попадания в неё сора, планктона, наносов, льда и т. п.;

- защитить молодь рыбы от попадания в водоприёмник.

Водозабор - комплекс сооружений, включающий водоприемник, колодец, насосную станцию первого подъема. В настоящем издания принята следующая терминология: водоприемником называется часть водозаборного сооружения, служащая для непосредственного приема (забора) воды из источника. При определенной компоновке водоприемного узла понятия  водоприемника и водозабора могут совмещаться.

Водоприемные сооружения входят в число головных сооружений водопроводов и определяют надежность работы всей системы. Водоприемники вторгаются в природную водную среду, и их работа не должна наносить вред природе.

Водозаборные сооружения должны быть рассчитаны на эксплуатацию в обычных, а также редко повторяющихся условиях при следующих возможных осложнениях:

- максимальном и минимальном уровнях воды в источнике с обеспеченностью от 90 до 97 %;

- образование внутриводного льда и шуги; транспортирование наносов, сора, топляков;

- судоходство, лесосплав, регулирование стока на ГЭС, отбор воды для других целей;

- переформирование русла и побережья;

- волнение, нагон сора и льда;

- развитие ракушки, планктона, водорослей и т. п.

При этом водозаборы должны быть:

- достаточно просты конструктивно;

- не вызывать затруднений при эксплуатации;

- экономичны;

- надёжны.

Следует отметить, что требования простоты конструкции и экономичности находятся в противоречии с требованием надёжности. Так, для обеспечения надёжной работы в перечисленных выше условиях необходимо строить более сложные сооружения. Способ решения проблемы – технико-экономическое сравнение нескольких вариантов.

Сооружения для забора вод из поверхностных источников разделяют следующим образом:

- по типу водоёма: речные; водохранилищные; озёрные; морские и канальные;

- по назначению: хозяйственно-питьевые; производственные (технические); оросительными.

- по длительности периода эксплуатации: постоянные; временные.

- по производительности:

малые – до 1 м3/с;

средние – 1-6 м3/с;

большие – более 6 м3/с.

- по категории надёжности подачи воды:

а) первой категории – не допускается перерыв в подаче, возможно снижение расхода на 30% сроком до 3-х суток;

б) второй категории – допускается перерыв в подаче воды до 5 часов, возможно снижение расхода на 30% сроком до одного месяца;

в) третьей категории – допускается перерыв в подаче воды до 24 часов, возможно снижение расхода на 30% сроком до одного месяца.

- по компоновке основных сооружений:

                  совмещённые (всё в одном сооружении);

                  раздельные;

                  комбинированные.

- по месту расположения водоприёмника: береговые; русловые.

- по характеру подвижности: стационарные; фуникулёрные; плавучие.

Наибольшее распространение получили береговые и русловые водозаборы. У береговых водозаборов водоприёмные отверстия всегда доступны для обслуживания, что важно для обеспечения бесперебойной подачи воды. У русловых водозаборов водоприёмные отверстия находятся на некотором расстоянии от берега. Они не всегда доступны для обслуживания, особенно в период ледостава и ледохода. Поэтому по надёжности подачи воды береговые водозаборы на категорию выше, чем русловые.

4. ВЫБОР МЕСТА И ТИПА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОЗАБОРОВ

При выборе места расположения, типа и конструктивной схемы водозаборных сооружений необходимо учитывать:

         - назначение водозабора и предъявляемые к нему требования;

         - наличие в источнике необходимых глубин для размещения водозабора;

          - качество воды в источнике должно соответствовать санитарным требованиям; возможность организации зон санитарной охраны.

         - требования надёжности и бесперебойности подачи воды потребителю;

         - требования судоходства и органов рыбоохраны;

         - гидрологические, топографические, геологические, гидрогеологические условия;

         - условия строительства сооружений и их последующей эксплуатации и перспективы водохозяйственных мероприятий на данном водоисточнике;

          - возможность наиболее простого и экономичного способа забора воды.

При выборе места расположения  водозабора должен составляться и учитываться прогноз:

         - качества воды в источнике;

         - руслового процесса;

         - ихтиологической обстановки;

         - гидротермического режима.

Не допускается расположение водоприёмника водозабора:

         - в пределах зон движения судов;

         - в зоне отложения донных наносов;

         - в местах зимовья и нереста рыб;

         - на участках возможного разрушения берега;

         - в местах скопления водорослей;

         - на участках возникновения шугозажоров, заторов и перемерзания водотока;

          - на участках нижнего бьефа ГЭС, непосредственно прилегающих к гидроузлу;

          - в зоне оползней;

         - в верховьях водохранилищ;

         - на участках, расположенных ниже устьев притоков рек и в устьях подпёртых рек.

Место забора воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения должно приниматься выше по течению водотока:

         - выпусков сточных вод (с учетом возможного подпора и нагона воды против течения);

         - населённых пунктов (с учетом перспективы развития);

         - расположенных на берегу кладбищ и скотомогильников;

         - стоянок судов;

         - оврагов, ручьев, островов, балок;

         - и ниже притоков с большим количеством наносов;

- товарно-транспортных баз и складов, лесных бирж и т.п.

КонспектНа реках с лёгкими шуголедовыми условиями наиболее благоприятными для размещения водозабора являются участки вогнутого берега реки в зоне наибольших глубин русла (рис. 4.1). При этом предусматриваются мероприятия по сохранению и укреплению берегового откоса.

На реках с тяжёлыми шуголедовыми условиями наиболее благоприятными для размещения водозабора являются сравнительно прямолинейные участки, суженные участки реки с наибольшими глубинами либо участки сразу за излучинами.

Во всех случаях большие глубины являются благоприятным фактором для устройства водозабора, так как в этом случае повышается эффективность методов борьбы со льдом, наносами и тому подобное.

На выбор типа влияют следующие факторы;

•         категория надежности подачи воды;

•         забираемые расходы воды,

•         показатели качества;

•         гидрологические характеристики (глубины воды, уровни и их колебания, ледовые условия, скорости воды, рельеф);

•         геологические характеристики;

•         назначение водотока или водоема (лесосплав, рыборазведение, водный транспорт, ГЭС);

•         тип насосов.

Выбор типа водозабора производится по табл. 13 СНиП 2.04,02-84 в соответствии с природными условиями приема воды, определяемыми по табл. 12 СНиП.

На морях, крупных озерах и водохранилищах рекомендуется избегать:

•         мест резких изломов берега;

•         зон прибоя;

•         мест скопления плавника и водорослей.

Контрольные вопросы

1. Назначение водозаборных сооружений. Условия эксплуатации.

2. Какие бывают типы водоприемных сооружений для забора поверхностных вод?

3. Классификация водозаборных сооружений из поверхностных источников.

3. Требования при выборе места расположения водозаборных сооружений.

4. Факторы, влияющие на выбор типа и конструктивной схемы водоприемных сооружений.

5. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ВОДОПРИЕМНЫХ

СООРУЖЕНИЙ БЕРЕГОВОГО ТИПА

Береговые сооружения проектируются при высоком крутом береге реки, наличии больших глубин у берега, высоких требованиях к надежности забора и подачи воды и при значительных колебаниях уровней воды.

Водозабор может быть расположен непосредственно у берега (при колебании уровней до 10 м), выдвинут в русло и соединён с берегом дамбой (при колебании уровней более 10 м) или вдвинут в берег и соединён с рекой каналом или ковшом (при незначительных глубинах реки и тяжёлых шуголедовых условиях).

Они представляют собой массивные колодцы, располагаемые на берегу, принимающие воду непосредственно из источника водоприемными окнами.

Колодец водозабора устраивается из монолитного железобетона и может выполняться следующими способами:

·        в осушенном котловане, огражденном перемычками от реки и шпунтами от берега;

·        при скальных породах, плотных глинах, сланцах – в котловане, но без шпунтов;

·        опускным способом (в песках, супесях) с предварительной насыпью, защищенной от размыва;

·        методом "стена в грунте";

·        кессонными подводными работами (для очень крупных водозаборов).

При опускном способе форма колодца в плане круглая - при этом будет минимальная площадь поверхностей трения стенок о грунт. При других способах строительства колодцы устраиваются квадратными, прямоугольными или сложной формы в плане со скруглениями для обтекания водой, льдинами. Для надежности колодец разбивается глухой перегородкой не менее чем на две секции, при выходе из строя одной из них вторая должна обеспечить прием не менее 70% полной производительности водозабора.

В общем случае береговой водозабор (рис. 5.1) представляет собой железобетонную камеру шахту 1 прямоугольной, круглой или овальной формы в плане. Наиболее широко используется круглая форма, которая наиболее удобна при сооружении водозабора опускным способом. В скальных грунтах для водозаборов большой производительности (более 6 м3/с) может применяться прямоугольный колодец.

КонспектДля обеспечения бесперебойности работы,  для периодической очистки и ремонта без прекращения подачи воды водоприемный колодец 1 должен быть разделен продольной перегородками на несколько (не менее 2) параллельно работающих секций. Часто число секций принимается равным числу устанавливаемых насосов или количеству всасывающих трубопроводов. Колодец также делится перегородкой на два отделения: водоприёмное и водозаборное (всасывающее) . В передней, обращённой к реке, стене водоприёмного отделения имеются водоприёмные окна 2, с установленными в них решётками для задержания крупных предметов (брёвна, щепки и т. п.).

Для забора из реки наиболее чистой воды окна располагают как можно ближе к поверхности воды, но не настолько, чтобы в них попадали плывущие по поверхности загрязнения. Поэтому, при значительных колебаниях уровней воды в реке окна устраивают в несколько ярусов (обычно два яруса). При заборе воды через нижние окна верхние окна закрывают щитами (аналогично поступают при заборе воды через верхние окна), которые предотвращают попадание загрязнённой воды в водозабор. Водоприёмные окна 2 с решётками и водоприёмное отделение образуют водоприёмное устройство (водоприёмник), которое постоянно доступно для обслуживания, что гарантирует бесперебойную работу.

КонспектДля наблюдения за состоянием реки и обслуживания решёток с наружной стороны колодца устраивается балкон 3.

Для обеспечения необходимой надежности степени подачи воды в систему береговой колодец делится на две секции (рис. 5.2), которые могут работать вместе либо раздельно. При этом появляется возможность вывести из работы одну из секций при аварии или для ремонта.

Между водоприёмным и водозаборным отделениями имеется окно с сеткой 4. Сетка обеспечивает предварительную очистку воды (мелкий мусор, водоросли, мелкая рыба и т. п.). При лёгких условиях забора воды до производительности 1 м3/с применяются плоские съёмные сетки. Для других условий (средние или тяжелые) их применение ограничено. При производительности более 1 м3/с и в более сложных условиях водозабора применяются вращающиеся сетки. Дно водоприёмного отделения выполняется с уклоном в сторону приямка 5, который служит для сбора мелкого мусора, прошедшего сквозь решётки. Из приямка 5 этот мусор удаляется эжектором 6 за пределы водозаборного сооружения. Для работы эжектор подключается к напорному трубопроводу насосной станции первого подъёма 7. В верхней части берегового колодца выделяется помещение, в котором размещается оборудование для управления водозабором. Там же располагается подъёмно - транспортное оборудование 10 для подъёма решёток и сеток, а также устройство для промывки сеток 11.

 

6. КОМПОНОВКА ВОДОЗАБОРА БЕРЕГОВГО ТИПА

Насосная станция может быть совмещена с береговым колодцем или располагаться в отдельном здании. Совмещение берегового колодца и насосной станции в одно сооружение существенно упрощает обслуживание водозабора, повышает надёжность его работы, является практически необходимым в случае применения насосов с малой высотой всасывания и при значительной амплитуде колебаний уровней воды в реке. Однако, при слабой несущей способности береговых грунтов (пески, супеси, суглинки) насосную станцию и береговой колодец необходимо строить раздельно.

КонспектСхема а. Насосная станция совмещена с береговым колодцем.

Применяется:

- при прочных грунтах дна, при сложении берега из скальных пород (скала, известняк и т.п.).

- при большой амплитуде колебания уровней воды в реке (разности минимальной и максимальной отметок воды) - более 6 м;

при большой производительности водоприемника.

Принципиально водозаборы берегового типа могут быть выполнены по следующим схемам.

КонспектСхема б. Насосная станция и береговой колодец разделены.

Применяется при условиях:

- сложение берега из рыхлых или неоднородных грунтов;

- использование насосов с допустимой высотой всасывания более 3-4 м;

- производительности до 1 м3/с.

Схема в. Насосная станция примыкает к береговому колодцу.

Конспект

Применяется при условиях:

- незначительные колебания уровней воды в реке;

- использование насосов с допустимой высотой всасывания не более 3-4 м или при необходимости установки насосов под залив;

- небольшой глубине берегового колодца.

КонспектСхема г. Насосная станция совмещена с береговым колодцем.

Применяется при условиях:

- значительные колебания уровней воды в реке (7-10м);

- большой глубине берегового колодца;

- насосная станция оборудуется вертикальными насосами или насосами для забора воды из скважин.

         Совмещенные водозаборы удобны с точки зрения эксплуатации (все оборудование находится в одном месте). Они более экономичны и больше распространены на практике. Совмещенная компоновка не рекомендуется при неустойчивых грунтах, так как вибрация насосных агрегатов может вызвать крен берегового колодца.

Для удешевления строительства водозабора можно:

1) применить вертикальные насосы (или даже артезианские) с меньшими габаритами в плане (при этом не всегда можно подобрать требуемые по расчету насосы);

2) уменьшить заглубление насосной станции, что возможно только на скальных основаниях.

Раздельная компоновка позволяет защитить насосную станцию от затопления, уменьшает габариты берегового колодца, но при этом; насосы оказываются не под заливом; эксплуатирующий персонал разобщен; удлиняются всасывающие линии и растут потери напора в них.

При раздельной компоновке водозаборов насосная станция располагается по возможности ближе к береговому колодцу, но за пределами призмы обрушения. Всасывающие линии, пролегающие в зоне возможных деформаций грунтов, для облегчения ремонта рекомендуется располагать в галереях.

Возможно устройство прорезей в дне для обеспечения больших глубин. Их достоинство - доступность водоприемных отверстий, недостаток - более мутная вода у берега.

 

Конспект7. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙССТВА ВОДОПРИЕМНЫХ

СООРУЖЕНИЙ РУСЛОВОГО ТИПА

Водозаборные сооружения берегового типа (русловые водозаборы) проектируют при пологих берегах и дне реки, когда требуемые для приёма воды глубины находятся на значительном расстоянии от берега.

Состоят из трех основных элементов (рис. 7.1): водоприёмного устройства – оголовка 1, располагаемого непосредственно в русле реки или канала и удаленных от берега; береговых колодцев 4 и связывающих их самотечных (сифонных) линий 3. Обеспечивают при отсутствии специальных мероприятий только ІІ-ю и ІІІ-ю степень надежности забора воды. Для надежности колодец секционируется, устраивается не менее двух оголовков и самотечных линий.

КонспектОголовок предназначен для размещения водоприемных окон и закрепления в русле реки концов самотечных (сифонных) трубопроводов. Их размещают под уровень воды, поэтому они постоянно не доступны для обслуживания (особенно во время ледостава и ледохода), что при средних и тяжёлых условиях водозабора создаёт угрозу снижения производительности или прекращения поступления воды в водозабор. Забор воды в оголовок производится через решётку 2. Решётка предотвращает попадание в систему крупного мусора. Для защиты системы от попадания в неё рыбы на место решётки может быть установлена кассета из пористого материала. Из оголовка вода по самотечным (или сифонным) водоводам 3 поступает в водоприёмное отделение 5 берегового колодца 4. Из водоприёмного отделения вода через сетку 7 поступает в водозаборное отделение 6. Сетка обеспечивает предварительную очистку воды от мелких загрязнений (водоросли, мелкая рыба и т. п.). Из водозаборного отделения вода по всасывающим трубопроводам 8 откачивается насосами 9 насосной станции первого подъёма 10.

В береговом колодце (приемном отделении), как в отстойнике, выпадают из воды крупные взвеси, а по уровню воды в нем легко контролировать работу самотечных (сифонных) и всасывающих труб.

Как правило, затопленный водоприёмник соединяется с береговым колодцем самотечными водоводами. Однако, при большой глубине берегового колодца, устраиваемого в скальных или водонасыщенных грунтах, экономически целесообразно (из-за значительной стоимости земляных работ) устройство сифонных водоводов. Максимальная высота от НГВ до точки перелома сифонной линии - 8,0 м. Для запуска таких линий в работу требуется создание вакуума в верхней точке трубы. Зарядка сифона производится вакуумированием трубопровода вакуум-насосом. Надежность работы таких линий снижается, так как при образовании трещин, свищей, неплотностей стыков вакуум срывается и прекращается прием воды. Поэтому степень надежности приема воды русловыми водозаборами с сифонными линиями ниже на единицу, чем самотечными.

Самотечные или сифонные водоводы внутри берегового колодца оканчиваются задвижками или затворами.

Для надёжной работы руслового водозабора необходимо предусматривать промывку самотечных или сифонных линий. Обычно применяется обратная промывка подачей воды в эти трубопроводы из напорной линии насосов. Либо применяется импульсная промывка.

КонспектПри значительных колебаниях уровней воды в реке и широкой пойме русловые водозаборы могут иметь несколько оголовков и соединительных водоводов, расположенных в нескольких ярусах. Однако чаще в таких условиях устраивают комбинированные водозаборы (рис. 7.2).

Комбинированные водозаборы позволяют в наилучшей степени приспособить сооружения к профилю реки в выбранном створе и получить надёжное и вполне экономичное решение.

  

8. КОМПОНОВКА ВОДОЗАБОРА РУСЛОВОГО ТИПА

В зависимости от взаимного расположения берегового колодца и насосной станции русловые водозаборы бывают совмещённого и раздельного типа.

Принципиально водозаборы берегового типа могут быть выполнены по следующим схемам.

 

Схема А. Насосная станция разделена с береговым колодцем. Водоводы самотечные

Применяется при условиях:

- слабой несущей способности береговых грунтов (супесь, суглинок, песок);

- незначительной амплитуде колебаний уровней воды в реке (до 6-8 м);

- использование насосов с допустимой высотой всасывания более 3-4 м;

- производительности до 1 м3/с.

 

Конспект

Схема Б. Насосная станция разделена с береговым колодцем. Водоводы сифонные.

Применяется при условиях:

- скальных и полускальных грунтах берега (скала, известняк и т. п.);

- незначительной амплитуде колебаний уровней воды в реке (до 6-8 м);

- использование насосов с допустимой высотой всасывания более 3-4 м;

- производительности до 1 м3/с.

Конспект

Схема В. Насосная станция примыкает к береговому колодцу. Водоводы самотечные или сифонные.

Применяется при сложении берега из скальных и полускальных пород (скала, известняк и т. п.).

 

Конспект

Схема Г. С незатопляемым водоприёмником и с самотечными линиями.

Применяется для водоснабжения крупных и ответственных потребителей. Производит забор воды с нескольких горизонтов.

Конспект

Схема Д. Насосная станция совмещена с береговым колодцем. Насосы вертикальные марки А, АТН.

Применяется при условиях:

- большой глубине берегового колодца;

- значительной амплитуде колебаний уровней воды в реке (6-14м).

- берег и дно реки сложено нескальными породами;

- производительность до 1 м3/с.

Конспект

Схема Е. Насосная станция совмещена с береговым колодцем. Насосы вертикальные марки ЭЦВ.

Применяется при условиях:

- большой глубине берегового колодца;

- значительной амплитуде колебаний уровней воды в реке (6-14м).

- берег и дно реки сложено нескальными породами;

- производительность до 1 м3/с.

- насосная станция оборудуется вертикальными насосами.

Конспект

Для обеспечения необходимой степени подачи воды в систему береговой колодец делится на две секции (рис. 8.1), которые могут работать вместе либо раздельно. При этом появляется возможность вывести из работы одну из секций при аварии или для ремонта. Кроме того, дублируются оголовки с решётками, самотечные линии, сетки, всасывающие трубопроводы и насосы.

Конспект

Степень надежности забора воды русловыми водоприемниками можно повысить на единицу;

1) при размещении оголовков в самопромывающемся затопляемом ковше - для крупных ответственных водозаборов;

2)  при подводе к водоприемным отверстиям теплой воды в количестве не менее 20 % от производительности (экономически оправдано только для водозаборов ГРЭС, ТЭЦ, АЭС, металлургических заводов);

3)  при автоматической обратной промывке самотечных линий (наиболее реальное мероприятие для рядовых водозаборов).

Контрольные вопросы

1.     Береговые водозаборы. Конструктивные схемы. Область применения. Компоновка.

2.     Русловые водозаборы. Конструктивные схемы. Область применения. Компоновка.

3.     Степень надежности забора воды русловыми водозаборами.

 

9. КЛАССИФИКАЦИЯ ВОДОПРИЕМНИКОВ

 ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОЗАБОРОВ

Водоприемник (оголовок) - гидротехническое сооружение, расположенное в водоеме (водотоке), предназначенное не только для приема воды из источника, но и для укрепления и защиты от повреждений концов трубопроводов в русле источника.

Классификация водоприемников:

1. По способу приема воды: открытые поверхностные, глубинные, донные, фильтрующие, инфильтрационные, комбинированные.

2. По месту расположения: береговые, русловые.

3. По расположению относительно уровня воды: затопленные, затопляемые при высоких уровнях воды, незатопляемые (крибы).

4. По расположению водоприемных отверстий и направлению втекающего потока воды (рис. 9.1):

а) с отверстиями - горизонтальными, вертикальными, наклонными;

б) с втеканием - лобовым, боковым, низовым;

в) с приемом воды – односторонним, двусторонним.

5. По конструкции: ряжевые, свайные, трубчатые, бетонные, бетонные в металлическом кожухе, железобетонные, с вихревыми камерами.

6.По числу секций: двухсекционные, трехсекционные  и более.

КонспектНезатопляемые оголовки наиболее надежны, поскольку всегда доступны для обслуживания, однако стоимость их значительно больше, чем затопленных оголовков. Особенно дороги русловые незатопляемые оголовки, в частности, они, должны быть рассчитаны на статическое и динамическое давление льда. Поэтому затопленные оголовки – наиболее распространенная конструкция. Применяют для повышения надежности, в основном на водохранилищах и озерах.

Затопляемые оголовки недоступны для обслуживания только в отдельные периоды времени - половодье, паводок. Однако эти периоды непродолжительны. Кроме того, в это время не бывает осложнений с обмерзанием решеток.

Ориентация отверстий влияет на засорение решеток сором, водорослями, шугой. Различно и поступление донных наносов, по-разному происходит промывка решеток. Дешевые, не мешают транспорту и лесосплаву, не воспринимают нагрузок от ледохода и ледового покрова. Они имеют самое широкое распространение.

Горизонтальные отверстия могут располагаться на некоторой высоте над дном, и вода может втекать сверху вниз или снизу вверх, а при расположении отверстий у дна втекание может происходить только сверху. В горизонтальных водоприемниках с втеканием сверху труднее удаляется сор с решеток, могут образовываться водовороты, воронки, из-за чего в водоприемник поступает вода с сором из поверхностного слоя. Донные водоприемники с втеканием сверху и расположенные на небольшой высоте над дном устраивают вынужденно  при малых глубинах воды в источнике.

При лобовом приеме воды водоприемные отверстия забиваются сором и шугой, а при низовом приеме – донными наносами (рис. 9.1).

Наиболее распространен боковой прием воды, с отверстиями в вертикальной плоскости, при котором можно создать благоприятные условия забора воды. Для хорошего обтекания водоприемника его лобовую грань очерчивают по эллипсу, либо делают полигональной (рис. 9.2).

Конспект

Оголовки в последних конструкциях в большинстве случаев имеют вихревую камеру. Основное ее назначение - обеспечить незаиливание сборных внутренних труб оголовка. При такой конструкции поток внутри сборной трубы движется тангенциально, смывая выпадающие на дно загрязнения (см. рис. 9.3).

Для снижения вероятности отложений в сборных трубах их делают переменного диаметра (телескопическими – см. рис 9.2, 9.3).

Конструкция оголовка зависит от многих факторов – расход воды, глубина, устойчивость русла, геологические, гидротермические условия (шуга). Влияют и водохозяйственное использование реки (судоходство, лесосплав), а также местные условия (например, ряжевые оголовки применяют в богатых лесом районах) и т.п.

 

10. ТИПЫ ВОДОПРИЕМНЫХ ОГОЛОВКОВ

Ниже в таблице даны схемы и конструкции различных оголовков, область их применения и сравнительный анализ.

 

 

Характеристика затопленных оголовков речных водозаборов

Тип и конструкция оголовка.

Основные элементы

Область применения.

Характеристика

 

Конспект

Раструбный свайный незащищенный оголовок: 1 - раструб; 2 - самотечный или сифонный водовод; 3 - сваи; 4 - сороудерживающая  решетка Рекомендуемые размеры, м: А=3,5...5 м; Б=3,6...4,1 м; Г=2,5...2,7 м; Д=1,6,..1 м, Н=1,3....1,5 м

На небольших реках, не используемых для лесосплава и судоходства с относительно легкими природными условиями при малой (от 0,02 до 0,2 м3/с) производительности водозабора.

Достоинства: простой, компактный, экономичный.

Недостатки: вносит возмущения в поток, труднодоступный, боится ударов, требует установки рыбозаградителей.

 

Простейшими и самыми дешевыми являются раструбные свайные незащищенные оголовки. Их раструб может располагаться не только вертикально, как показано на схеме, но и наклонно или горизонтально. Иногда для их защиты от плывущих предметов выше по течению забивают защитные сваи.

 

Конспект

Стальные незащищенные оголовки:

а - трубчатый; б - тарельчатый; 1 - заглушка, 2 - сороудерживающая решетка; 3 - водоприемная труба; 4 - приемный раструб; 5 - вертикальный патрубок; 6 - врезной соединительный патрубок; 7 - фланец

На реках, не используемых для лесосплава и судоходства с относительно легкими природными условиями, при небольшой (до 0,4 м3/с) производительности водозабора.

Достоинства: сборные, простые, недорогие, быстросменяемые.

Недостатки: вносят значительные возмущения в поток, труднодоступные, требуют устройства рыбозаградителей.

 

Ряжевые оголовки изготавливаются в виде сруба из бревен на берегу со смонтированными раструбами и концами самотечных линий. Такая плавучая конструкция буксиром транспортируется к месту установки и затапливается с пригрузом камнями.

 

Конспект

Деревянный ряжевый оголовок с боковым приемом воды:

1 - сороудерживающие решетки; 2 - водоприемный   раструб; 3 - каменная наброска; 4 - ряж; 5 - самотечные или сифонные водоводы. Рекомендуемые размеры, м:

А=6,5...17,4 м; Б=2,5...3,5 м; Г=2,7...3,1 м; Д=1,8...2,2 м; Н=1,5...1,9 м

На реках с небольшими глубинами, средними природными условиями при небольшой (до 1 м3/с) производительности водозабора.

Достоинства: простой, недорогой.

Недостатки: трудоемкий в изготовлении, неиндустриальный, труднодоступный для осмотра и замены сороудерживающих решеток, требуют устройства рыбозаградителей.

 

Ряжевый оголовок может быть устроен без раструбов, а с фильтрующей засыпкой из гравия или щебня в полости сруба. Такой оголовок частично осветляет воду и обеспечивает рыбозащиту. Прием воды осуществляется передним фронтом сооружения, который может иметь большую площадь и обеспечивать среднюю производительность водозабора.

 

Конспект

Деревянный ряжевый фильтрующий оголовок: 1 - ряж; 2 - самотечные или сифонные водоводы;  3 - каменная  наброска. Рекомендуемые размеры, м: А=10,2...17,2 м; Б=3 м; Г=3,3 м; Д=2,4 м; Н=2,1 м.

На небольших реках с тяжелыми шуго-ледовыми условиями при небольшой (до 1 м3/с) производительности водозабора.

Достоинства: простой, недорогой, не требует устройств рыбозаградителей.

Недостатки: трудоемкий в изготовлении, неиндустриальный, труднодоступный, подвержен засорению и заилению.

 

Конспект

Железобетонный раструбный защищенный оголовок с боковым приемом воды:

1 - сороудерживающая решетка; 2 - раструб: 3 - железобетонный корпус оголовка; 4 - самотечный или сифонный водовод;  5 - крепление русла камнем; 6 - загрузка галечником, щебнем или тощим бетоном. Рекомендуемые размеры, м:

А=5,5...15,8 м; В=2,5..4 м; В=2,6...3 м, Д=1,7...2,1 м; Н=1,4...1,8 м.


На небольших лесосплавных реках с легкими и средними природными условиями при небольшой (до 1 м3/с) производительности водозаборов.

Достоинства: надежно защищает концы самотечных или сифонных водоводов, позволяет забирать воду с небольшими входными скоростями, может выполняться индустриальным способом.

Недостатки: громоздкий и тяжелый в монтаже, требует установки рыбозаградителей, труднодоступен.

 

Железобетонный оголовок устраивается в виде железобетонной скорлупы на берегу, оснащается раструбами, транспортируется в русло, затапливается в проектном месте и утяжеляется каменной наброской. Получившаяся конструкция стойка к ударам, обтекаема потоками воды. Находит широкое применение на практике.

 

Конспект

Железобетонный двухсекционный защищенный оголовок конструкции ВНИИВодгео:

1 - водоприемные отверстия; 2 - самотечные или сифонные водоводы; 3 - железобетонное днище и стенки оголовкя; 4 - водоприемные раструбы; 5 - соединительные фланцы; 6 - смотровые люки; 7 - заглушки; водоприемная камера

На лесосплавных реках с тяжелыми шуго-ледовыми условиями или средней производительности (от 1 до 3 м3/с) водозабора.

Достоинства: хорошо обтекаемая форма, малые входные скорости, что дает возможность забирать воду из сильно шугоносных рек, хорошо промывается

Недостатки: сложный в монтаже, дорогостоящий, труднодоступный, требует установки рыбозаградителей.

Конспект

Водоприемник с вихревой камерой конструкции ВНИИВодгео:

1 - сороудерживающая решетка на водоприемном отверстии; 2 - подрешетчатая камера; 3 - вихревая камера; 4 - входная щель; 5 - струенаправляющий патрубок; 6 - струенаправляющий козырек.

На реках со средними и тяжелыми природными условиями при малой и средней производительности водо забора.

Достоинства: обеспечивает небольшие одинаковые по всей длине входного отверстия скорости входа воды в оголовок, может работать при шуге, хорошо промывается.

Недостатки: сложный в исполнении, недоступный для осмотра, требует устройства рыбозаградителей.

Конспект

Бетонный оголовок в металлическом кожухе конструкции Гипрокоммунводканала: 1 - металлический кожух; 2 - водоприемные отверстия; 3 - сороудерживающие решетки с электрообогревом; 4 - коробка электрокабеля; 5 - крепление дна реки вокруг оголовка; 6 - водоприемные воронки; 7 - самотечные или сифонные водоводы.

На реках со средними и тяжелыми природными условиями, с топняком в потоке при производительности водозабора 1,5 м3/с.

Достоинства: устойчивый против ударов, хорошо обтекаемый потоком; не подвержен обледенению, сороудерживающие решетки с электрообогревом.

Недостатки: сложный в изготовлении (бетонирование под водой), труднодоступный для осмотра и замены решеток, требует установки рыбозаградителей

Бетонный оголовок выполняется на берегу в виде корыта из листовой стали с распорками и раструбами. В таком виде он транспортируется к месту установки, затапливается и под водой заполняется бетоном. Его особенностью является двухстороннее расположение входных окон (2...4 окна в одной секции), что позволяет принимать большие расходы воды.

Конспект

Эллиптический монолитный железобетонный оголовок:

1 - тело оголовка; 2 - сороудерживающие  решетки на водоприемных отверстиях; 3 - крепление дна вокруг оголовка; 4 - самотечные или сифонные водоводы.

На реках с легкими и средними природными условиями с большими скоростями течения воды при малой производительности водозабора.

Достоинства: хорошо обтекаемый, устойчивый, индустриальный

Недостатки: сложный в изготовлении, недоступный для осмотра; требует установки рыбозаградителей.

Конспект

Круглый монолитный железобетонный оголовок:

1 - самотечный или сифонный водовод; 2 - сороудержи вающие решетки; 3 - наклонная стойка; 4 - загрузка щебня, галечника или камня; 5 - верхнее кольцо оголовка.

На реках с легкими и средними природными условиями при неустойчивом направлении течения воды с малой и средней производительностью водозаборов.

Достоинства: хорошо обтекаемый, устойчивый.

Недостатки: сложный в изготовлении, недоступный для осмотра, требует устройства рыбозаградителей.


Сборный железобетонный оголовок конструкции Гипрокоммунводканала:

1 - верхний блок; 2 - нижний блок; 3 - самотечные или сифонные водоводы; 4 - сороудерживающие решетки; 5 - консоли нижнего блока; 6 - опорный бортик; 7 - отверстия для выпуска воздуха

На реках судоходных и лесосплавных с легкими и средними природными условиями при средней производительности водозаборов.

Достоинства: хорошо обтекаемый, устойчивый, индустриальный.

Недостатки: сложный в изготовлении и монтаже, недоступный для осмотра, требует устройства рыбозаградителей.

Конспект

Сборный железобетонный оголовок каплевидный

1 - сороудерживающая решетка на водоприемных отверстиях; 2 - верхний блок; 3 - самотечный или сифонный водовод; 4 - нижний блок; 5 - каменная наброска крепления дна русла в месте установки оголовка

На реках судоходных и лесосплавных с легкими и средними природными условиями и большими скоростями течения при средней и большой производительности водозабора.

Достоинства: хорошо обтекаемый, устойчивый, изготовляется в заводских условиях.

Недостатки: чрезвычайно сложный в изготовлении и монтаже, недоступный для осмотра, требует устройства рыбозаградителей.

Конспект

Сифонный железобетонный оголовок:

1 - сороудерживающая решетка на водоприемном отверстии; 2 - козырек; 3 - самотечные или сифонные водоводы.

На реках с легкими или средними природными условиями при большой производительности водозабора.

Достоинства: обеспечивает очень малые входные скорости, хорошо промывается, устойчивый.

Недостатки: сложный в монтаже, недоступный для осмотра и контроля за работой.

Конспект

Донный комбинированный водоприемник:

1 - обратный фильтр из каменной наброски; 2 - самотечные или сифонные водоводы; 3 - двойная сороудерживающая решетка; 4 - водоприемная галерея

На реках с небольшой глубиной и большим количеством донных и взвешенных насосов.

Достоинства: надежный в работе в сложных условиях

Недостатки: сложный в монтаже и эксплуатации

В определенных условиях (при заборе воды из рек с малой глубиной) наиболее подходящими являются донные оголовки с расположением входных окон в горизонтальной плоскости. Оголовки могут представлять собой дырчатые трубы в щебеночной обсыпке. Разработано множество конструкций различных оголовков.

Конспект

Сборный фильтрующий водоприемник: 1 - фильтрующие пласты на водоприемном отверстии; 2 - водоприемный раструб; 3 - направляющие на входе в самотечный или сифонный водовод; 4 - обсыпка оголовка щебнем или камнем; 5 -самотечные или сифонные водоводы

На реках со средними и тяжелыми природными условиями с большим количеством донных наносов и средней и большой производительностью водозаборов.

Достоинства: надежный в работе при тяжелых шуголедовых условиях, не требует устройства рыбозащиты, может изготовляться в заводских условиях.

Недостатки: сложный в монтаже, требует достаточно больших напоров для промывки.

Конспект

Фильтрующие оголовки конструкции ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева: а - в аллювиальном русле; б - бункерный; в - с вихре вой камерой; г - упрощенный трубчатый; 1 - слой воды над оголовком; 2 - фильтр (гравий, щебень); 3 - отмостка; 4 - самотечный водовод; 6 - сборный трубопровод; 6 - корпус оголовка; 7 - решетка; 8 - подфильтровая камера; 9 - вихревая камера; 10 - струераспределительный щит

На реках с чрезвычайно тяжелыми шуго-ледовыми условиями при малой и средней производительности водозабора и любой глубине потока.

Достоинства: просты, надежно защищают водозабор от шуги, не стесняют русло, не требуют устройства рыбозаградителей.

Недостатки: требуют периодической промывки и замены фильтрующего материала, что выполнять весьма сложно. Плохо работают при больших количествах в реке донных  наносов

При выборе места размещения оголовка руководствуются следующими требованиями:

1. Водоприемник должен быть защищен от повреждения льдом, плотами, якорями. Место установки ограждается бакенами.

2. Низ оголовка должен возвышаться над дном реки не менее, чем на 0,5 м, верх – на расстоянии не менее, чем на 0,2 м от нижней кромки льда и не менее 0,3 м ниже ложбины волны (рис. 10.1). Оголовок  выносят в русло реки на расстояние, при котором выполняются все эти требования. Заглубление оголовка в дно должно быть не меньше глубины возможного размыва дна. При этом учитывают, что верх самотечного трубопровода должен заглубляться под дно не менее чем на 0,5 м. Обычно заглубление оголовка в дно - 1,0¸1,5 м. При выборе места для оголовков учитывают геологические условия.

Конспект

В водохранилищах водоприемники располагают на глубинах не менее трехкратной высоты волны при шторме и минимальном уровне воды.

 

11. ПОДАЮЩИЕ ЛИНИИ РУСЛОВЫХ ВОДОЗАБОРОВ

Линии, подводящие воду из оголовка в береговой колодец, бывают самотечные и сифонные. Число этих линий должно быть не меньше 2, обычно число линий равно числу секций берегового колодца. Сифонная линия прокладывается на  значительно меньшей глубине, чем самотечная (рис.11.1). Однако надежность водозабора с сифонными линиями меньше, чем при самотечной линии. Объясняется это тем, что при повреждении сифонной линии вакуум в ней срывается, и подача воды прекращается. При самотечных трубах это не происходит. Поэтому сифонные линии допускается устраивать в водозаборах II и III категорий, применение таких линий для I категории должно быть обосновано.

Для запуска сифонной линии в работу закрывают задвижку на нисходящей ветви сифона, запускают вакуум – насос, затем, после заполнения всей трубы водой (из вакуум-насоса поступает вода) отключают вакуум - насос и открывают задвижку. К сифонным линиям предъявляют повышенные требования по герметичности стыков.

Конспект

Прокладываются самотечные линии на суше и возле уреза воды, ниже глубины промерзания; в русле - над дном свободно или в обсыпке щебнем для защиты от истирания и повреждения, ниже дна (на 0,5 м) с подъемом к береговому колодцу - при этом из трубы легко удаляется воздух. В противном случае пропускная способность линии может уменьшиться. Для предотвращения отложений наносов, сора и шуги самотечные линии трассируют без резких поворотов в плане и по вертикали.

Самотечные линии монтируют одним из способов:

1.     в открытом котловане,

2.     спуском в траншею под воду,

3.     методами бестраншейной прокладки.

В зависимости от способа прокладки водоводы выполняют из стальных, железобетонных, чугунных или асбестоцементных труб. Стальные трубы они удобны для строительства, но подвержены коррозии, требуют антикоррозионной изоляции. Трубы свариваются в плеть, закупориваются пробками, транспортируются на место укладки, затапливаются и опускаются в траншею, устроенную земснарядом. Недлинные трубы можно прокладывать продавливанием, горизонтальным бурением. Стальные трубы снаружи защищают весьма усиленной изоляцией, а внутри – цементом или другим покрытием. Практика показала, что незащищенные трубы изнутри покрываются толстым слоем отложений, снижающим пропускную способность труб (до 40%).

Чугунные, железобетонные, асбестоцементные, эти трубы не корродируют, но их трудно укладывать (трудоемкая стыковка).

Поэтому перспективно использование некорродирующих труб (полиэтилен, поливинилхлорид и т.п.).

Диаметры труб определяются скоростями движения воды. С одной стороны скорости должны быть небольшими, чтобы не было больших потерь напора, с другой стороны скорости должны быть достаточно большими, чтобы не было отложении наносов.

По СНиП скорости воды в самотечных линиях должны быть в пределах 0,7...2,0 м/с, в зависимости от категории водозабора и диаметра трубы. Эта скорость должна быть незаиляющей и в общем случае зависит от производительности водозабора, диаметра трубы и крупности наносов.

В процессе эксплуатации русловых водозаборов, особенно в период паводка, возможно засорение самотечных линий отложениями (ил, песок), вследствие чего уменьшается поперечное сечение водоводов, увеличиваются потери напора, и снижается подача воды.

 

12. ПРОМЫВКА ОГОЛОВКОВ И ПОДАЮЩИХ ЛИНИЙ

Необходимость промывки этих элементов водозабора обусловлена тем, что по ним транспортируется неочищенная вода. Кроме того, во многих случаях решетки и трубы могут зарастать водорослями, моллюсками и т.п.

Прочистка самотечных линий может осуществляться:

1)  механическим способом (совками, скребками и т.п. по типу прочистки канализационных коллекторов), метод связан с длительным выключением водоводов из работы, трудоемкий, но при больших диаметрах предпочтителен;

2)  гидравлическим методом - созданием повышенных скоростей движения воды в трубе, промывной способ наиболее распространен.

Скорость промывной воды можно определить по формуле:

Конспект,

где А=7,5... 10 - безразмерный коэффициент,

d - диаметр трубы, м.

Известно, что для разрушения и выноса отложений нужны скорости, на 25-50 % превышающие нормальные.

Способы промывки подающих линий и оголовка:

1.     прямая,

2.     обратная,

3.     импульсная.

При прямой промывке одну из подающих линий отключают, насосы работают в нормальном режиме, и весь расход движется по оставшимся в работе линиям. Из-за этого уровень в колодце падает, увеличивается перепад отметок в источнике и в колодце, то есть создается увеличенный напор на работающей трубе, вследствие чего скорости движения воды в ней возрастают, смывая загрязнения в береговой колодец, откуда удаляются эжектором.

Достоинства этого способа:

1) простота эксплуатации;

2) отсутствие специальных устройств для промывки;

3) подача потребителю при промывке проектного расхода.

Недостатки:

1) не промываются решетки (от мусора и шуги) (вода прижимает задержанные загрязнения к решетке);

2) загрязнения из трубы выносятся в береговой колодец, и часть из них поступает в очистные сооружения, увеличивая нагрузку на них;

3) промывка невозможна при низких уровнях воды в реке, то есть не
обеспечивается надежность.

Поэтому в большинстве проектов предусматривают и обратную промывку.

Конспект

При обратной промывке к подающим линиям подводят дополнительный трубопровод от насосной станции 1 подъема, связывающий напорные водоводы с самотечными линиями. Этот трубопровод может подключаться как внутри, так и вне колодца (рис.12.1).

При промывке одна из самотечных линий отключается и по ней в обратном направлении подается вода из напорных водоводов. Во второй самотечной линии происходит прямая промывка.

Достоинства обратной промывки:

1) одновременная промывка решеток;

2) возможность отбрасывать шугу от входных окон (автоматическая обратная промывка обеспечивает русловому водозабору 1 степень надежности забора воды);

3) промывка может быть осуществлена в любое время (обеспечивается
надежность);

4) загрязнения уносятся промывным потоком в реку.

Недостатки:

1) сложность эксплуатации;

2) большие капиталовложения на устройство промывного трубопровода;

3) снижение подачи воды потребителю;

4) потери воды.

В связи с этим обратная промывка рекомендуется при диаметре линий до 500 мм включительно. При больших диаметрах следует ориентироваться на прямую промывку.

Обратная промывка эффективнее прямой, однако, как показал опыт эксплуатации, решетки оголовка промываются недостаточно. Объясняется это тем, что площадь решеток в 10 и более раз превышает площадь подводящих труб, поэтому вода промыв часть этой площади, и далее поступает в эту промытую зону. Остальная же часть решеток не промывается. Поэтому была предложена импульсная промывка, при которой возбуждается волна давления, воздействующая на всю площадь решетки. Схема импульсной промывки представлена на рис. 12.2.

Для импульсной промывки в береговом колодце на каждой подающей линии устанавливается вертикальная колонна (труба), закрытая сверху, подключенная к вакуум–насосу и снабженная клапаном (усилие на рычаге от 10 до 30 кг) впуска воздуха (рис. 12.2, А). После закрытия задвижки на подводящей трубе включают вакуум–насос. Уровень воды в колонне повышается и после ее наполнения вакуум - насос выключается и открывается клапана впуска воздуха. Столб воды в колонне быстро движется вниз и в сторону реки в самотечной линии, создавая волну положительного давления, воздействующей на решетку. По инерции уровень воды в стояке опускается ниже равновесного и над водой самопроизвольно создается вакуум, под действием которого вода поднимается по стояку вверх, а в самотечной линии движется к колодцу. Таким образом, в трубах создается затухающее колебательное движение воды (рис. 12.2, Б), эффективно очищающее самотечные линии от отложений, а решетки - от скоплений сора и шуги. При необходимости зарядку колонны повторяют.

Конспект

При обратной промывке труб больших диаметров применяется гидропневматический способ, при котором в водоводы подается сжатый воздух от компрессора. Создаются волны и пробки, пульсации давления и расхода, вибрации, эффективно очищающие самотечные линии.

В последних типовых проектах, как правило, предусмотрены и обратная и импульсная промывки.

13. БОРЬБА С БИОЛОГИЧЕСКИМИ ОБРАСТАНИЯМИ

Кроме отложений проблему для самотечных линий могут создавать биологические обрастания - мхи, моллюски (особенно дрейссены), микроорганизмы, мидиями и т.п. Они также могут приводить к уменьшению сечения и увеличению гидравлического сопротивления труб. Для подавления развития биологических обрастаний применяют следующие мероприятия:

• Покраска внутренних поверхностей труб специальными красками, (неприменимо для питьевых водопроводов).

•            Промывка водой с температурой 45-550С.

•            Обработка воды хлором или медным купоросом.

•            Анодное растворение медных электродов.

На стадии исследований находятся методы воздействия ультразвуком, другими излучениями.

Дозы, периодичность и продолжительность обработки устанавливают на основе технологических исследований и опыта эксплуатации. Дозы хлора принимают на 2 мг/л больше хлорпоглощаемости, но не менее 5мг/л, а доза медного купороса - 1,0¸1,5 мг/л. Для подачи этих реагентов на берегу предусматривают соответствующие сооружения (хлораторные и т.п.). Подвод и подача реагентов к оголовкам должен производиться так, чтобы избежать попадания реагентов в реку. Более подробно указанные методы изложены в 15.

Контрольные вопросы

1.     Классификация  водоприемников.

2.     Водоприемники. Конструкции, область применения.

3.      Русловые водоприемники. Определение глубины расположения.

4.     Самотечные и сифонные линии. Схемы. Сравнительный анализ.

5.     Промывка оголовков и подающих линий - прямая, обратная, импульсная.

6.     Биологические обрастания. Способы промывки. Дозы.

 

14. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

14.1. Расчет решеток и сеток

Решетки и сетки устанавливаются в водоприемных отверстиях. Требуемая площадь этих отверстий определяется по формуле (СНиП 2.04.02-84, п. 5.95):

Конспект,                                   (14.1)

где Конспект - площадь водоприемных отверстий одной секции водозабора, с учетом установки решетки или сетки, м2

1,25 - коэффициент, учитывающий загрязнение решетки водорослями и мусором;

Конспект - расчетный расход одной секции в нормальном режиме, м3/с, определяется путем деления общего расчетного расхода на количество рабочих секций. В аварийном режиме через одну секцию проходит 100% общего расчетного расхода для первой категории надежности водозабора, и 70% общего расчётного расхода для второй и третьей категорий надежности;

Конспект,                                         (14.2)

где Конспект - расход воды для суток максимального водопотребления, м3/сут;

Конспект - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды очистных сооружений, равный 1,0¸1,3;

Конспект - число секций (из соображений надежности количество секций следует принимать не менее двух).

Конспект - допускаемая скорость втекания в водоприемные отверстия, м/с, отнесенная к их сечению в свету, которая принимается:

1) для отверстий с решетками принимается в зависимости от особенностей водоема, мутности и шугоностности потока, принимаемая в соответствии с [1, п. 5.94]:

        а) при заборе воды из шугоностных рек: в береговых незатопленных водозаборах – 0,2¸0,6 м/с; при затопленных водоприемных оголовках – 0,1¸0,3 м/с;

б) при заборе воды из озер, водохранилищ, водоприемных ковшей и равнинных рек: в береговых водозаборах – 0,4¸1,0 м/с; при затопленных водоприемных оголовках – 0,2¸0,6 м;

2) для отверстий с сетками принимаются равными 0,2¸0,4 м/с - для плоских и 0,4¸0,5 м/с - для вращающихся;

Конспект - коэффициент увеличения, учитывающий заполнение водоприемного отверстия стержнями решетки или сетки, определяемый по формулам:

1. Для решеток

Конспект,                                             (14.3)

где Конспект - диаметр или толщина стержней, принимается 6¸12 мм;

Конспект - расстоянием между стержнями в свету, 50¸100 мм;

2. Для сеток

Конспект - коэффициент, учитывающий стеснения отверстия сеткой, вычисляют по формуле

Конспект,                                        (14.4)

где Конспект - размер ячейки сетки в свету, см, для плоских сеток принимается от 2 до 5 мм, для вращающихся – от 5 до 3 мм;

Конспект - диаметр проволоки сетки, см; принимается 1,0¸3 мм для плоских сеток и 3¸1,2 мм для вращающихся сеток.

При использовании вращающихся сеток необходимая площадь их затопленной (рабочей) части вычисляется по формуле (14.1) с дополнительным коэффициентом 1,3, который учитывает уменьшение площади сетки опорными рамками и шарнирами.

Глубина погружения вращающихся сеток под уровень воды определяется по формулам:

- при внешнем (и внутреннем) двухстороннем подводе воды

Конспект,                                         (14.5)

где В – ширина полотна сетки, м; Конспект - радиус закругления сетки, м;

Конспект - площадь полотна вращающейся сетки, м2.

- с лобовым подводом воды

Конспект,                                                        (14.6)

         Проверка скорости втекания в водоприемные отверстия производится по формуле

Конспект, м/с,                             (14.7)

которая получена преобразованием формулы (14.1).

14.2. Расчет фильтрующих рыбозащитных кассет

Существует множество конструкций различных рыбозащитных устройств. Однако наиболее надежными являются фильтрующие кассеты, заполненные керамзитом или щебнем. Эти кассеты просты в изготовлении и вставляются на место решеток в водоприемные окна, что не требует дополнительных строительных работ.

Гидравлическое сопротивление такой кассеты определяется по графикам, приведенным в  типовых проектах, либо вычисляется по формуле

Конспект, м,                                         (14.8)

де Конспект - коэффициент, учитывающий загрязнение кассеты;

S   - толщина кассеты, м;

Конспект - коэффициент фильтрования, ориентировочно можно принять равным 0,2 м/с;

Конспект - определяется по формуле (14.7), м/с, при подстановке  в нее Конспект, где Конспект- пористость фильтра (принимается для гравийно-щебеночного заполнения 0,3-0,5; пороэластовых фильтров - 0,25-0,35).

 

14.3. Расчет самотечных и сифонных линий.

Диаметр подающих труб назначают, исходя из скоростей движения воды при нормальном режиме работы водозабора (табл. 14.1.).

Таблица 14.1- Рекомендуемые скорости движения в подающих трубах

Диаметр труб, мм

Скорость, м/с при категории водозабора

I

II  и   III

300 -500

0,7-1,0

1,0 -1,5

500 -800

1,0 -1,4

1,5 -1,9

Более 800

1,5

2,0

При выборе диаметров труб необходимо учитывать, что скорость движения должна обеспечивать транспортирование находящейся в воде взвеси, не допуская ее выпадения. В тоже время слишком большая скорость приводит к увеличению потерь напора и к заглублению берегового колодца, что повышает его стоимость. Сечение водоводов должно проверяться на незаиливание по формуле А.С. Образовского:

Конспект, м/с,                  (14.9)

где V и Vнз – средняя и незаиливающая скорости в трубе ,м/с;

w – средневзвешенная гидравлическая крупность наносов, м/с;

Конспект - скорость выпадения частиц, м/с;

Конспект – мутность речной воды, кг/м3.

Размеры элементов водозабора определяют применительно к нормальным условиям работы, а расчет потерь напора производят на особые условия – например, авария на одной из подающих линий.

Потери напора в самотечных и сифонных водоводах определяется по формуле

Конспект, м,                         (14.10)

где 1000i - удельные потери напора по длине трубопроводов, м/км, по таблицам Ф. А. Шевелёва;

l - длина трубопровода, м;

Конспект - сумма потерь напора на преодоление местных сопротивлений, где Конспект- скорость течения воды через i -тое сопротивление (за ним), м/с;

 Конспект - коэффициент сопротивления, принимается по табл. 14.2.

Таблица 14.2 - Ориентировочные значения коэффициентов местных сопротивлений[1].

НАИМЕНОВАНИЕ МЕСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

x

Выход трубы в колодец

1,0

Вихревая камера

4,2

Переход суживающийся

0,1

Переход расширяющийся

0,25

Тройник в прямом направлении

0,1

Тройник в направлении ответвления

2,0

Колено 900

0,5-0,76

Колено 450

0,25-0,3

Задвижка (в зависимости от степени открытия)

0,15-,02

Для сварных колен коэффициент x следует увеличить на 50%.

Потери напора  в элементах водозаборных сооружений принимают:

                                      - в решетке - Конспект м;

                                      - в сетках Конспект: плоских  – 0,1¸0,15 м, во вращающихся – 0,1¸0,3 м.

                                      - в рыбозащитной кассете - Конспект - см. п.14.2.

Для сифонных водоводов в аварийном режиме работы водозабора потери напора необходимо знать по всей длине и отдельно в восходящей линии (до точки подключения вакуум-насоса). Допустимая высота сифона (от нижнего уровня воды в реке до высшей точки сифона) определяется по формуле

Конспект, м,                                (14.11)

где Конспект м - максимально-допустимая величина вакуума в сифоне;

Конспект - потери напора от оголовка до точки подключения вакуум-насоса, определенные по формуле (14.10) для аварийного режима работы.

 

14.4. Определение уровней воды в водоприемном колодце

и проверка заглубления всасывающих труб насосов

Наименьшие уровни воды в отделениях водоприемного колодца наблюдаются при минимальном (нижнем) уровне воды в источнике в аварийном режиме работы водозабора.

Минимальный уровень воды в приемном отделении водозабора определяется по формуле

Конспект, м,                                    (14.12)

где Конспект - отметка минимального (нижнего) горизонта воды в источнике водоснабжения, м;

Конспект - потери напора, м, принимаются:

             - для берегового водозабора с решеткой h=hр=0,05, м;

      - для берегового водозабора с рыбозащитной кассетой h=hк,

где  определяются по графикам в типовом проекте или по формуле (14.8);

             - для руслового водозабора с решеткой - Конспект, м,

где - потери в водоводе и оголовке по формуле (14.10);

    - для руслового водозабора с рыбозащитной кассетой - Конспект, м.

Минимальный уровень воды во всасывающем (водозаборном) отделении  определяется по формуле

Конспект, м,                                      (14.13)

В соответствии со СНиП (1, п. 5.107) при установке в водоприемном окне фильтрующих рыбозащитных кассет можно отказаться от установки сеток, тогда hс=0.

Размещение всасывающих трубопроводов насосов в водозаборном отделении.

КонспектВходные отверстия всасывающих трубопроводов насосов должны быть заглублены под минимальный уровень воды в приёмном отделении колодца в аварийном режиме работы (рис. 14.1). Если заглубление будет недостаточным, то возле входных отверстий образуются воронки, через которые во всасывающие трубы проникнет воздух, что вызовет срыв работы насосов.

КонспектДиаметр входных отверстий всасывающих труб должен быть равен Конспект. Расстояние от верхней кромки входных отверстий до минимального уровня воды в колодце  должно быть не менее h2=2 Dвc.п. Расстояние от нижней кромки входных отверстий до дна колодца должно быть не менее h1=0,8 Dвс.п., но в любом случае не меньше 500 мм.

При горизонтальном размещении всасывающих трубопроводов (рис. 14.2) для уменьшения уровня воды в колодце воронку можно изготовить в виде эллипса.

                           

14.5. Расчет насосной станции первого подъема

Подача насосов здесь принимается равной производительности водозабора. Число рабочих насосов зависит от категории надежности водозабора и принимается по (СНиП 2.04.02-84, табл. 32).

Требуемый напор насосов определяется по формуле

Конспект, м,                                   (14.14)

где НГ.ВС - геометрическая высота подъема воды - разность отметки, на которую должна быть подана вода, и отметки минимального уровня воды в водозаборном отделении по формуле (14.13);

Нвод - потери напора в водоводах, определяются по формуле

Конспект, м,                                               (14.15)

где - длина водовода от водозабора до очистных сооружений, км;

hнс - потери напора в коммуникациях насосной станции, которые можно  принять в пределах 2 - 3 м.

Важным вопросом проектирования насосных станций 1-го подъема является определение глубины ее заложения. Расчет производится, исходя из условия – давление на всасывающем патрубке насоса (вакуум) должно быть не больше допустимого

Конспект, м,                  (14.16)

откуда

Конспект,                                       (14.17)

где ZО.Н – отметка оси насоса, м;

ZВС – отметка во всасывающем отделении колодца (минимальная при аварийном расходе), м;

Конспект

Конспект – допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса, зависящая от его подачи (определяется по паспорту насоса), м.

Контрольные вопросы

1. Расчет решеток, сеток и фильтрующих кассет поверхностных водозаборов.

2. Расчет подающих линий.

3. Расчет глубины береговых колодцев и насосных станций.

4. Размещение и расчет всасывающих линий насосов.

15. ЗАЩИТА ВОДОЗАБОРОВ ОТ СОРА

Поверхностные источники водоснабжения особенно в период паводков содержат большое количество загрязнений. Крупные загрязнения представляют собой стволы и ветки деревьев и кустарников, щепки, пластиковые бутылки и т.п. Мелкие загрязнения – мелкий мусор, остатки растений, водоросли и т.п. Как крупные, так и мелкие загрязнения могут вызвать нарушение работы насосных станций, очистных сооружений и водоводов. Поэтому система водоснабжения должна быть защищена от попадания в неё различных загрязнений из источника.

Для грубой предварительной механической очистки воды от крупного мусора водоприёмные отверстия оборудуют решётками. Для удаления из воды мелкого мусора водозаборные сооружения оборудуют сетками.

Решётки (рис. 15.1) представляют собой сварную раму 1 из уголковой стали или швеллера с стержнями из полосовой (5 на 60 мм) или круглой (6–12 мм) стали. Расстояние между стержнями решётки обычно принимается 50–100 мм. Размеры решёток колеблются в пределах  от 400 на 600 мм до 1250 на 2500 мм. Прутья могут представлять собой арматурную сталь диаметром 6...20 мм (при небольшом размере решеток) или прямоугольные прокатные профили 6...10х40...60 мм (большие решетки). Оптимальным является сечение прутьев с округлениями со стороны движения потока, при этом будет минимальным гидравлическое сопротивление. Сверху к каркасу приваривается петля для их подъема, снизу крепится деревянный брус-амортизатор для мягкого опускания решетки на порог окна.

В передней стенке колодца предусматриваются направляющие (рис. 15.2) из швеллера 1, в которые устанавливается решётка 2. Решётка опускается в район водоприёмного окна специальным подъёмным механизмом, крюк которого цепляется за скобу в верхней части решётки. Для того чтобы в водоприёмные отверстия всегда были перекрыты решёткой, направляющие дублируются.

В зависимости от характера загрязнения решётки для её очистки применяются различные очистные механизмы и устройства: грейферы, ковши, грабли, специальные тралы. Оборудование для очистки решёток прикрепляется к тросам подъёмных механизмов или устанавливается на специальных очистительных машинах, которые передвигаются вдоль фронта решёток.

Для чистки решеток от загрязнений они поднимаются по пазам в павильон берегового колодца и очищаются граблями вручную. На время чистки проемы перекрываются щитовыми затворами (см. далее). Решетки оголовков очищаются граблями с лодок (при малой глубине, слабом течении и небольшом количестве загрязнений) или водолазами (при других условиях).

Конспект

Конспект

Сороудерживающие сетки облегчают работу очистных, сооружений, защищают трубы и насосы от засорения, при технической воде позволяют отказаться от очистки. Они предназначены для задержания мелких примесей типа листьев, травы, щепок. При фильтрующих оголовках сетки могут не устраиваться.

Сетки устанавливаются в окна перегородки между водоприёмным и водозаборным отделениями берегового колодца. Они могут быть двух типов плоские (съёмные) и вращающиеся.

Плоская (съёмная) сетка применяется при малой производительности  (до 1 м3/c) и малой мутности воды. По конструкции они подобны решеткам. Размеры каркаса (размеры перекрываемого окна) от 800x1000 мм до 2000x3000 мм. Конструкция показана на рис. 15.3 - к каркасу крепятся два полотна: рабочее со стороны набегания потока воды и поддерживающее - под рабочим. Плоская (съёмная) сетка (рис. 15.3) имеет раму 1 из уголковой стали с натянутой на него рабочей сеткой 2. Рабочая сетка изготавливается из коррозионно-стойкого материала (нержавеющая сталь, бронза, латунь или капрона и т. п.) с размером ячеек от 2x2 до 5x5 мм из проволоки толщиной 1 – 2 мм.

Рабочая сетка опирается на поддерживающую сетку 3 (из стальной оцинкованной проволоки 2 – 3 мм с ячейками 20 х 20 или 25 х 25 мм), которая предотвращает её разрыв под действием давления воды или загрязнений. Сетки крепятся к раме металлическими полосами 4 и зажимаются болтами. Сетки также как и решётки устанавливаются в специальные направляющие из швеллера. Очистка плоских сеток производится вручную. Для этого сетку поднимают по пазам в верхнюю часть водозаборного сооружения подъёмным механизмом, устанавливают в специальный поддон и промывают струями воды из брандспойта от напорного технического водопровода. Для перехвата струй с загрязнениями устанавливаются ванны-экраны, от которых грязная вода отводится по лоткам или трубам. Эта операция довольно трудоемкая, поэтому и применяется при малой производительности водозаборных сооружений.

КонспектДля водозаборов большой производительности и при заборе воды из сильно загрязнённых рек применяют ленточные вращающиеся сетки, промывка которых полностью механизирована.

Подвод воды на вращающиеся сетки и отвод воды из них производится различными способами. Характеристика вращающихся сеток приведена в таблице.

Характеристика вращающихся сеток

Схема подвода воды к сетке

Характеристика работы сетки

 

Конспект

Лобовой  подвод воды

Обеспечивают спокойный режим движения воды в водозаборе. Простое устройство колодца. Несложный монтаж и удобный осмотр сетки.

Работает только одно полотно сетки. Используются для забора воды из шугоносных рек и относительно чистых водоёмов.

 

Внутренний  подвод воды.
Конспект

Используются оба полотна сетки, что позволяет улучшить качество процеженной воды и сделать более компактным водозаборное сооружение.

Режим движения воды перед сеткой и после неё неудовлетворительный. Внутри сетки скапливается мусор, удаление которого затруднено, отсутствует доступ к загрязнённым поверхностям сетки. Шуга, которая скапливается внутри сетки, не извлекается на поверхность.

 

Конспект

Внешний подвод воды

Используются оба полотна сетки. Качественно процеживают воду. Имеется удобный доступ к загрязнённым поверхностям.

Малоэффективны для удаления шуги. Удаляют шугу только с той стороны, где полотно поднимается кверху.

Применяются для водозаборов большой производительности при незначительном или среднем количестве шуги.

Конспект

 

 

 

Лобово-внешний подвод воды

Имеют достоинства сеток с лобовым, внутренним подводом воды и в существенной степени лишены их недостатков. В достаточной мере удаляют загрязнения и шугу.

Требуется сложная конструкция берегового колодца.

Вращающиеся сетки по конструкции бывают каркасными и бескаркасными. Вторые проще, легче, дешевле, но ненадежны, поэтому чаще применяют каркасные.

КонспектВращающаяся каркасная сетка представляет собой бесконечную замкнутую ленту (типа транспортерной), состоящую из отдельных небольших секций 1 (рис. 15.4) в виде рамок с натянутыми на них сетчатыми полотнами (наподобие плоских съёмных сеток), соединенных шарнирами. Секции крепятся к цепи натянутой на верхнюю и нижнюю приводные звёздочки 2, которые вращаются электродвигателем. Концы шарниров перемещаются в направляющих пазах каркаса, шарниры переламываются на верхних (приводных) и нижних (натяжных) звездочках. В рабочем состоянии сетки неподвижны, вращение от электропривода включается только для чистки. Скорость движения полотна при этом 10...100 мм/с. Одновременно подводится промывная вода к устройству, создающему плоскую ножевую струю, перехватываемую кожухом. Для улучшения чистки полотна его загрязненная поверхность дополнительно очищается капроновой вращающейся щеткой в виде вала, Чистка сеток может быть автоматизирована - при предельном засорении полотна в нем создается предельный перепад уровней, фиксируемый датчиками уровня. Подается сигнал на включение электропривода и  электровентиля на подводе промывной воды. Загрязнённая вода отводится за пределы первого пояса зоны санитарной охраны водозабора.

В бескаркасных сетках сеточное полотно непосредственно крепится к цепи.

При борьбе с водорослями различают три основных группы методов.

Биологические методы:

•         заселение водоемов моллюсками (двустворчатые унии, анодонты), которые поедают водоросли;

•         устройство "биопоглотителей" в виде пластмассовых решеток с грузилами у дна и поплавками у поверхностей, которые концентрируют на себе водоросли;

•         разведение в водоемах растительноядных рыб (белый амур, толстолобик);

•         использование вирусов и фагов, поражающих сине-зеленые водоросли (метод на стадии исследований).

Физические методы:

•   ультразвук разрушает водоросли, но они остаются в воде во взвешенном состоянии, поэтому целесообразно это делать перед коагуляцией;

•   обработка электротоком; при этом водоросли отделяются от воды и направляются к аноду (метод дорогой и малоприемлем).

Химические методы:

•   Купоросованне. Для гибели сине-зеленых водорослей достаточна доза медного купороса 0,2...0,5 мг/лПри этом медь извлекается из растворов и соединяется с белками водорослей. Поэтому вода считается безопасной для людей (в питьевой воде Си содержание меди не должно превышать 0,1 мг/л). Однако применяемые технологии ввода медного купороса (распыление авиацией, растворение из мешков с лодок) неэкологичны и неэффективны. К недостаткам купоросования относятся также:

1)  дозирование примитивно и нельзя создать равномерную концентрацию;

2)  купорос губителен для мальков;

3)  водоросли поедаются рыбами, рыбы человеком, идет накопление меди в трофической цепи.

Купоросование питьевых и рыборазводных водоемов нежелательно.

•   Хлорирование. Смертельная для сине-зеленых водорослей доза хлора составляет 0,5...1,0 мг/л. Прехлорирование проводят на водоочистной станции, которое при этом убивает водоросли. После этого они коагулируются и садятся с хлопьями на дно отстойника. Но многие флотируют (богатые жирами) и в отстойниках не задерживаются, для их удаления нужны флотаторы или процеживание на микрофильтрах. (Альгицидом является также перманганат калия, но он дороже хлора).

16. РЫБОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ НА ВОДОЗАБОРАХ

            Попадание в водозабор большого количества рыбы и особенно мальков наносит большой вред природным рыбным ресурсам. Кроме того, попавшая в водозабор рыба погибает и загнивает, что создаёт недопустимую санитарно-гигиеническую обстановку на сооружениях, обеспечивающих подачу воды на хозяйственно-питьевые нужды. Поэтому на всех водозаборных сооружениях должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие надёжную рыбозащиту.

         Рыбозащита водозаборов должна рассматриваться по двум направлениям:

·        первое направление предусматривает выбор правильного месторасположения водозаборов и связано с особенностями распределения молоди рыб, её миграции, сезонным и суточным ритмом попадания в данном конкретном водоёме. Определяется район с минимальной концентрацией рыб для устройства водозабора;

·        второе направление связано с защитой рыб, попавших в зону действия водозабора, и основано на знании приёмов управления поведением рыб, их реакцией на отдельные раздражители, использующиеся для отпугивания или направления движения молоди, а также на знании скоростей движения рыб.

При проектировании водозаборов используются следующие принципы рыбозащиты:

·        экологическим – использование закономерностей, связанных с образом жизни рыб (распределением, миграциями и особенностями их попадания в водозабор);

·        поведенческим – использование реакции рыб на те или иные раздражители (свет, звук, электрическое поле и др.);

·        физическими – использование ряда физических явлений при условии обеспечения жизнеспособности рыб (задержание механическими преградами, использование разности плотности воды и рыб и др.).

Наиболее широкое применение получили рыбозащитные устройства, основанные на поведенческом и физическом принципах защиты – сетчатые конструкции и фильтры с различными заполнителями. Полностью исключает попадание рыбы водозабор инфильтрационного типа.

         Наиболее полно обеспечивают защиту от рыб фильтрующие водозаборы, а также русловые водозаборы, если скорость обтекания их потоком более чем в три раза превышает скорость втекания воды в водоприёмные отверстия. В соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 при скорости воды в реке более 0,4 м/с скорость втекания в водоприёмные отверстия должна быть не более 0,25 м/с, а при скорости воды в реке менее 0,4 м/с  не более 0,1 м/с.

         Рыбозащитные устройства можно разделить на три группы:

1.     Механические.

2.     Гидравлические.

3.     Физиологические.

К первой группе относятся механические препятствия для задержания рыб (плоские сетки, вращающиеся сетки, сетчатые барабаны, заграждения из камыша, хвороста, щебня, фильтрующие кассеты, фильтрующие оголовки) работают по принципу создания механических преград с размерами ячеек 2...4 мм.

Наиболее широко используются фильтры и сетки.

КонспектПлоские сетки (рис. 16.1) имеют каркас и сетчатое полотно с промывным устройством, которое предотвращает попадание в водоприёмник рыб и мелкого мусора. Размеры каркаса в ширину не более 1,0 м и в высоту не более 1,5 м. Они устанавливаются во входных окнах после решеток. Из-за механического промывного устройства (вверх-вниз двигается дырчатая труба, создающая ножевую струю) это оборудование ненадежно. Сетка с ячейками 1 х 1 мм предназначена для защиты молоди рыб всех размеров; 2 х 2 мм – для защиты молоди рыб с длиной тела 15 мм и более; 4 х 4 мм – для защиты молоди рыб с длиной тела 30 мм и более.

Рыбозащитные сетки в водоподводящих каналах устраиваются из отдельных секций, которые для чистки поднимают по пазам грузоподъемным устройством, они оснащаются ходовыми мостиками.

Сетчатые барабаны на оголовках промываются при истечении струй из вращающейся дырчатой рамки, к которой подводится вода от напорных линий. Тангенциальное истечение струй заодно создает реактивную тягу для вращения рамки. Аналогичные устройства могут устанавливаться и на входных окнах береговых водоприемников.

В последнее время распространены в практике проектирования фильтрующие кассеты из насыпного заполнителя (рис. 16.2) или из пористых материалов (рис. 16.3).

Фильтрующие кассеты устанавливаются на период рыбозащиты вместо решеток (на схеме показано их горизонтальное сечение). Коробчатое сечение засыпается гравием или щебнем крупностью 30...40 мм толщиной 100…150 мм и крепится с двух сторон от рассыпания крупноячеистыми каркасами.

Пакетно-реечные кассеты подобны фильтрующим, но вместо засыпки в них монтируются вертикально деревянные разноориентированные рейки в несколько рядов. Такое устройство имеет прозоры с размерами, превышающими крупность рыб, но создает впечатление сплошной преграды.

Конспект

Рис. 16.3

 
КонспектРыбозаградитель (рис. 16.4) состоит из нескольких сеток 3, которые устанавливаются в несущую конструкцию 1. Сетки могут быть расположены в плане по прямой или ломаной линии, параллельно или под углом к потоку воды в реке. Для предотвращения повреждения сеток крупными загрязнениями (брёвнами, щепками и т.п.) перед сетками могут устанавливаться грубые решётки 2. Для механической и гидравлической очистки сетчатого полотна от мусора предусматривается специальное очистное устройство 4. В состав очистного устройства входит насос, установленный на тележку, которая движется вдоль сеток по эстакаде 5. Напорный трубопровод насоса расположен вертикально относительно сеток. На нём монтируются специальные устройства – флейты, которые создают струи воды, промывающие сетки.

Для осмотра ремонта и очистки сеток они могут извлекаться из рыбозаградителя подъёмным устройством 5.

 

 
К группе гидравлических рыбозаградителей относятся струенаправляющие устройства, которые обеспечивают направление потока, обеспечивающее отвод рыбы от водозаборных отверстий (рис. 16.5). Обычно гидравлические заградители применяются вместе с рыбозаградителями механического типа. Простейшим мероприятием является снижение входных скоростей до 0,1...0,2 м/с (в 3...4 раза меньше скоростей движения воды в реке) с тем, чтобы рыбы ориентировались на естественные речные потоки воды и не замечали водозабор. Это мероприятие неприменимо в водохранилищах и озерах с малоподвижной водой и при большой производительности водозабора. На рис. 16.6 отводной канал обеспечивает движение потока вдоль рыбозаградителя из сетки или в виде фильтра и отводит рыбу назад в реку.

Конспект
КонспектРис. 16.5 - Гидравлические рыбозаградители:

а, в – струенаправляющие козырьки; б – жалюзи; г – зонтичные (грибковые); 1 – береговой водоприемник; 2 – оголовок; 3 – обтекатель; 4 – жалюзи;

5 – колпак; 6 – самотечные линии

КонспектНа рис. 16.5, а, б, в, г показаны рыбозаградители в виде различных струенаправляющих устройств (отбойные козырьки, обтекатели, жалюзи). Все они создают "гидравлическую тень" в районе водоприемных окон. Весьма эффективными считаются зонтичные (грибковые) рыбозаградители в виде колпака над раструбным простейшим оголовком. Следует иметь в виду, что наибольшие концентрации рыб - в верхних и средних слоях воды, на мелководьях (это и учитывают "зонтики").

Можно создавать водоструйные завесы (дырчатые трубы по сторонам входных окон, в которые подается вода под напором), обеспечивающие принудительный отвод рыбы за пределы водозабора, а также отбрасывание шуги и мусора.

Принцип действия физиологических рыбозаградителей (рис. 16.6) основан на отпугивании рыб от водозаборного сооружения за счет неприятного воздействий на различные рецепторы рыб (электрические поля, звук, свет, завес из воздушных пузырьков и т. п.), изменяя их поведение перед водоприемниками.

Конспект
Рис. 16.7 - Физиологические рыбозаградители:

а, б – электрические; в – воздушно-пузырьковые завесы; 1 – береговой водоприемник; 2 – оголовок; 3 – электроды; 4 – перфорированный трубопровод; 5 – от компрессора; 6 – самотечные линии

Наиболее распространенные типы:

•             электрические рыбозаградительные устройства (рис. 16.7, а, б) представляют собой систему электродов на которые подается импульсный ток низкого напряжения,

•             воздушно-пузырьковые завесы (рис. 16.7, в), которые создаются уложенным на дно или на буях (на подвесе) перфорированным трубопроводом, куда закачивают сжатый воздух. ВПЗ создают три воздействия - зрительно отпугивает стена; пугает шум; образующийся эрлифт выносит рыбу вверх. Сжатый  воздух подается от передвижных компрессоров,  необходимых  только на период рыбозащиты.

Неприятное воздействие на организм рыбной молоди оказывает также подача хлора перед окнами. Ведутся исследования по использованию для отпугивания рыб световых вспышек, звуковых и ультразвуковых волн.

 

17. БОРЬБА С ШУГО-ЛЕДОВЫМИ ЯВЛЕНИЯМИ

 НА ПОВЕРХНОСТНЫХ  ВОДОПРИЕМНИКАХ

            Скорость воды в реке препятствует образованию льда. Поэтому, при отрицательных температурах воздуха до образования ледостава осенью и после вскрытия льда весной, вода переохлаждается, и её температура вследствие турбулентности потока может стать отрицательной. Это вызывает образование внутриводного льда - шуги, которая представляет собой беспорядочно движущиеся в воде кристаллы льда. В зависимости от количества образовавшейся шуги она может частично или полностью заполнять сечение русла реки, затрудняя водозабор.

При малоподвижной воде (скорости до 0,5 м/с) с установлением отрицательных среднесуточных температур воздуха температура воды быстро снижается на поверхности до нуля (самая плотная и теплая вода при +4°С - на дне). Дальнейшее похолодание приводит к тому, что поверхностный слой воды переохлаждается до -1,4°С. При попадании из атмосферы затравок (снежинок, пылинок) на них и на взвешенных веществах в воде возникают кристаллы льда. Они смерзаются и образуют плавающие ледяные пленки. Последние постепенно смерзаются и дают начало ледяному покрову, который со временем утолщается.

В подвижной воде (при скоростях свыше 0,5 м/с и при ветре) за счет турбулентного перемешивания кристаллики льда и переохлажденные пленки (внутриводный лед) увлекаются в толщу потока и спускаются до дна. Там они примерзают к поверхностям выступающих переохлажденных элементов дна и становятся затравкой для дальнейшего роста кристаллов - образуется донный лед. Из-за притока тепла от пород русла донный лед оттаивает отрывается и всплывает, образуя с внутриводным льдом шугу. Вместе с кристаллами льда может флотировать песок, гравиЙ и даже камни. Донный лед образуется в холодное ночное время, а днем всплывает и образует во второй половине дня шугоход.

Шуга, двигаясь с течением реки, попадает к водозаборам. При этом ледяная взвесь обволакивает водоприемные сооружения, намерзает на прутья решеток и под действием возникающего перепада уровней воды резко уплотняется, создает ледяной щит, что приводит к прекращению приема воды. Следует иметь в виду, что кристаллические и гидрофильные вещества обмерзают быстрее. Ледяная взвесь без песка легкая и плывет в верхних потоках. Но шуга, содержащая песок, может перемещаться по всей толще.

Для обнаружения шуги могут применяться автоматические сигнализаторы АСШ-3, которые работают по принципу измерения разности электропроводности льда и воды, подают световые и звуковые сигналы, включают обогрев решеток.

            Главным мероприятием по борьбе с шугой является правильный выбор места водозаборных сооружений и типа водозабора. Так как кристаллы льда легче воды, то они стремятся всплыть на поверхность. Малые скорости воды и спокойное её течение способствуют всплытию шуги, и наоборот, большая скорость и турбулизация потока воды приводят к тому, что шуга находится во всём потоке. Поэтому водозаборные сооружения необходимо располагать на прямых участках русла реки, где поток не зажат какими либо препятствиями и вода движется спокойно (без турбулентных вихрей) и с малой скоростью. Если в месте водозабора таких участков русла реки нет, то может быть целесообразным строительство водозаборного ковша, который как раз, и обеспечивает спрямление потока и малые скорости воды.

Высокой эффективностью по борьбе с шугой являются мероприятия, обеспечивающие малые скорости поступления воды в водоприёмные отверстия. Причём, чем больше шуги в воде, тем меньше должна быть скорость. СНиП 2.04.02-84 рекомендует при тяжёлых шуголедовых условиях скорости втекания воды в водоприёмные отверстия 0,05 – 0,01 м/с. При этом шуга движется по природному течению, не нахватываясь водозабором. Такие малые скорости воды приводят к существенному увеличению размеров водоприёмных отверстий. Увеличивается количество окон в оголовках русловых водозаборов либо их размеры в русловых водозаборах. Это мероприятие является достаточно эффективным для водозаборов малой и средней производительности. На водозаборах большой производительности увеличение размеров водоприёмных окон может повлечь существенное увеличение общих размеров водоприёмных сооружений и, как следствие, значительное увеличение их стоимости. Учитывая то, что шуговые явления могут наблюдаться максимум до 15 дней в году и не каждый год, такое вложение финансовых средств нельзя признать эффективным.

         При малом количестве шуги в реке и небольшой производительности водозабора можно использовать следующие мероприятия:

·        применение решёток для водоприёмных отверстий из гидрофобных материалов, в которых все металлические поверхности покрываются пластмассой, резиной, битумом, эбонитом, каучуком, полиэтиленом или жидким стеклом. Это предотвращает прилипание (примораживание) кристаллов льда к металлу;

·        применение специальных фильтрующих оголовков, например деревянных ряжевых (дерево  обмерзает хуже, чем стальные и бетонные элементы) - см. главу 10;

·        промывка решеток обратным током или импульсная промывка (русловые водоприемники). Обратная промывка при борьбе с тугой проводится через каждые 2…4 часа в течение 10...20 мин. Это эффективно при небольших количествах и коротких сроках образования шуги;

·        отбрасывание шуги сжатым воздухом (пневмозащита) из дырчатых труб по сторонам входных окон;

·   применение струенаправляющих устройств, успокаивающих поток на подходе к водоприемным отверстиям, вследствие чего шуга всплывает и смерзается;

·   отбрасывание шуги гребными винтами катеров рацпредложение для ликвидации аварийной ситуации при отсутствии или неисправности штатного шугозащитного оборудования;

·        применение плавучих ограждающих устройств (шугоотбойников) в виде запаней. Суть состоит в устройстве вокруг водозабора полупогружного щита, задерживающего легкую шугу, движущуюся в слоях воды.

При среднем и большом количестве шуги в реке для  небольшой и средней производительности водозабора можно использовать все перечисленные выше мероприятия  для малой производительности водозабора с дублированием водоприёмных устройств (оголовков). Дополнительные оголовки должны располагаться на таком расстоянии и в таком месте русла реки, что исключало бы возможность одновременного перерыва забора воды.

При среднем количестве шуги в реке для средней и большой производительности водозабора следует использовать обогрев стержней решёток или подогрев массы воды перед решётками паром или тёплой водой. Обогрев должен осуществляться заблаговременно, до начала переохлаждения воды. Не смотря на то, что воду или стержни решёток необходимо нагреть всего на 0,10С выше нуля, эти мероприятия чрезвычайно энергоёмки. На время шугохода опускаются решетки-реостаты с электропроводящими прутьями, которые подогреваются электротоком до 0,01...0,02°С и обмерзание не происходит. Например, мощность, которую необходимо затратить для электрообогрева стержней решёток - 3-8 кВт-ч/м3 воды, что для водозабора средней производительности 20 тыс. м3/сут составляет 60-160 тыс. кВт-ч/сут. В улучшенном варианте используются решетки с индукционным обогревом - ток пропускается непосредственно по стержням или, если последние представляют собой трубки, обогрев их производят, закладывая внутрь электрическую грелку или пропуская по трубам нагретый теплоноситель (воду, трансформаторное масло).

Обогрев решеток горячей водой и паром, которые могут циркулировать по полым стержням или же выпускаться через отверстия перед входными окнами. При этом пар можно получать от передвижных парогенераторов. В системах водоснабжения ТЭЦ и ГРЭС может быть устроен сброс горячей воды у водозабора или предусмотрено наличие в районе водозабора котельной с большой резервной мощностью. Так как оголовки русловых водозаборов малодоступны в зимнее время, то для них электрообогрев решёток не применяется. В этом случае русловые водозаборы должны иметь надёжные промывные устройства, позволяющие в любое время освободить оголовки, решётки, сифонные или самотечные линии от шуги.

При большом количестве шуги в реке для средней и большой производительности водозабора наиболее эффективным является устройство водоприёмного ковша – специального водоподводящего канала, который гарантирует надёжную защиту водозабора от шуги. Акватория ковшей на 2-3 дня раньше речного потока покрывается ледяным покровом. Поступающая в ковш переохлажденная вода с шугой теряет переохлаждение и смерзается с покровом. Более раннее образование ледового покрова в ковше препятствует переохлаждению воды в самом ковше. Это самое кардинальное решение, но и самое дорогостоящее.

Обогрев не может предохранить решётку от механической забивки комьями шуги и поверхностным льдом. Для исключения образования на стержнях решётки поверхностного льда её полностью погружают в воду или утепляют выступающую из воды часть решётки так, чтобы её температура была не ниже 0 0С.

Контрольные вопросы

1.     Оборудование, применяемое для защиты водозабора от сора.

2.     Сетки. Схемы подачи воды.

3.     Способы рыбозащиты. Конструкции рыбозащитных устройств.

4.     Защита водозаборов от льда и шуги.

 

18. ВОДОПРИЕМНЫЕ КОВШИ

18.1. Назначение ковшей

Ковшевой водозабор представляет собой естественный или искусственный бассейн (каналы, заливы), подводящий воду к водоприёмнику. Скорость воды в ковше меньше, чем в реке, поэтому он применяется для предварительного осветления воды и для защиты водозабора от шуги. Ковшевые водозаборы применяют для крупных ответственных водозаборов, чаще всего промышленных, производительностью до 25 м3/с (для хозяйственно-питьевых водопроводов от 100 тыс. до 1 млн. м3/сут.).

Ограждающая речная дамба ковша отклоняет от водоприёмных отверстий водозаборов плывущую по поверхности шугу. Малые скорости движения воды внутри ковша обеспечивают установление в ковше ледяного покрова раньше, чем в реке. Шуга образуется при переохлаждении воды. Наличие ледяного покрова стабилизирует температурный режим потока, и переохлаждение воды в ковше не происходит. Из- за малой скорости воды шуга всплывает и примерзает к поверхностному льду. В водозабор поступает вода, освобождённая от шуги.

Кроме основного назначения – борьба с шуголедовыми помехами – ковш выполняет следующие функции:

·        малые скорости способствуют выпадению взвешенных веществ, обеспечивая предварительную очистку воды от взвешенных наносов при мутности 2000…4000 мг/л;

·        создаются достаточные глубины (на 1-1,5 м ниже дна) для устройства береговых водоприемников при пологих берегах;

·        повышается отбор воды при минимальных расходах реки (до 50% минимального суточного расхода реки).

Водоприёмный ковш представляет собой искусственный залив, который образует дамба, вынесенная в русло реки, или отрытая в береге выемка. Проще и дешевле устраивать ковш в русле реки путём сооружения дамбы. Если ковш предназначен для борьбы с шугой и льдом, то верх дамбы должен быть выше уровня воды в период шугохода и ледохода. В другие периоды дамба может затапливаться. Если ковш используется для предварительного осветления воды, то дамба должна быть не затапливаемой.

Ковш не должен значительно изменять режим речного потока. Стеснение потока не должно вызывать затор льда и ухудшать существующее водопользование.

18.2. Основные типы ковшей

 

Использование того или иного типа ковша должно быть обосновано путём анализа гидрологических и других характеристик реки. Обычно проектированию ковша предшествует гидрологическое моделирование в лабораторных условиях. Типы ковшей и область их применения приведены в таблице.

Тип и схема устройства ковша

Область применения

Конспект

Не затапливаемый с низовым входом, частично или полностью выдвинутый в реку:

1 – дамба; 2 – водоприёмное сооружение; 3 – ковш.

На шугозажорных реках с постепенно нарастающими значительными подъёмами уровней перед или в период ледостава;

На реках с тяжёлым весенним ледоходом при относительно небольших подъёмах уровней воды в русле;

При отсутствии сбросов промышленных стоков ниже места водозабора на участке берега не менее 10-кратной величины выноса внешней грани ковша в русло.

Конспект
Не затапливаемый с низовым входом, частично или полностью выдвинутый в реку, с затапливаемой в половодье верховой шпорой:

1 – дамба; 2 – водоприёмное сооружение; 3 – ковш, 4 – верховая шпора.

На реках без шугозажорных режимов или особо тяжёлых условий весеннего ледохода, если количество наносов, транспортируемых рекой в половодье, не превышает 0,75 кг/м3.

Конспект
Не затапливаемый с низовым входом, частично или полностью выдвинутый в реку, с затапливаемой в половодье верховой и низовой шпорами:

1 – дамба; 2 – водоприёмное сооружение; 3 – ковш, 4 – наносозащитная верховая шпора, 5 – наносозащитная низовая шпора.

На реках без шугозажорных режимов или особо тяжёлых условий весеннего ледохода, если количество наносов, транспортируемых рекой в половодье, не превышает 0,75 кг/м3.

При необходимости  сбросов промышленных стоков ниже места водозабора на участке берега не менее 10-кратной величины выноса внешней грани ковша в русло.

Конспект

Затапливаемый с низовым входом, частично или полностью выдвинутым в русло реки:

1 – дамба; 2 – водоприёмное сооружение; 3 – ковш

На реках не допускающих стеснение русла реки в период паводков и половодий, при недостаточных глубинах у берега и возможности формирования береговых шугозажоров, а также при отсутствии специальных требований к предварительному осветлению воды.

Конспект

Заглубленный в берег с углом отвода 1350:

1 – ковш; 2 – водоприёмник.

На реках с ограниченной интенсивностью шуголедовых явлений, русла которых изогнуты или сложены слабыми мелкозернистыми грунтами.

Конспект

Частично выдвинутый в русло, частично заглубленный в берег с самопромывающимся входом:

1- дамба; 2 – водоприёмник; 3 – ковш; 4 - низовая не затапливаемая дамба; 5 - верховая затапливаемая в половодье дамба.

При необходимости поддержания у входа в ковш или подходе к нему глубин, превышающих бытовые, особенно в случаях неглубокого залегания кровли коренных пород.

Конспект

С низовым входом и регуляторами:

1 – водоприёмник; 2 – ковш; 3 – речная не затапливаемая дамба.

На сильно шугоносных реках, транспортирующих в паводки большое количество взвешенных наносов.

Как видно из схем, ковши могут быть построены двумя способами: или выемкой грунта на берегу, или намывом (отсыпкой) дамбы, отделяющей акваторию ковша от реки.

Достоинство врезанных в берег ковшей состоит в том, что они не стесняют речной поток, но они дорогие и трудоемкие. Такие типы нежелательны при скальных и прочных грунтах берега. Их строительство удешевляется, если использовать такие явления рельефа, как овраги, балки, тальвеги.

Ковши, вынесенные в русло, дешевле и проще в строительстве (дамбы обычно намываются земснарядами), но стесняют поток и требуют крепления внешней стороны дамбы от размыва. Их целесообразно применять при русле из легких пород. Если ковш служит для борьбы с шугой или отбора больших количеств воды из реки, дамба может в паводок затапливаться. При защите водозабора от взвешенных веществ дамба не должна затапливаться высокими водами.

Ковши с верховым входом не рекомендуются для защиты от шуги и взвешенных наносов,

На схемах в таблице показаны ковши, где видно, что форма акватории ковша может быть изогнутой, ломаной, овальной или круглой. Ковши могут быть частично врезанными в берег, частично вынесенными в русло. Наконец, могут быть самопромывающиеся ковши, если у основания дамбы устроить перемычку с затвором, открывающимся во время паводка. Паводковые воды движутся с большой скоростью и, двигаясь транзитом через ковш будут вымывать с его дна отложения, вынося их в реку.

Чистка остальных видов ковшей должна производиться не реже раза в 2...3 года следующими способами:             

•         земснарядами или универсальными плавучими машинами, состоящими из понтона и землесоса (при отсутствии лесосплава и топляков);

•         кранами-грейферами на баржах (при наличии на дне топляков);

•         экскаваторами-драглайнами при небольших размерах ковшей.

18.3. Гидравлика и расчет ковшей

На рис. 18.1 показан план наиболее распространенного типа ковша для борьбы с шугой. Основная масса воды в ковше движется в виде транзитной струи от входа до водозабора. В устье ковша транзитная струя из-за инерции воды наталкивается на берег ковша, и этот участок, показанный на схеме жирной линией, требует крепления. В акватории ковша будет также наблюдаться две водоворотных зоны - в начале и в конце канала.

В гидравлике ковшей различают режим деления и водообмена. Первый будет наблюдаться при отборе водоприемникам значительной части расхода реки (в межень), второй - при отборе малой доли расхода реки (в паводок). В режиме деления по всей транзитной струе вода движется в одном направлении - к водозабору. В режиме водообмена в верхней части струи вода будет двигаться к водозабору в количестве, превышающем его производительность. "Лишняя" вода, не принятая водозабором, будет двигаться от него в реку (в обратном направлении) в придонной части транзитной струи. Это течение будет выносить часть отложений из ковша в реку.

 

 

Конспект

Рис. 18.1 - Гидравлика ковша:

1 - водоприемник; 2 - транзитная струя; 3 - водоворотные зоны.

Рассмотрим расчет ковша указанного типа из условия, что он осуществляет шугозащитную функцию.

Расчёт ковшей заключается в определении следующих основных размеров:

·        глубины ковша,

·        поперечного сечения,

·        длины.

Все эти размеры должны обеспечить следующие условия:

§  забор воды при минимальном уровне в реке,

§  внутриводный лед и шуга должны успеть всплыть до попадания в оголовок,

§  взвешенные вещества (наносы) должны осесть (если ковш предназначен для предварительной очистки воды),

§  должна быть возможность захода в ковш  земснаряда для очистки дна.

Глубина ковша рассчитывается из условия размещения оголовка или окон берегового колодца (см. разд. «водоприемники», рис. 10.1). При этом следует учитывать:

·        толщина слоя наносов над дном принимается 0,5-1,0 м, а низ окна должен быть на 0,5 м выше верха наносов,

§  расстояние от верха окон до низа льда – не менее 0,25м,

§  толщина льда в ковше на 30% больше, чем в реке.

Размеры поперечного сечения ковша определяются, исходя из его формы и скоростей движения воды. Сечение ковша обычно трапециидальное, при земляных откосах уклоны принимаются для внутренних стен – 2:1, а для наружных – 3:1. Расчет ведётся по средней скорости движения воды, которая обеспечивает всплытие шуги в нём. Эта скорость Jк должна быть меньше скорости, соответствующей нижнему пределу шугоносности потока и может быть определена по формуле

Конспект,                                       (18.1)

где k – опытный коэффициент, принимаемый в пределах от 1,2 до 3,0. Скорость должна определяться с учетом толщины расчетного слоя  наносов.

В обычных условиях отметку дна ковша Ñд.к. назначают из расчета обеспечения требуемых глубин в нем в периоды стояния расчетных низких горизонтов воды в реке. Чаще всего это требование относится к минимальным уровням зимней межени (Ñм.з.у), когда в водоприемном ковше устанавливается расчетная толщина ледяного покрова. Для этого случая отметку дна ковша можно определить по формуле

Конспект, м,                (18.2)

где 1,33 - коэффициент увеличения толщины льда в ковше по сравнению с толщинами льда, формирующегося в русле;

Конспект - плотность льда;

Конспект - расчетная толщина ледяного покрова в русле реки;

0,3 - заглубление верхней кромки водоприемного отверстия высотой (диаметром) D под нижнюю поверхность льда;

Конспект - высота порога приемных отверстий, назначаемая в зависимости от высоты слоя наносов в водоприемном ковше в пределах отложении 0,4...1м.

Ширину ковша по дну определяют по минимальному уровню воды в период шугохода Конспект с учетом наличия в ковше льда (dл=0,3...0,5 м) и наносов (слой Конспект), уменьшающих глубину живого сечения до значения:

Конспект, м.                                 (18.3)

При заданном геологическими условиями заложении откосов т ширину водоприемного ковша по дну находят по формуле

Конспект, м,                       (18.4)

где - производительность водозабора, м3/с;

Конспект - скорость транзитной струи, м/с, равная 0,05 - 0,15 м/с;

m=tg a (a - угол заложения откосов ковша);

- высота наносов, м;

- высота живого сечения канала, м.

Значение Вд при этом принимают не меньше ширины (5...8 м), необходимой для прохода снаряда, используемого при очистке ковша от наносов. Длина ковша изменяется от 60 до 100 м и поэтому полную длину водоприемного ковша, заглубленного в берег, измеряемую по его оси от начального сечения входа до водоприемника, вычисляют по формуле

Конспект, м,                                  (18.5)

где Конспект – длина входной части ковша, охватываемой водоворо­том на входе и засоряющейся шугой еще в начале шугохода (водоворотная зона), м:

Конспект, м,                                  (18.6)

Конспект – длина участка ковша, на котором в течение шугохода откладываются захваченные в ковш шуга и ледяная взвесь - изменяется от 5 до 35 м в зависимости от формы и размещения ковша;

Конспект – длина рабочей части, в пределах которой к концу шугохода обеспечивается полное всплытие в транзитной струе всех скоплений кристаллов льда, имеющих гидравлическую крупностью 0,015- 0,2 м/с.

Ширину гребня дамб ковшей принимают от 4 до 5 м, ширину берм - 1,5-2,0 м, если последние не предназначены для прохода автомашин или экскаваторов.

Выше приведен ориентировочный расчет ковша. Проектные организации прибегают при конструировании ковшей к натурному моделированию, так как математическое описание реальных условий весьма затруднительно.

Контрольные вопросы

1.     Ковши для водозабора. Назначение.

2.     Схемы ковшей и область применения.

3.     Расчет ковшей.

 

19. ЗОНЫ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ 

НА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОЗАБОРАХ

Зоны санитарной охраны (ЗСО) источников водоснабжения и водозаборных сооружений устанавливают с целью обеспечения их санитарно-эпидемиологической надёжности. Зона санитарной охраны для поверхностных источников водоснабжения должна состоять из трёх поясов:

*  первого – строгого режима;

*  второго и третьего – режимов ограничений.

Первый пояс (пояс строгого режима) охватывает часть используемого водоёма в месте водозабора и территорию расположения водозаборных сооружений. Территорию первого пояса изолируют от доступа посторонних лиц, ограждают забором и озеленяют. На ней запрещаются:

*  все виды строительства;

*  выпуск стоков;

*  купание;

*  водопой и выпас скота;

*  рыбная ловля;

*  применение для растений ядохимикатов и удобрений.

Акватория первого пояса ограждается бакенами.

Границы первого пояса ЗСО реки или канала устанавливаются в зависимости от местных условий, но во всех случаях:

*  вверх по течению - не менее 200 м от водозабора;

*  вниз по течению - не менее 100 м от водозабора;

*  по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м от линии уреза воды при наивысшем её уровне;

*  в направлении от прилегающего от водозабора берега в сторону водоёма при ширине реки или канала менее 100 м (рис. 19.1) – вся акватория и противоположный берег 50 м от линии уреза воды при наивысшем её уровне;

*  при ширине реки или канала более 100 м - полоса акватории не менее 100 м.

Границы первого пояса санитарной охраны водохранилища или озера, используемого в качестве источника водоснабжения, должны быть:

*  по акватории не менее 100 м во все стороны от водозабора;

*    по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м от линии уреза воды при наивысшем её уровне.

КонспектВторой пояс ЗСО включает источник водоснабжения и бассейн его питания, т. е. все территории и акватории которые могут оказать влияние на качество воды источника, используемого для водоснабжения.

Границы второго пояса ЗСО должны быть:

*  вверх по течению, исходя из пробега воды от границ пояса до водозабора при расходе воды 95% обеспеченности, в срок от трёх до пяти суток;

*  вниз по течению - не менее 250 м от водозабора;

*  боковые границы по водоразделам.

 

 
Границы  второго пояса санитарной охраны водохранилища или озера определяют, исходя из продолжительности протекания воды от них до водозабора в течение не менее пяти суток при максимальной скорости течения и с учётом стоковых и ветровых течений.

Во всех случаях границы второго пояса должны обеспечивать качество воды по ГОСТ 2761-74 на расстоянии от водозабора для проточных источников – 1 км вверх по течению, для непроточных источников и водохранилищ 1 км в обе стороны.

Границы третьего пояса ЗСО поверхностного источника водоснабжения должны быть вверх и вниз по течению водотока или во все стороны по акватории водоёма такими же, как для второго пояса. Боковые границы - по водоразделу, но не более 3 – 5 км от водотока или водоёма.

Контрольные вопросы

1.     Зоны санитарной охраны поверхностных водозаборов. Пояса санитарной охраны.

2.     Ограничения деятельности, определение границ.


ПОДЗЕМНЫЕ ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

 

20. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 

ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Основную роль в формировании запасов подземных вод, используемых для водоснабжения, играют инфильтрационные и конденсационные процессы. Инфильтрационные процессы приводят к накоплению в земной коре воды в результате:

Ø фильтрации через почву атмосферных осадков;

Ø насыщение водой грунтов через берега и дно рек, озер, водохранилищ, прудов, каналов; 

Ø фильтрации через почву воды при сельскохозяйственном орошении и т.п.

Конспект

При конденсационных процессах  водяные пары подземного воздуха конденсируются на частицах грунта; по мере накопления эта влага переходит в капельную форму и сила тяжести увлекает ее. Но все-таки подземные воды образуются, главным образом, за счет инфильтрации атмосферных и поверхностных вод, которые проникают в толщу земли и создают там подземные потоки и бассейны. На рис. 20.1 дан условный геологический разрез, на котором рассматривается образование подземных вод в результате инфильтрационных процессов и их залегание в земной толще. Подземные и поверхностные воды находятся в постоянном взаимодействии.

Атмосферные и поверхностные воды проникают в толщу земли через водопроницаемые породы. Породы, через поры либо трещины которых фильтруется вода, называются водоносными. Они делятся на рыхлые (песок, гравий, галечник, щебень) и трещиноватые (известняк, гранит, сланцы). Породы, непроницаемые для воды и содержащие ее в недостаточном количестве для целей водоснабжения, называются водоупорами (глина, плотная скала). Остальные породы сами являются водонепроницаемые, но вода в их трещинах движется (известняк, песчаник). При использовании для целей водоснабжения подземных вод производят гидрологические изыскания, которые устанавливают мощность водоносного горизонта, область его питания, количество воды, которое можно получить.

В зависимости от строения почв, грунтовые потоки делят на категории:

1.     безнапорные;

2.     напорные.

Безнапорные потоки в том случае, когда водоносный слой насыщен водой не на всю высоту, а напорные потоки – при полном насыщении водоносного пласта, находящегося между двумя водонепроницаемыми пластами.

По характеру залегания различают следующие виды подземных вод:

1) Верховодка - воды, которые образуются при просачивании атмосферных осадков сквозь хорошо фильтрующие породы вследствие накопления на преграде. Располагается наиболее близко к земной поверхности, которая залегает на водоупорных линзах (вогнутая часть линзы обращена к поверхности земли). Количество и состав этой воды резко изменяется в зависимости от гидрометеорологических условий (таяние снега или длительный дождь), она легко подвергается загрязнению с поверхности, имеет малый дебит, пересыхает в жаркое время года и, поэтому, не представляет интереса для водоснабжения.

2) Грунтовые безнапорные воды образуются при фильтровании поверхностной или атмосферной воды и скопления ее над первыми от поверхности земли водоупорными пластами. Количество и качество этой воды также зависит от гидрометеорологических факторов и колеблется по сезонам года. Может залегать в двух формах: грунтовый бассейн - котловина с водоупорным ложем, заполненная грунтовой водой, не имеет выраженного течения; грунтовый поток - вода течет (фильтруется) по водоносному слою в сторону наклона водоупора и выходит на поверхность в виде родников. Грунтовые безнапорные воды широко используются для водоснабжения домов усадебного типа и дач в сельской местности.     Имеют ограниченное применение, так как их санитарное качество не всегда удовлетворяет требованиям потребителя. Мощность водоносных горизонтов грунтовых вод может достигать значительных величин: от 10 м в верховьях рек до 70 м в нижнем течении.

На глубине водоносные горизонты (пласты) могут перекрываться водоупорами. В таких условиях грунтовые воды переходят в межпластовые, так как водоносная толща в вертикальном разрезе зажата между непроницаемыми для воды пластами. Верхний из этих пластов называется  водоупорной кровлей, а нижний - водоупорным ложем.

3) Межпластовые воды делятся на: напорные и безнапорные. Они  находятся между двумя пластами водоупора и считаются самыми лучшими для питьевого водоснабжения, так как обеспечивают самую высокую санитарную надежность (защищены от загрязнений). Особенно чистыми являются напорные (так называемые "артезианские") воды - при нарушениях плотности кровли пласта вода выдавливается из водоносного пласта, а не поглощается им из вышележащих загрязненных слоев. Мощность межпластовьгх горизонтов может составлять от 2 до 100 м.

Если для забора межпластовых вод пробурить скважины, то могут иметь место три случая:

- Уровень воды в скважине соответствует уровню воды в водоносном пласте. В этом случае межпластовые воды безнапорные. Они встречаются в мощных водоносных пластах и не заполняют их полностью. Влияние гидрометеорологических факторов менее выражено. Питание водоносного пласта осуществляется через участки, не перекрытые верхним водоупором. Такие воды используются  для водоснабжения.

- Уровень воды в скважине располагается выше  водоупорной кровли и соответствует гидростатическому давлению воды в пласте, которое является следствием увеличения глубины залегания верхнего водоупора. В этом случае межпластовые воды напорные. Они имеют устойчивый состав, наиболее надежны в санитарном отношении, так как защищены водоупором от поверхности земли, откуда возможно поступление загрязнений. Наиболее пригодны для водоснабжения ввиду стабильности запасов воды и химико-бактериологических характеристик.     

- Межпластовая вода фонтанирует (самопроизвольно изливается) из скважины. Фонтанирующие межпластовые воды еще называют артезианскими - от провинции Артезия во Франции, где впервые были пробурены фонтанирующие скважины. Сейчас в технической литературе артезианскими могут называться и не фонтанирующие скважины. Артезианские воды по существу  являются напорными межпластовыми водами и, поэтому наиболее пригодны для водоснабжения.         При выходе напорных межпластовых вод на поверхность образуются восходящие родники.

4) Подрусловые (инфильтрационные воды) имеют качество грунтовых вод и являются промежуточными между подземными и поверхностными водами. Находят широкое применение, особенно в зарубежной практике, где отказываются от непосредственного приема воды из рек, и предпочитают забор частично очищенных естественным образом подрусловых вод.

5) Родники (ключи) - разновидность межпластовых вод, выходящих на поверхность земли, как правило, на склонах. Являются прекрасным водоисточником, но имеют ограниченный дебит и могут использоваться только для небольших потребителей. Ключи делятся на нисходящие и восходящие. Нисходящими называют ключи, выходящие на земную поверхность вследствие выклинивания (выхода) водонепроницаемого слоя по которому идет грунтовый поток. Восходящие ключи - это ключи, которые выходят на земную поверхность снизу их напорных горизонтов.

Различают происхождение подземных вод:

·              инфильтрационное (просачивание сквозь хорошо фильтрующие породы атмосферных осадков и воды из поверхностных источников);

·              конденсация паров из воздуха (в пустынях);

·              ювенильное - из паров магмы (первичное образование подземных вод при формировании земной коры).

На рис. 20.1 изображено питание подземных вод за счет фильтрации поверхностной воды из озера. С другой стороны, подземная вода служит источником питания для реки. Особое значение это приобретает в связи с возрастающим загрязнением поверхностных вод промышленными и бытовыми стоками, так как это может привести к загрязнению подземных вод питьевого качества.

Контрольные вопросы

1.     Подземные воды. Происхождение и характеристика.

 

21. ТИПЫ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ЗАХВАТА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Устройство водозаборных узлов и их отдельных элементов и состав сооружений для приема подземных вод зависят от:

·        условий залегания;

·        мощности;

·        водообильности;

·        глубины залегания;

·        геологического строения водоносных горизонтов;

·        гидравлических характеристик потока (его напора, скорости, направления движения, связи с другими водоносными пластами, связи с другими водоносными пластами, массивами и поверхностными водами);

·        санитарного состояния территории;

·        необходимости в искусственном восполнении запасов подземных вод и его конструктивного решения;

·        наличия водоносных пластов, содержащих воду неудовлетворительного качества, намечаемой производительности и технико-экономических показателей.

В зависимости от конкретных условий для приема подземных вод могут применяться сооружения следующих типов:

1.     вертикальный водозабор (скважина или шахтный колодец);

2.     горизонтальный водозабор;

3.     комбинированный водозабор;

4.     лучевой водозабор;

5.     каптажи.

Скважины - вертикальный водозабор, является наиболее распространенным сооружением для захвата подземных вод в различных условиях. Глубина скважины определяется глубиной залегания и мощностью водоносного горизонта и может лежать в пределах от 5 до 1000 м. Обычно, для водоснабжения используют скважины глубиной до 150 м, реже до 300 м, совсем редко до 800 м и более.

Шахтные колодцы - вертикальный водозабор, применяется, как правило, во-первых, от поверхности безнапорных водоносных горизонтах (грунтовые воды, верховодка), сложенных рыхлыми породами (песками, галечниками), мощностью не более 10 м. Применяются для забора безнапорных вод при ограниченной глубине их залегания до 20...40 м, исходя из параметров машин для изготовления колодцев. Бывают любой формы.

Горизонтальные водозаборы - дрены, галереи, штольни - устраиваются для захвата воды из безнапорных пластов при их мощности до 8м. Преимущественно располагают их вблизи поверхностных водоемов.

Комбинированные водозаборы состоят из горизонтальных дрен (галерей, штолен) с системой, соединенных с ними, вертикальных скважин. Сооружения такого типа целесообразно применять при наличии, наряду с основным каптируемым водоносным горизонтом, более глубоких напорных вод.

Лучевые водозаборы - представляют собой водонепроницаемые шахтные колодцы с расходящимися из них горизонтальными лучами скважинами. Лучевые водозаборы устраивают при глубине залегания водоносных пластов для 15 - 20м и их мощности не более 20м. Шахтные колодцы в этом случае служат для сбора воды из горизонтальных скважин.

Каптажи источников (родников) устраиваются в виде сборных камер или не глубоких колодцев и применяются для захвата подземных вод при концентрированном их выходе на поверхность в виде восходящих или нисходящих родников.

Выбор типа и схемы водозабора определяется гидрогеологическими условиями, производительностью водозабора и технико-экономическими соображениями. Наряду с выбором типа водозабора важным является определение схемы его расположения на местности. Например, в долинах рек с постоянным поверхностным стоком и при возможности фильтрации речных вод в водоносный пласт водозаборные сооружения любого типа следует располагать вдоль берега реки. В артезианских бассейнах (вдали от поверхностных источников) схема расположения водозабора определяется технико-экономическим сравнением различных вариантов. При этом захват подземных вод стремятся осуществить возможно ближе к потребителю.

 

22. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ПАРАМЕТРЫ ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ

Если в водоносном пласте сделать колодец или скважину и не откачивать из них воду, то она поднимется на высоту, соответствующую уровню безнапорных вод (в безнапорных пластах) или величине гидростатического давления (в напорных пластах).

Уровень воды в колодце при отсутствии откачек называется статическим уровнем воды (СУВ) (см. рис. 22.1). При откачке воды из колодца уровень в нем понижается, и в водоносном слое происходит движение воды к колодцу. Вокруг колодца также происходит снижение уровня подземных вод (безнапорные пласты) по некоторой кривой, которую называют кривой депрессии. Область, ограниченная кривой депрессии - депрессионная воронка. Расстояние R от центра колодца, на котором наблюдается понижение уровня, называется радиусом влияния. Величина его зависит от свойств водоносной породы:

-для мелкого песка - 50 - 100 м,

- для гравия 1500 - 3000 м.

В напорных водоносных пластах вследствие откачки воды из колодца и притока к нему воды происходит уменьшение давления на водоупорную кровлю вокруг колодца по некоторой кривой, которую изображают в виде условной кривой депрессии (см. рис. 22.2).

КонспектКонспектКоличество воды, притекающей к колодцу при откачке, называется дебитом (обычно выражается в м3/ч). Если количество откачиваемой воды будет равно притоку, то уровень в колодце займет постоянное положение. Такой уровень называется динамическим уровнем воды (ДУВ). Количество откачиваемой воды при понижении уровня в колодце на 1 м, называется удельным дебитом. Колодец, прорезающий весь водоносный слой и доходящий основанием до водоупора (рис. 22.1) называется совершенным, а не доходящий до водоупора (рис. 22.2) - несовершенным. Водоносный горизонт вскрывается полностью, когда предполагается получить из скважины максимально-возможный дебит или когда мощность водоносного слоя сравнительно невелика. При большой мощности и водообильности водоносного пласта он вскрывается скважинами лишь частично.

 

Конспект
При размещении нескольких скважин в одном водоносном пласте на расстоянии меньшем (рис. 22.3), чем два радиуса влияния, они взаимодействуют. При откачке воды из таких скважин дебит каждой будет меньше по сравнению с независимой работой из-за пересечения депрессионных воронок. Для получения такого же количества воды для взаимодействующих скважин требуется дополнительное понижение уровня на величину Конспект. Наибольшее значение Конспект будет в центральной из взаимодействующих скважин. Дополнительное снижение уровня вызывает увеличение затрат на подъем воды с большей глубины. С другой стороны, размещение скважин друг от друга на расстояниях больших, чем два радиуса влияния, приводит к увеличению длины водоводов, потерь напора в них, а также размеров водозабора, что так же приводит к дополнительным затратам. Следовательно, при определении расстояния между скважинами необходимо рассмотреть несколько вариантов и выбрать оптимальный по величине приведенных затрат.

При движении подземных вод происходит фильтрация воды через поры водоносной породы. Вода в порах движется по сложным извилистым каналам. Скорость движения воды принято относить не к площади каналов или пор, а ко всей площади поперечного сечения потока в фильтрующей среде. Движение подземных вод может быть ламинарным (в песках и других мелкозернистых породах) и турбулентным (галька, щебень и трещиноватые породы). Движение подземных вод будет установившимся, если параметры потока (скорость, расход, напор) не изменяются во времени. Если они во времени изменяются, то движение - неустановившееся. Важной характеристикой водоносных пород является коэффициент фильтрации К, который представляет собой скорость фильтрации при потере напора в фильтрующем материале равной одному метру. Величина его зависит от размеров зерен водоносной породы и ее пористости, выражается в м/сут или в м/ч. Например, для мелкого песка К=5-10 м/сут, а для крупного гравия К=200-300 м/сут.

 

23. УСТРОЙСТВО СКВАЖИН. КРЕПЛЕНИЕ СКВАЖИН ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ

КонспектНаиболее распространенным типом водозаборного сооружения для захвата  подземных вод является скважина или трубчатый колодец. Скважины рекомендуется сооружать при залегании водоносного пласта на глубине  более 10 м и его мощности более 5-6 м.                          

Принципиальная конструкция скважины приведена на рис. 23.1. Ствол скважины 1 представляет собой телескопическую систему труб, назначение которой - предотвратить обрушение стенок и препятствовать проникновению в скважину воды из не эксплуатируемых водоносных пластов.

Верхняя часть скважины - устье 2 - оформляется в виде шахтового направления и кондуктора . В нижней части, в районе водоносного пласта, располагается фильтр 3. Устье 1 выходит в подземный колодец или павильон 4. Совокупность павильона или колодца и устья называется оголовком, назначение которого - предохранить подземный водоносный горизонт от загрязнения с поверхности земли. В оголовке также располагается оборудование для эксплуатации скважины. Внутри ствола устанавливается насос 5 для откачки воды из скважины.

Конструкция ствола скважины, количество колонн и т.д., зависит, в основном, от способа бурения скважины. Бурение скважин на воду  преимущественно осуществляется двумя основными способами:

1.     ударно канатным,

2.     вращательным (роторным).

Ствол скважины изготавливают из стальных обсадных труб с толщиной стенок от 6 до 12 мм, которые соединяются между собой муфтами на конической резьбе. Наружный диаметр труб от 114 до 508 мм. Для крепления скважин диаметром  более 500 мм  применяют стальные электросварные трубы с толщиной стенок 7-12 мм,  которые соединяются на сварке. Для крепления скважин глубиной до 250 м при свободной посадке обсадных труб (когда  диаметр скважины несколько больше наружного диаметра трубы) допускается применение неметаллических труб с обязательной затрубной цементацией 5, (рис. 23.2) - чаще всего это асбестоцементные трубы марок ВТ-9 и ВТ-12.        

КонспектНаибольший диаметр у шахтового направления , которое имеет длину 4-6 м, служит направляющей для последующих труб, чтобы не было искривления ствола скважины. Кондуктор предназначен для перекрытия неиспользуемых водоносных горизонтов, обеспечения вертикальности скважины и имеет длину до 50 м. При глубине скважины до 150 м кондуктор обычно не устанавливается, его роль в этом случае выполняет шахтовое направление.        

Для обеспечения надлежащего санитарного режима скважины кондуктор стремятся забурить в верхний водоупорный слой. Пространство между кондуктором и следующей колонной обсадных труб цементируют (межтрубная цементация). Цементируют также пространство между кондуктором и стенкой скважины (затрубная цементация 5, рис. 23.2). Таким образом, грунтовые воды, собирающиеся на верхнем водоупорном слое, не будут проникать в ствол скважины.

Все остальные элементы ствола называются колоннами обсадных труб. Та колонна, в которой располагается водоподъемное оборудование 5, называется эксплуатационной колонной. Все остальные - конструктивные и технологические. Технические колонны после завершения строительства частично или полностью извлекаются.

Расстояние от низа, или как его еще называют - башмака предыдущей колонны называется выходом колонны, величина которого зависит от способа бурения. При ударно - канатном бурении в сухих, связных и полускальных породах выход колонн 25-30м. В тех же породах,но влажных и водоносных выход 35-45 м. При роторном бурении во всех видах пород выход до 1000 м. Следует стремиться к переходу с одной колонны на другую в водоупорном слое, причем башмак колонны заделывается на 3-5 м в водоупор.

Кольцевой зазор между колоннами цементируется на глубину не менее трех метров (межтрубная цементация 4, рис. 23.2). После этого внутренняя колонна 2 для экономии труб обрезается и извлекается из скважины. Не эксплуатируемые водоносные пласты должны перекрываться двумя колоннами труб с межтрубной цементацией.

Так как обсадные трубы соединяются на муфтах, наружный диаметр которых больше наружного диаметра соответствующих труб, то разница между предыдущей 6 и последующей 2 (рис. 23.2) колоннами обсадных труб должна быть не менее 50 мм. Диаметр эксплуатационной колонны должен быть при использовании насосов с погружным  электродвигателями - равным номинальному диаметру насоса, а при использовании насосов с двигателями, расположенными в оголовке скважины - на 50 мм больше номинального диаметра насоса.

Заливка цементным раствором межтрубного пространства (рис. 23.2) производится при помощи трубок 1. Открытый конец внутренней обсадной трубы 2 закрывается пробкой 2. Предварительно прогоняют воду и этим промывают межтрубное пространство, после чего накачивают цементный раствор 4. Для цементации применяют специальный портландцемент или тампонажный цемент.                                

Контрольные вопросы

1.     Классификация сооружений для забора подземных вод.

2.     Основные понятия о движении подземных вод – статический, динамический уровни, дебит, понижение, воронка депрессии, взаимное влияние скважин.

3.     Конструкции скважин – трубчатых колодцев.  Крепление стенок скважин.

24. БУРЕНИЕ СКВАЖИН

Бурение скважин складывается из трех операций:

1.     разрушение породы в забое;

2.     удаление породы из ствола скважины;

3.     крепление стенок скважины обсадными трубами.

Бурение скважин на воду осуществляется, в основном, двумя способами - роторным и ударно-канатным.

Роторный способ заключается в разрушении породы забоя скважины вращающимся буровым наконечником (долотом). На практике применяются два способа роторного бурения: с прямой и обратной промывкой. Роторный способ бурения рекомендуется для бурения скважин любой глубины в хорошо изученных гидрогеологических условиях.

Бурение роторным способом  производится при помощи специальных станков с мачтой высотой до 25 м в следующей последовательности. Планируется площадка размером 8 на 12 м, отрывается шурф глубиной около 1 м, в который устанавливается кондуктор. Пространство между стенками шурфа и кондуктором заливается бетоном. Буровой агрегат монтируется над кондуктором. Разрушение породы производится долотами. Для мягких пород применяют долота "рыбий хвост", для твердых пород - шарожечные долота. Долота вращаются на бурильных трубах со скоростью 100 - 200 об/мин.

При роторном бурении с прямой промывкой (рис. 24.1) через колонну бурильных труб грязевым насосом к забою скважины подводится промывочная жидкость. В устойчивых скальных породах - это вода, в остальных - глинистый раствор. Глинистый раствор применяют для следующих целей:

Конспект*  очистка забоя от выбуренной породы (шлама) и выноса ее на поверхность;

*  глинизация стенок скважины для предохранения их от разрушения во время бурения в рыхлых породах;

*  охлаждение рабочей части долота во время бурения.

Глинистый раствор поднимается на поверхность в отстойник, где от него отделяется порода. Очищенный раствор вновь закачивается в скважину. По окончании бурения в скважину свободно опускаются трубы, а затем производится цементация затрубного пространства.

При бурении скважин роторным способом с глинистым раствором вследствие кольматации водоносного горизонта глинистыми частицами, резко ухудшаются фильтрационные свойства пород. Поэтому, освоение водоносных пластов включает операции по опусканию в скважину фильтра, восстановлению (разглинизации) естественной водопроницаемости пласта, откачку воды из скважины с целью формирования водоприемной части скважины и осветления воды.

Применяются следующие способы освоения водоносных пластов:

*  физический способ - нагнетание воды в пласт, продувка воздухом, виброразглинизация, электрогидравлическая обработка пласта, ультразвуковые воздействия, использование ершей и др.;

*  химический - солянокислотная обработка, применение реагентов и ПАВ;

*  физико-химический - взрыв с инъекцией в пласт кислот, ПАВ, электрохимическая обработка фильтра и др.

Методы разглинизации скважин, несмотря на их многообразие, недостаточно эффективны и трудоемки. Это привело к разработке усовершенствованного способа роторного бурения с обратной промывкой (рис. 24.2), в котором в качестве промывочной жидкости используется чистая вода. Для того, чтобы пройденная выработка не обрушалась, столб воды в скважине должен превышать статический уровень не менее, чем на 3 м. Вода из отстойника поступает в ствол скважины, откуда вместе со шламом через отверстие в долоте засасывается в бурильные трубы и сбрасывается в отстойник.

КонспектБурение скважин на воду при глубине до 100-150 м рекомендуют производить ударно-канатным способом. Сущность способа заключается в том, что порода в скважине разрушается при ударах специального инструмента, прикрепленного к канату (рис. 24. 3).

Бурение производится при помощи специальных буровых станков в следующей последовательности. Выравнивается площадка размером 10 на 15 м и устанавливается станок. В месте заложения скважины отрывается шурф глубиной до 1,5 м. Первая обсадная труба (кондуктор) забивается на глубину 3-5 м, она возвышается над площадкой на высоту 0,5 м. Пространство вокруг трубы забутовывается камнями и заливается жидким цементом.

Разбуривание породы осуществляется при помощи долот:

·        двутаврового - для вязких и средних пород;

·        Конспектокругляющего - для твердых пород;

 

 

·        крестовидных - для валунов и трещиноватых пород.

5

 
Долото производит удар о породу с высоты 0,5-1 м с частотой 40-50 раз в минуту. Через 3-30 минут (в зависимости от крепости породы) разработанный грунт необходимо удалять из скважины. Для подъема шлама применяют желонки. Желонка представляет собой отрезок трубы с заостренным нижним краем, которая подвешивается на канат. Желонка опускается в скважину, как  и долото. При этом порода плотно набивается внутрь желонки. Затем она извлекается на поверхность и порода из нее выбивается. Желонками можно одновременно разбуривать и поднимать грунт слабых пород. Для подъема водонасыщенных и мелкозернистых пород применяют желонки с клапанами в нижней части. Клапан не дает возможности выпасть грунту из желонки.

Стенки скважины крепятся буровыми трубами. В плотных породах в начале разбуривают грунт, а затем в скважину свободно опускают обсадную трубу (свободная посадка). В рыхлых породах опускают или забивают обсадные трубы с опережением забоя скважины (принудительная посадка). При забивке на верхний конец трубы надевают забивную головку,  которая принимает на себя удар забивного снаряда и передает его всей колонне труб. При большой глубине увеличивается трение труб о грунт. Поэтому через каждые 30-50 м необходимо уменьшать их диаметр. Система обсадных труб становится телескопической.

Преимущества ударно-канатного способа бурения:                             

*  лучшее определение пород для гидрогеологической документации и более точное определение водоносности пород;

*  возможность бурения скважин с большим начальным диаметром (до 900 мм);

*  возможность точного выявления и вскрытия водоносных горизонтов;

*  характеристики водоносных пластов при бурении не ухудшаются и не требуют восстановления.

Недостатки ударно- канатного способа:

*  малые скорости бурения, особенно в твердых породах;

*  большой расход труб для крепления ствола скважин.

Учитывая преимущества и недостатки рассмотренных способов бурения, для строительства скважин глубиной до 150 м в нескальных породах можно рекомендовать ударно-канатный способ бурения. При больших глубинах и в твердых породах можно применить комбинированный способ. До водоносного пласта бурение производится роторным способом, а в пределах водоносного пласта - ударно-канатным.

 

25. ФИЛЬТРЫ СКВАЖИН

         Фильтр предназначен для предохранения водоносного горизонта от обрушения и для пропуска в скважину воды без механических примесей, не создавая, при этом, больших гидравлических сопротивлений.

         Фильтр (рис. 25.1) состоит из трех основных частей:

*  надфильтровая часть - ;

*  собственно фильтровая или рабочая часть фильтра - ;

*  отстойная часть - .

Надфильтровая часть служит для закрепления фильтра в обсадной трубе 2 и имеет замок 3 для опускания (подъема) фильтра в скважину. Верх надфильтровой части должен быть выше башмака обсадной трубы не менее трех метров при глубине скважины до 50 м, и не менее пяти метров - при большей глубине скважины. Между обсадной трубой и надфильтровой частью устанавливается сальник 6 из резиновых или пеньковых колец. Назначение которого, предотвратить поступление воды в скважину, минуя фильтр.

Собственно фильтровая или рабочая часть фильтра служит для процеживания воды и предохранения скважины от заполнения водоносной породой. Отстойная часть фильтра представляет собой отрезок глухой трубы длиной Конспект0,5-1 м, но не более двух метров. Она служит для улавливания мелких частиц прошедших фильтр. Иногда в ней устанавливают специальное приспособление для подъема фильтра. Фильтр в скважине устанавливается следующим образом. После окончания бурения скважины на месте фильтра временно устанавливается обсадная труба. Эта труба имеет длину от основания до верха скважины и предотвращает обрушение стенок в пределах водоносного пласта до установки фильтра. В надфильтровой части имеется два кольца. Нижнее 4 - приваренное к телу фильтра. И верхнее 5 -свободно одетое на фильтр. Замок 3 для монтажа фильтра прорезан в муфте, которая навинчивается на фильтр сверху. Между верхним и нижним кольцами навивают сальник из пенькового каната по спирали плотно затягивая витки. Размер сальника должен быть несколько меньше внутреннего диаметра обсадной трубы. Фильтр заводят в скважину и закрепляют временно хомутами. В замок вставляют ключ, в виде штанги с перекрестием, и поворачивают его так, чтобы перекрестье вошло в горизонтальные прорези замка. За штангу ключа фильтр немного приподнимают. Освобождают хомуты и опускают фильтр в скважину на проектную отметку, постепенно наращивая штанги. Затем обсадную трубу вынимают для обнажения рабочей части фильтра в водоносном пласте. Причем, перед опусканием фильтра необходимо точно замерить длину отстойника и рабочей части, чтобы затем поднять обсадную трубу на соответствующую высоту. После обнажения фильтра вращают штанги и завинчивают муфту, которая сжимает сальник. Сальник увеличивается в ширину и уплотняет зазор между глухой частью фильтра и обсадной трубой. Ключ поворачивают в обратную сторону, выводят его из горизонтальных прорезей замка и извлекают его из скважины. Обсадная труба, в которой установлен фильтр, обрезается на проектной отметке специальным приспособлением и тоже извлекается из скважины.

К фильтру предъявляются следующие требования: он должен иметь достаточную механическую прочность и устойчивость против коррозии; иметь скважность не менее 20-25 % и предельно-допустимые размеры отверстий (по условиям прочности и предотвращения пескования скважины при эксплуатации). Под скважностью понимается отношение суммарной площади отверстий для пропуска воды к площади всей боковой поверхности рабочей части фильтра. По конструктивным особенностям каркаса рабочей части изготавливают фильтры двух типов - трубчатые и стержневые. По устройству водоприемной фильтрующей поверхности фильтры подразделяются:

1.     Трубчатые и стержневые, у которых водоприемной фильтрующей поверхностью служит боковая поверхность трубы или стержневого каркаса;

2.     Трубчатые и стержневые с водоприемной поверхностью из:

*  штампованного листа;

*  проволочной обмотки;

*  металлических и не металлических сеток;

*  гравийной или песчано-гравийной засыпок.

         Ниже на рисунках приводятся различные конструкции фильтров. Применение фильтров на стержневых каркасах является предпочтительным, так как они наименее металлоемки. Эти фильтры обладают лучшими гидравлическими характеристиками и обеспечивают более эффективную работу скважин при длительной эксплуатации в водах неустойчивого химического состава. В этом случае возникает опасность зарастания фильтров железистыми и карбонатными отложениями, в результате чего снижается их скважность и уменьшается производительность скважин. Фильтры на стержневых каркасах рекомендуется применять при глубине скважин до 200 м. В зависимости от свойств грунтов рекомендуется применять следующие конструкции фильтров:

1.     В полускальных неустойчивых породах, щебенистых и галечниковых отложениях с преобладающей крупностью частиц от 30 до 100 мм - фильтры каркасы (без дополнительной фильтрующей поверхности) стержневые и трубчатые с круглой и щелевой перфорацией.

2.     В гравийных отложениях и гравелистом песке с крупностью частиц от 2 до 5 мм - фильтры стержневые и трубчатые с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки или стального нержавеющего штампованного листа.

3.     В крупных песках с размером частиц 1-2 мм - фильтры стержневые и трубчатые с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, штампованного листа и сеток квадратного плетения.

4.     В среднезернистых песках крупностью 0,25-0,5 мм - фильтры с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки и сеток квадратного плетения.

5.    

Конспект

В мелкозернистых песках крупностью 0,1-0,25 мм - фильтры с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, сеток галунного плетения и с песчано-гравийной обсыпкой.

Конспект

1 – стержневой каркас на опорных кольцах; 2 – трубчатый каркас с круглой перфорацией; 3 – щелевой трубчатый каркас; 4 – проволочная обмотка из нержавеющей стали; 5 – опорная проволочная спираль; 6 – лист, штампованный из нержавеющей стали; 7 – опорные проволочные стержни под проволочную обмотку и лист; 8 – сетка из нержавеющей стали или латуни; 9 – сетка подкладная, синтетическая; 10 – рыхлая обсыпка; 11 – гравийная обсыпка в кожухе; 12 – гравийный блок

         Тип и конструкцию фильтра выбирают в зависимости:

- от характера водоносных пород;

- глубины скважины;

- расход воды из скважины;

- качества забираемой воды;

- условий и режима эксплуатации скважины.

26. РАСЧЕТ СКВАЖИННЫХ ФИЛЬТРОВ

         Размеры фильтра определяют исходя из условия создания допускаемых скоростей движения воды при поступлении ее из водоносного пласта в скважину

Конспект,                                             (26.1)

где Конспект - максимальный расход воды, забираемый из скважины, м3/сут;

Конспект - допускаемая скорость из пласта в фильтре (входная скорость), м/сут, определяют:

- для дырчатых, щелевых, проволочных и сетчатых фильтров

Конспект, м/сут.,                                   (26.2)

- для гравийных и блочных фильтров

Конспект, м/сут.,                                 (26.3)

         Площадь фильтрующей поверхности фильтра, м2

Конспект, м,                                         (26.4)

где Конспект - диаметр фильтра, м;

Конспект - длина рабочей части фильтра, м.

         В гравийном фильтре за Конспект принимают диаметр внешнего контура обсыпки, т.е. диаметр цилиндрической поверхности водоносной породы, прилегающей к фильтру

Конспект.                                           (26.5)

         Длину рабочей части фильтра Конспект принимают в зависимости от мощности водоносного пласта Конспект, водопроницаемости пород Конспект, производительности скважин Конспект и конструкции фильтра.

         В водоносных пластах мощностью до 10 м можно принимать:

Конспект,                                             (26.6)

а в пластах большей мощности

Конспект,                                                   (26.7)

где Конспект - коэффициент, Конспект.

Контрольные вопросы

1.     Бурение скважин. Роторный и ударно- канатный способы, сравнительный анализ.

2.      Фильтры скважин. Конструкции, выбор.

3.     От чего зависит выбор типа фильтров.

4.     Расчет скважинных фильтров.

 

27. РАЗМЕЩЕНИЕ СКВАЖИН НА МЕСТНОСТИ И

СБОРНЫЕ ВОДОВОДЫ

Требуемая категория надёжности подземного водозабора при использовании скважин может быть обеспечена выбором соответствующего количества резервных скважин и правильной трассировкой сборных водоводов.

Число резервных скважин принимается в соответствии с рекомендациями табл. 10 СНиП 2. 04. 02 - 84.

Количество рабочих скважин

Количество резервных скважин

на водозаборе при категории

I

II

III

От 1 до 4

1

1

1

От 5 до 12

2

1

-

Более 12

20% от числа рабочих

10%

0

Размещение скважин на местности определяется гидрологическими условиями. Наиболее характерным является размещение водозаборов в долинах рек (озёр, водохранилищ) и в артезианских бассейнах.

В долинах рек горизонты подземных вод питаются за счёт фильтрации воды из поверхностного источника. Поэтому скважины целесообразно размещать перпендикулярно потоку подземных вод вдоль русла реки. В этом случае скважины располагают в линейный ряд на некотором расстоянии от берега.

В артезианских бассейнах подземные воды залегают на определённой площади и не имеют выраженного направления движения. Поэтому скважины целесообразно размещать так, чтобы осуществить забор воды со всей площади бассейна. В этом случае применяют площадочное или кольцевое размещение скважин.

Расстояние между скважинами определяется на основании гидрогеологических расчётов.

Сборные водоводы 2 на водозаборах подземных вод (рис. 27.1) предназначаются для транспортировки воды от скважин 1 до сборных узлов 3, а в случаях, когда сборные узлы не проектируют - до очистных сооружений или в распределительные сети потребителей.

Схемы сборных водоводов могут быть линейными (тупиковыми), кольцевыми и парными.

Линейные водоводы наиболее распространены и применяются как при линейных (рис. 27.1, 27.2), так и при площадочных или кольцевых схемах расположения скважин (рис. 27.3, 27.4).

Линейные водоводы в одну нитку (рис. 27.1, а) применяются только при концевом расположении сборного узла, в случае, если допускается перерыв в подаче воды. Например, вторая категория надёжности допускает перерыв в подаче воды не более чем на шесть часов, а третья категория на 24 часа (п. 4.4,

Конспект

СНиП 2.04.02-84).

Конспект

Рисунок

 
Линейная схема в две и три нитки (рис 27.1, б; 27.1, в; 27.2, а; 27.2, б; 27.3, а) проектируются наиболее часто. В этих схемах в случае выхода из работы одной нитки на ремонт или при аварии обеспечивается подача воды на сборный узел по другим ниткам соответственно 50% и 60% расчётного расхода.

 
Линейная схема в четыре нитки может быть целесообразна при центральном расположении сборного узла на линейных (рис. 27.2, в) и площадочных (рис. 27.3, а) водозаборах.

Кольцевые сборные водоводы могут применяться как при линейных, так и при кольцевых или площадочных схемах расположения скважин (рис. 27.4, а - 27.4, г).

Парные сборные водоводы проектируются при большой производительности водозаборов и относительно коротких сборных водоводах (рис. 27.5, а, 27.5, б).

 

Конспект

При выборе схемы сборных водоводов устанавливается положение сборного узла, который может быть концевым, центральным или близким к этим положениям. Расположение сборного узла зависит в основном от места расположения потребителя воды относительно створа водозабора.

КонспектПри расположении потребителя примерно в створе водозабора применяется концевое расположение сборного узла. При расположении потребителя в направлении близком к перпендикуляру от центра водозабора применяется центральное расположение сборного узла.

Диаметры сборных водоводов принимаются, как правило, несколько больше расчётных (экономически выгодных) во избежание большой разницы в напорах скважин подключённых к водоводу в начале и конце. Ориентировочно для сборных водоводов можно принять скорости 0,4–0,7 м/с для диаметров 100-400 мм и 0,7–1,0 м/с для диаметров 500-1000 мм.

Линейные (тупиковые) сборные водоводы проектируются телескопическими с постепенным увеличением диаметров по мере подключения новых скважин. Кольцевые сборные водоводы проектируются одного диаметра по всей длине кольца.

При гидравлических расчётах сборных водоводов в качестве рабочих принимаются скважины, наиболее удалённые от сборного узла.

Контрольные вопросы

1.     Определение числа скважин и расстояния между ними.

2.     Схемы водоводов для сбора воды из скважин.

 

 

28. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ СКВАЖИН

Целями гидрогеологических расчётов скважин является определение:

1.     дебита скважин (qp),

2.     понижения уровня воды при расчетном расходе(Sp),

3.     числа скважин(N) ,

4.     расстояния между скважинами(Lp).

При этом должно быть выполнено условие  

Конспект.

В практике проектирования используются две методики расчетов.

Аналитическая методика. Эта методика изложена в "Пособии по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84)". Здесь связь между дебитом и понижением рассчитывается в зависимости от следующих факторов:

·        коэффициента фильтрации, определяемого составом пород водоносного слоя - Кф,

·        мощности водоносного слоя - m

·        радиуса влияния - RВ,

·        радиуса скважин - r,

·        схемы питания скважин и других факторов.

В практике проектирования скважин для нахождения радиуса влияния в рыхлых грунтах ориентировочно можно пользоваться эмпирическими формулами: для безнапорных вод при значении понижений Конспект не выше 40-50 м – формулу И.П. Кусакина:

Конспект,                                              (28.1)

для напорных вод – формулу Зихардта:

Конспект.                                                        (28.2)

При недостаточном питании водоносного пласта движение в нем неустановившееся – дебит и понижение уменьшаются во времени. Для учета этого обстоятельства принимают зависимость радиуса влияния от времени –

Конспект,                                            (28.3)

где t – срок эксплуатации скважин, сут. Обычно принимают  срок эксплуатации равным 25 годам.

а – коэффициент пьезопроводности, м3/сут., характеризующий скорость перераспределения подземных вод при откачке определяется выражением

Конспект,                                                   (28.4)

где Конспект - показатель упругой водоотдачи напорного пласта, равный (2¸5)×10-6 для скальных трещиноватых пород и 20-2¸10-4 – для песков и рыхлых песчаников.

Расчётное понижение уровня S сравнивается с допустимым понижением. Если  Sрасч>Sдоп, то проектируемый дебит водозабора не может считаться обеспеченным. В этом случае необходимо увеличить число скважин (колодцев) либо распределить их на большей площади (при этом снижается взаимное влияние скважин, но увеличивается общая стоимость водозабора). При Sрасч<Sдоп дебит водозабора может быть увеличен или при сохранении дебита должно быть сокращено количество скважин или колодцев и уменьшено расстояние между ними.

Приближённо величина допустимого понижения уровня может быть определена по формулам (схема - рис. 28.1):

- в безнапорном пласте –

Конспект, м,                       (28.5)

- в напорном пласте –

Конспект, м,                  (28.6)

где и – соответственно первоначальная глубина воды до водоупора (в безнапорных горизонтах) и напор над подошвой горизонта (в напорных пластах);

Dhнас и DHнас - максимальная глубина погружения насоса (нижней его кромки) под динамический уровень в скважине, принимается равной 1-2 м;

Dhф и DHф - потери напора на входе в скважину (сопротивление фильтра и породы в прискважинной зоне, принимается равной 1-2 м;

Конспект

m - мощность водоносного пласта.

Из всего многообразия залегания подземных вод наиболее характерны схемы водоносных пластов:

*  в долинах рек;

*  артезианские бассейны - неограниченные по площади водоносные горизонты.

Понижение уровня подземных вод в любой скважине, размещаемой в водоносном пласте (независимо от его схемы) может быть определено по формулам:

- для напорных пластов -

                                        Конспект                                              (28.7)

         - для безнапорных пластов –

 Конспект,                        (28.8)

где – суммарный дебит водозабора;

кm - величина водопроводимости эксплуатируемого пласта (к - коэффициент фильтрации, m - мощность пласта);

– естественная мощность грунтового потока;

R - гидравлическое сопротивление, зависящее от гидрологических условий.

         При определении понижения уровня подземных вод непосредственно в скважине  или шахтном колодце в формулах (28.7) и (28.8) следует принимать:

Конспект,                                           (28.9)

где Конспект - значение гидравлического сопротивления Конспект в точке расположения скважины (колодца);

Конспект - дополнительное сопротивление, учитывающее фильтрационное несовершенство скважины или колодца;

Конспект - отношение расхода рассматриваемой скважины Конспект к общему расходу водозабора Конспект.

         Расход водозаборного сооружения может быть найден по следующей зависимости для несовершенных колодцев:

         - для напорных пластов

Конспект,                       (28.10)

         - для безнапорных пластов

Конспект.                                   (28.11)

         Здесь Sдоп – максимально допустимое понижение уровня подземных вод.

         Следует иметь в виду, что величины Конспект, и Конспект в формулах (28.10) и (28.11) должны определяться для скважин (колодцев), работающих на наиболее нагруженном участке водозабора, где ожидается наибольшее понижение уровня подземных вод.

Расчёт водозаборов в долинах рек

Характерной особенностью, определяющей условия эксплуатации береговых водозаборов, является наличие постоянных поверхностных водотоков, с которыми гидравлически связаны водоносные горизонты. Благодаря этому производительность водозаборов в долинах рек обеспечиваетсяв основном за счёт фильтрации поверхностных вод.

КонспектРасчётная схема водозабора в долине реки приведена на рис. 27.2. Для наиболее полного захвата воды скважины располагают вдоль русла реки перпендикулярно направлению потока подземных вод. Задачей расчёта является определение понижения уровня воды в центральной скважине. Расчёт выполняется в следующей последовательности:

1. Задавшись расстоянием между скважинами l0 (м), определяют расстояние от крайней до центральной скважины ряда по формуле -

                                               Конспект,                                           (28.12)

где n -число скважин в ряде (определяется при расчёте фильтров скважин).

2. Определяется параметр G=x0/L

3. Вычисляется величина сопротивления R:

 - при L> 4x0 -              Конспект,                                     (28.13)

- при L< 4x0 - Конспект,   (28.14)

где r0 - радиус фильтра скважины (определяется при расчёте фильтров скважин).

4. Полученное значение R подставляется в формулу (28.7) для напорных пластов и (28.8) для безнапорных пластов, по которым определяется снижение уровня S в центральной скважине.

5. Полученное значение S сравнивается с Sдоп. При этом, если S>Sдоп, необходимо увеличить расстояние между скважинами и повторять расчёт до тех пор, пока S не будет меньше Sдоп примерно на 5-10%. При S<Sдоп можно уменьшить расстояние между скважинами и повторять расчёт до тех пор, пока S не будет меньше  Sдоп примерно на 5-10%.

Расчёт водозаборов в неограниченном артезианском бассейне

Характерной особенностью, залегания подземных вод в артезианских бассейнах, является отсутствие внешних источников питания. Дебит водозаборов обеспечивается притоком воды за счёт осушения водоносных пород. Поэтому при эксплуатации водозаборов фильтрация неустановившаяся, т. е. уровень подземных вод при работе водозабора непрерывно снижается.

Скважины могут быть расположены в линейный ряд, либо распределены на определённой площади. Расчётная схема водозабора в неограниченном артезианском бассейне при расположении скважин в ряд приведена на рис. 28.3. Задачей расчёта является определение понижения уровня воды в центральной скважине. Расчёт выполняется в следующей последовательности:

Конспект1. Задавшись расстоянием между скважинами l0, определяют расстояние от крайней до центральной скважины ряда по формуле (28.12)

2. Определяется условный радиус влияния водозабора по формуле (28.3)

3. Вычисляется величина сопротивления:

                          Конспект.                            (28.15)

Описанные методики гидрогеологических расчетов могут быть использованы при хорошо изученных водоносных бассейнах.

Эмпирические методы

Если водоносный слой изучен недостаточно, более надежным является расчет скважин на основе опытных откачек. В районе предполагаемого водозабора бурят разведочные скважины, и производят опытные откачки при различных производительностях насоса. Откачку производят до тех пор, пока расход не установится (при каждом значении расхода), затем замеряют расход и понижение при  3-5 значениях расхода.

Результаты откачек обрабатывают по одной из экспериментальных формул, приведенных в таблице. (Обратить внимание на масштаб и координаты, в которых происходит спрямление). Получив зависимость Q-S, можно определить производительность каждой скважины, задавшись понижением в пределах допустимых границ интерполяции. Следует отметить, что приведенные формулы не учитывают взаимного влияния скважин – это влияние необходимо учитывать дополнительно. Число рабочих скважин равно: Конспект,         (28.16)

где Qрасч – производительность всего водозабора; Q1 – дебит одной скважины (с учетом взаимного влияния).

Помимо рабочих, предусматривают установку резервных скважин. Число резервных скважин устанавливается в зависимости от категории водозабора по надежности и числа рабочих скважин.

Порядок гидравлического расчета:

1. Определяют вид зависимости Q-S (формулы – 1- 4 в таблице).

2. Находят коэффициенты этой зависимости.

3. Определяют (приближенно) дебит скважины Q1, при максимально допустимом понижении.

4. Определяют число рабочих скважин по формуле 28.16 и округляют до целого.

5. Уточняют дебит скважины Конспект.

6. Находят понижение, соответствующее Q2 по принятой зависимости и проверяют условие Конспект.


Определение коэффициентов в эмпирических зависимостях дебита от понижения

 

Формула

Границы экстраполяции

Координаты

Определение коэффициентов

1

Конспект

(Дюпюи)

Конспект

Конспект

Конспект

Конспект

Конспект

Конспект2

Конспект

(Келлер)

Конспект

Конспект

Конспект                         

Конспект        Конспект

 

3

Конспект

(Смрекер)

Конспект

Конспект

Конспект

Конспект

Конспект

4

Конспект(Альтовский)

Конспект

Конспект

 

Конспект 


Конспект

 

Конспект

 

 

Контрольные вопросы

1.     Гидрогеологические расчеты скважин, задачи, методики.

2.     Основные положения аналитических метод расчета скважин.

3.     Порядок гидравлического расчета скважин на основе опытных откачек.

 


29. ОБОРУДОВАНИЕ ТРУБЧАТЫХ КОЛОДЦЕВ

Основное оборудование трубчатых колодцев:

1.     насос с двигателем,

2.     электрооборудование,

3.     задвижки и обратные клапаны,

4.     вантузы,

5.     контрольно-измерительные приборы – расходомеры  (счетчики воды), манометры, устройства для замера уровня воды в скважине.

Конспект

Перечисленное оборудование устанавливается, как правило, над скважиной в надземном помещении (павильоне) либо в заглубленном помещении (колодце). В отдельных случаях, для самоизливающихся скважин (где динамический уровень всегда выше устья скважины и насос не нужен) в условиях теплого климата (вода в трубах не замерзнет), все оборудование открыто. Схема в этом случае наиболее простая (рис. 29.1.)

При динамическом уровне воды в колодце на 5-6 м ниже поверхности земли скважины можно оборудовать горизонтальным центробежным насосом или сифонными трубопроводами (рис. 29.2, 29.3).

Если подъем воды из скважин насосами затруднен или невозможен (скважина искривлена или пескует), применяют эрлифты или эжекторы. Однако КПД таких установок, как правило, низкий. Наиболее распространенным способом подачи воды является использование специальных артезианских погружных насосов. Они делятся на 2 группы (рис. 29.4):

1.     Насосы с погружными электродвигателями (в СНГ - насосы типа ЭЦВ).

2.     Насосы с электродвигателями над скважиной и трансмиссионным валом (в СНГ - насосы типа АТН и НА).

КонспектКонспектТрансмиссия состоит из секций, соединяющихся на фланцах. В центре каждой секции находится вертикальный вал с подшипниками. Вода движется в зазоре между валом и стенкой секции. 

Конспект

Обычно, если электродвигатель расположен над скважиной, то все необходимое вспомогательное оборудование располагается в наземном павильоне (рис. 29.5), если двигатель погружной, то оборудование размещают в подземном  колодце (рис. 29.6).

Размеры колодцев и павильонов в плане определяются, исходя из условий размещения в них необходимого оборудования – задвижек, обратных клапанов, расходомеров и т.п. Для правильной установки расходомеры требуют до и после себя прямые участки определенной длины, измеряемые обычно в калибрах диаметра трубы. При больших диаметрах напорной трубы поместить все оборудование в одном колодце не удается, поэтому используют 2 или даже 3 колодца.

Конспект

Подбор насосов для скважин

Артезианские насосы подбирают по расходу и напору. Расход насоса определяют по формуле

q = Qр/nраб,                                                         (29.1)

где   - расчетная производительность водозабора в целом, м3/ ч (среднечасовой расход суток максимального водопотребления либо максимальный часовой расход, если вода подается непосредственно в городскую сеть);

nраб – число рабочих скважин.

Напор насосов равен -

Н =Нг +

где Нг – геометрическая высота подъема воды, равная разности пьезометрических отметок в точке, куда подается вода, и точки, откуда она забирается; для схемы на рис. 29.7.

Конспект

НГ =ZMAX -ZД =ZMAX –ZC +S,                               (29.3)

где , ZC и  ZMAX – отметки динамического, статического уровней воды в скважине и максимального уровня в резервуаре;

S – понижение при расчетном дебите.

Величина

hт=mSтq2,                                                (29.4)

где m - число секций трансмиссии;

 - сопротивление одной секции, определяемое по паспорту насоса.

Для определения числа секций необходимо знать отметку установки верха насоса. Каждый насос должен быть погружен под минимальный динамический уровень воды на величину

Контрольные вопросы

1.     Основное оборудование трубчатых колодцев.

2.     Водоподъемное оборудование – горизонтальные и вертикальные погружные насосы, сифонный сбор воды.

3.     Павильоны и колодцы над скважинами. Конструкции, область применения.

4.     Подбор насосов для скважин.

30. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВОДОЗАБОРЫ

Горизонтальные водозаборы представляют собой дренажи или водосборные галереи, проложенные горизонтально в пределах водоносного пласта, как правило, перпендикулярно направлению потока подземных вод. Они устраиваются в безнапорных водоносных пластах при мощности до восьми метров, преимущественно вблизи рек, озёр и водохранилищ. При необходимости использования водоносных горизонтов, залегающих на большой глубине, с соответствующим обоснованием возможно применение горизонтальных водозаборов бестраншейного типа и, в частности, водосборных штолен. В скальных породах горизонтальные водосборы в виде штолен могут применяться при любой глубине залегания подземных вод.

Конспект

В общем случае горизонтальный водосбор (рис. 30.1) включает:

1 - водозахватное устройство, с помощью которого происходит отбор воды из водоносного пласта;

2 – водоотводящую (коллекторную часть) – служит для отвода воды в водосборный колодец. Конструктивно она является продолжением водоприёмной части водозабора, но выполняется глухой (водонепроницаемой);

3 – водосборный колодец (камера). Обычно в камере размещаются насосы для перекачки воды на очистные сооружения;

4 - смотровые и вентиляционные колодцы.

Горизонтальные водозаборы отличаются от вертикальных (скважин и шахтных колодцев) не только характером размещения в водоносном пласте и конструкцией, но и тем, что отбор воды из пласта осуществляется ими без водоподъёмных устройств путём отвода воды в водосборную камеру самотёком. Это является их существенным преимуществом, благодаря которому эксплуатационные расходы существенно уменьшаются.

В зависимости от гидрологических и инженерных условий могут применяться следующие виды водозахватных устройств:

*  каменно-щебёночный водозабор;

*  трубчатый водозабор;

*  водосборная галерея;

*  водосборная штольня;

*    комбинированный горизонтальный водозабор со скважинами.

Каменно щебёночный водозабор используется для захвата подземных вод, залегающих на глубине 3-4 м. Его применяют для водоснабжения мелких, в основном сельскохозяйственных, потребителей, а так же для временного водоснабжения строящихся объектов.

КонспектВодозабор строится в виде открытой траншейной выработки (рис. 30.2) с экскавацией и удалением грунта. По дну траншеи укладывается бетонная подготовка 1, которая имеет уклон 0,01-0,05 к водоприёмной камере. Вдоль траншеи на бетонной подготовке устраивается каменно-щебёночная призма 2 из крупного гравия или щебня. Высота призмы 0.3-0.4 мощности вскрытого водоносного пласта. Вокруг призмы устраивается обратный фильтр из двух слоёв. Первый слой 3 - гравий средней крупности; второй слой 4 - обсыпка из крупного песка. Сверху фильтр закрывается водонепроницаемым экраном 5 из уплотнённой глины. После этого траншея засыпается ранее вынутым грунтом 6.

Трубчатый горизонтальный водозабор используется для захвата подземных вод, залегающих на глубине 5-8 м. Его применяют для водоснабжения мелких и средних коммунальных и сельскохозяйственных потребителей второй и третьей категории надёжности.

КонспектВодозабор строится в виде траншеи (рис. 30.3), вдоль которой по дну укладывается водоприёмная труба 1, которая может быть керамической, асбестоцементной, железобетонной или пластмассовой. В керамические трубы вода поступает через зазоры в стыках (раструбах), которые не заделывают. В остальных трубах для приёма воды в верхней и боковой части проделывают отверстия. Минимальный диаметр трубы 150 мм. Она укладывается с уклоном 0,007-0,001 (меньший уклон для труб большого диаметра) в сторону водосборной камеры.

Вокруг трубы устраивается обратный фильтр из нескольких слоёв. Обычно это слой гравия средней крупности 2 и слой крупного песка 3. Обратный фильтр предотвращает проникновение частиц водоносной породы в трубу. Сверху фильтр закрывается водонепроницаемым экраном 4 из уплотнённой глины. После чего траншея засыпается ранее вынутым грунтом 5.

Водосборные галереи используются для захвата подземных вод в любых гидрологических условиях. Их применяют для водоснабжения крупных потребителей первой и второй категории надёжности. При глубине залегания подземных вод на глубине не более 8 метров галереи устанавливают в траншеи. При большей глубине применяется тоннельный способ проходки.

КонспектГалерея (рис. 30.4) выполняется из сборных железобетонных элементов овальной либо прямоугольной формы. Они могут выть полупроходными высотой 1,2-1,7 м и проходными - высотой 1,8-2,2 м. Ширина галереи 0,8-1 м.

Звенья галереи устанавливаются на песчано-гравийную подготовку 2, а вокруг них в пределах водоносного горизонта устраивается обратный песчано-гравийный фильтр 3. Приём воды осуществляется через отверстия 4 в стенках и дне галереи, которые заделываются пористым бетоном.

В нижней части галереи устраивается лотковая часть 5 глубиной до 0,5 м, обеспечивающая отвод воды к сборной камере. Для прохода персонала предусматривается мостик или полка 6. Доступ в галерею и вентиляция производится через смотровые колодцы 7.

Водосборные штольни используются для захвата подземных вод с глубины более 8 метров в благоприятных гидрологических условиях. Обычно водоносные горизонты, в которых устраиваются штольни, располагаются в крутых склонах речных долин или складываются из трещиноватых скальных пород. Их применяют для водоснабжения крупных потребителей первой и второй категории надёжности.

Конструкция штольни 1 (рис. 30.5) аналогична конструкции водосборной галереи. Приём воды производится через отверстия 2 в стенках. Отверстия заделываются пористым бетоном. В устойчивых скальных трещиноватых породах устройство штольни может осуществляться без обделки стенок. Для увеличения притока воды в штольню бурятся шурфы или скважины с фильтрами 3.

Комбинированный горизонтальный водозабор со скважинами используются для захвата подземных вод из двух пластовых гидрологических систем. Горизонтальные водосборные трубы 1 (рис. 30.6) располагают в верхнем безнапорном водоносном пласте, а для забора воды из нижнего напорного пласта используют скважины 2. При этом горизонтальная дрена по отношению к скважинам является сборным и водоотводным коллектором. Устья скважин целесообразно совмещать со смотровыми колодцами 3 и оборудовать задвижками 4.

КонспектСмотровые колодцы устраиваются для наблюдения за работой горизонтальных водозаборов их вентиляции и ремонта. Колодцы устанавливаются на прямых участках, в местах поворота и в местах изменения уклона водозабора. Расстояние между смотровыми колодцами на прямых участках  принимается:

* 50 м для трубчатых водозаборов диаметром от 150 до 500 мм;

* 75 м для трубчатых водозаборов диаметром более 500 мм;

* 100 - 150 м для галерейных водозаборов.

Смотровые колодцы изготавливаются из сборных железобетонных колец диаметром 0,75-1,5 м. Верх колодцев должен возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,25 м. Вокруг колодца  должна быть сделана водонепроницаемая отмостка шириной и глубиной не менее одного метра. Колодцы закрываются крышками. Для вентиляции водозабора в колодцы устанавливают вентиляционные трубы, которые должны возвышаться на 2,5-3 м над поверхностью земли. Верхний конец трубы должен заканчиваться колпаком с сеткой для предохранения от попадания в водозабор загрязнений. Трубы и галереи сопрягаются в пределах колодца при помощи бетонного лотка в дне.

Водосборные колодцы в зависимости от условий залегания водоносного пласта могут располагаться в конце горизонтального водозабора или в его срединной части. В отдельных случаях в нём может собираться вода из двух и более ветвей горизонтального водосбора.

Размеры водосборного колодца определяются из условий обеспечения нормального режима работы насосной установки, требующей определённой ёмкости колодца, а так же размещения в нём оборудования и устройств для наблюдения за количеством и качеством воды. Водосборные колодцы крупных водозаборов секционируют по числу ветвей водозабора. Насосные станции горизонтальных водозаборов в зависимости от их производительности и типа насосного оборудования могут совмещаться с водосборным колодцем или сооружаться отдельно.

Дебит дрены, схема которого приведена на рис. 30.6 составит:

Конспект, м3/сут,

где Конспект - коэффициент фильтрации, м/сут;

Конспект - длина дрены, м;

Конспект - напор воды в пласте, м;

Конспект - наполнение трубы, м;

Конспект - радиус влияния дрены, м.

31. ШАХТНЫЕ КОЛОДЦЫ

КонспектШахтные колодцы (рис. 31.1) представляют собой вертикальные выработки с большим поперечным сечением (не менее 1 м) и относительно небольшой глубиной (до 20-30 м). Обычно они применяются для забора подземных вод из первых от поверхности безнапорных водоносных горизонтов. Это горизонты сравнительно небольшой мощности (не более 10 м), которые сложены рыхлыми породами (песками, галечниками). Иногда шахтные колодцы сооружают и в напорных водоносных пластах при глубине их залегания до 30-40 м. Однако устройство шахтных колодцев такой глубины целесообразно лишь при слабой водообильности пласта.

Шахтные колодцы чаще всего применяют для водоснабжения мелких потребителей - небольших населённых пунктов  и отдельных строений в сельской местности, фермерских хозяйств, полевых станов, ферм и т. п. Для централизованного водоснабжения крупных потребителей шахтные колодцы практически не применяют, так как производительность одного шахтного колодца обычно не превышает 5-15 м3/сут.

Шахтные колодцы (рис. 31.1) состоят из ствола 1, оголовка 2, водоприёмной и водосборной части - зумпфа 3.

Ствол шахтного колодца 1 соединяет оголовок с водоприёмной частью, предотвращает обрушение стен, изолирует колодезную воду от загрязнённых поверхностных вод. В стволе также может размещаться водоподъёмное оборудование - насосы и трубопроводы.

Проходка ствола производится вручную либо механизированным способом. Для механизированной проходки применяют агрегаты КШК-25 и КШК-30, которые бурят колодцы глубиной до 25 и 30 метров соответственно с креплением стенок железобетонными кольцами диаметром 1 м.

Ствол может выть изготовлен из: деревянных брусьев или брёвен (сруб); каменной или кирпичной кладки, монолитного или сборного бетона и железобетона. Он должен быть водонепроницаемым. В настоящее время для изготовления стволов колодцев глубиной до 30 м наиболее широко используются железобетонные кольца высотой 1 м и внутренним диаметром 1 м, толщина стенок 80 мм.

Оголовок 2 предназначен для защиты от попадания в колодец загрязнённых поверхностных вод, для создания удобных условий эксплуатации (подъёма  и разбора воды, наблюдения для состоянием колодца и т. п.), а также для предотвращения замерзания воды при небольшой глубине колодца. Возвышение оголовка над поверхностью земли по санитарным условиям должно быть не менее 0,8 м. Оголовок перекрывается крышкой, над ним  устанавливается навес или будка. Вокруг для лучшего отвода воды поверхность земли планируется  с уклоном 0,1 в сторону от колодца. На ширину 1-2 м устраивается каменная или асфальтовая отмостка 4.

Чтобы вода в колодце не "задыхалась", предусматривается вентиляционная труба 6, которая выводится над поверхностью земли на высоту не менее двух метров. Верхний конец трубы защищается колпаком с сеткой.

Вокруг ствола в земле со стороны оголовка устраивается глиняный замок 5 глубиной 1,5 - 2 м и шириной 0,5 м, который предотвращает загрязнение подземных вод с поверхности.

Для несовершенных колодцев (дно колодца не доходит до водоупора - рис. 31.1) в мощных водоносных пластах более трёх метров водоприёмная часть 3 устраивается только в дне колодца, либо в дне и стенах колодца одновременно. Для совершенных колодцев - только в стенах колодца.

КонспектПри приёме воды через дно колодца устраивается обратный фильтр (рис. 31.2). Обратным фильтр называется потому, что у него, в противоположность обычному фильтру, мелкие фракции (песок) располагают внизу, а более крупные (щебень или гравий) - вверху. Этот фильтр обеспечивает защиту воды в колодце от частиц водоносной породы. Обратный фильтр устраивается из нескольких слоёв песка и гравия толщиной по 10-15 см. каждый, общей толщиной 0,4-0,6 м. Крупность частиц слоёв фильтра и их соотношение между соседними слоями принимается по приложению 2 СНиП 2.04.02-84 так же, как и для фильтров скважин.

В процессе эксплуатации фильтрующие слои могут перемешиваться, что может потребовать периодической реконструкции фильтра. Для исключения перемешивания слоёв фильтра сверху располагают плиту из пористого бетона, которая изготавливается из гравия или щебня крупностью 10- 15 мм, скреплённого водостойким цементом или эпоксидным клеем. При слабой мощности водоносных пластов (до 3 м) устраиваются шахтные колодцы совершенного типа со вскрытием всей мощности пласта (рис. 31.3). Приём воды в таких колодцах производится через боковые стенки. Для этого в них предусматривают окна, которые заделываются пористым бетоном, либо все кольца в районе водоносного пласта изготавливают из пористого бетона.

Для подъёма воды из шахтных колодцев применяют центробежные насосы. Наиболее удобны в эксплуатации погружные насосы.

КонспектЕсли используются обычные насосы, то они размещаются в колодце на специальном перекрытии. Расстояние от оси насоса до нижнего уровня воды в колодце должно быть меньше высоты всасывания насоса. Кроме того, необходимо предусмотреть устройство для заливки насоса.

Для крупных потребителей забор воды может производится одновременно из нескольких шахтных колодцев (рис. 31.4). Центральный колодец 1 соединяется с периферийными колодцами при помощи самотечных трубопроводов, а при небольшой глубине колодцев (до 8-9 м)- при помощи сифонных трубопроводов 3. Забор воды из центрального колодца производится погружным насосом 4. Вакуумная установка 5 для зарядки сифонов размещается в павильоне 5 над центральным колодцем.

КонспектДебит колодца, схема которого приведена на рис. 30.3 составит

при приеме только через дно и Конспект для прикидочных расчетов Конспект,                (31.1)

при приеме только через дно и Конспект

Конспект,(31.2)

при приеме через дно и стенки и Конспект приток равен сумме расходов, вычисленных по формулам:

Конспект,                                                (31.3)

Конспект,                                           (31.3)

где Конспект - понижение уровня в колодце, м;

Конспект - дополнительное сопротивление Конспект, где Конспект.

 

32. ЛУЧЕВЫЕ ВОДОЗАБОРЫ

Лучевыми водозаборами называют горизонтальные скважины (трубчатые фильтры), расходящиеся в виде лучей в водоносном пласте от непроницаемых шахтных колодцев (шахт). При сооружении лучевых водозаборов водоносный пласт полностью или частично прорезается шахтой, из которой бурят горизонтальные скважины, радиально расходящиеся в виде лучей. Шахта служит для сбора воды из скважин.

Лучевые водозаборы устраиваются при глубине залегания кровли водоносного  пласта не более 10 м и мощности пласта менее 20 м. Их применение наиболее эффективно при заборе воды из маломощных водоносных горизонтов, когда вертикальные водозаборные скважины оказываются малопроизводительными, а также при использовании инфильтрационных вод (из реки и искусственных бассейнов).

Конспект
В зависимости от расположения относительно источника питания выделяют следующие типы лучевых водозаборов (рис. 32.1):

а, б - подрусловый располагается под дном реки (с шахтой на берегу или в русле);

в - береговой - при расположении лучевого водозабора на берегу вблизи реки;

г - комбинированный - водосборная шахта и часть лучей на берегу реки, а другая часть лучей под руслом реки;

д - водораздельный - при расположении лучевого водозабора на значительном расстоянии от источников питания.

Конспект

В разных гидрогеологических и инженерных условиях могут применяться следующие схемы лучевых водозаборов (рис.32. 2):

а - водозабор обычного типа с одним ярусом горизонтальных скважин;

б - малый лучевой водозабор с центральной водосборной скважиной, осуществляемой бурением;

в - многоярусный водозабор с расположением горизонтальных фильтров на разных уровнях;

г - комбинированный водозабор с горизонтальными скважинами в верхнем водоносном горизонте и вертикальными и наклонными скважинами, которые каптируют нижний напорный водоносный горизонт.

Многоярусные лучевые водозаборы в неоднородных в вертикальном разрезе водоносных пластах применяют для более полного захвата подземных вод. Устройство многоярусных водозаборов целесообразно также в мощных однородных пластах, когда один ярус лучей не обеспечивает необходимой производительности, а увеличение числа лучей в одном ярусе их длины и диаметра не даёт эффекта или невозможно технически.

Для увеличения водоприемной поверхности возможно устройство в стенках и днище водосборной шахты водоприёмных окон с заделкой их пористым бетоном.

КонспектВодосборный колодец 1 (рис. 32.3) служит для сбора воды, забираемой из каптируемого водоносного пласта, горизонтальными фильтрами скважинами 2. В колодце устанавливается насос для откачки воды, а в процессе строительства - оборудование для проходки скважин.

Внутренний диаметр водосборного колодца принимается в пределах от 1,2-2 до 4-6 м в зависимости от метода устройства горизонтальных скважин и габаритов строительного и эксплуатационного оборудования.

Отметка дна водосборного колодца назначается на 0,5-1,5 м ниже уровня заложения горизонтальных скважин в зависимости от размещения водоподъёмного оборудования и контрольно-измеритель-ных приборов.

Водосборные колодцы сооружаются из железобетона (бетона) - сборного или монолитного. При малом диаметре колодца при обосновании допускается применение стальных или пластмассовых труб.

При производительности водозабора до 150-200 л/с и в благоприятных гидрогеологических и гидрохимических условиях колодец делается односекционным, а при большей производительности его делят на две секции.

Верх водосборного колодца должен быть не менее, чем на 0,5 м выше верхнего расчётного уровня воды поверхностного источника в месте расположения водозабора.

Горизонтальные лучевые скважины. Число, направление, глубина расположения и длина лучевых дренажных скважин принимаются в зависимости от конкретных гидрогеологических, строительных, инженерно-производствен-ных и эксплуатационных условий и должны соответствовать расположению наиболее проницаемых слоёв. При этом возможно наклонное размещение лучевых скважин (восходящих или нисходящих).

По фильтрационным условиям угол между лучами при их длине меньше 20 м не рекомендуется принимать менее 200. При числе лучей больше 8 и их длине более 40 м участки лучей на расстоянии от колодца, равном 0,2 их длины, должны выполняться из сплошных неперфорированных труб.

Водоприёмные лучи изготавливаются из стальных перфорированных или щелёванных труб со скважностью не более 20%. На концах лучей в колодце устанавливаются задвижки.

КонспектПроходка горизонтальных лучевых скважин в большинстве случаев осуществляется путём продавливания (возможно с вращением) отрезков (звеньев) труб и чаще всего с выбором грунта с забойной части скважины. При продавливании в колодце 1 (рис. 32.4) устанавливаются домкраты 2. Предварительно в стенке колодца на проектной отметке в районе водоносного пласта предусматривают отверстия. При этом количество отверстий должно быть в 1,5-2 раза больше расчётного числа лучей (на случай замены или устройства дополнительных скважин для увеличения производительности водозабора). В отверстия вставляются отрезки труб 3, которые вдавливаются в водоносный слой домкратами. Отрезки труб (звенья) соединяются между собой при помощи сварки или резьбы, образуя луч. Длина звеньев от 0,5 до 2,5 м, диаметр от 50 до 500 мм.

КонспектДля облегчения проходки на начальное звено устанавливается буровая головка (рис. 32.5). Головка 1 имеет заострённую форму. По центру по трубе 2 на конец головки подаётся вода под давлением, которая размывает грунт. В стенках головки имеются отверстия, через которые размытая порода отводится из забоя внутрь головки и далее по трубе 3 в шахту. Из шахты порода извлекается на поверхность. Назначение буровых головок - это не только облегчение проходки, они также способствуют продавливанию луча в проектном направлении. Дело в том, что при вдавливании в грунт лучи имеют тенденцию отклоняться к верху. Для предотвращения этого количество отверстий в головке для приёма породы снизу больше, чем сверху, кроме того, её снабжают наклонными закрылками. После бурения скважины головка не извлекается и остаётся в забое.

Помимо домкратов может применяться вращательное, виброударное гидропогружное и другие виды горизонтального бурения.

Проходка горизонтальных скважин выполняется двумя основными способами:

1.     вдавливание в грунт самих дренажных труб;

2.     вдавливание в грунт обсадных труб, в которые вставляются дренажные трубы. После чего обсадные трубы извлекают.

Первый способ применяется преимущественно в разнозернистых песчано-галечных грунтах со средней крупностью частиц 0,5-50 мм. При этом прочность фильтровых труб должна быть достаточной для восприятия усилия домкрата.

Проходка с использованием обсадных труб применяется в мелкозернистых песчаных, супесчаных и суглинистых грунтах. Этот способ даёт возможность использовать разнообразные фильтры: тонкостенные стальные, в том числе с противокоррозионным покрытием, пластмассовые, асбестоцементные, гончарные, из пористых материалов и т. п.

При подборе фильтров горизонтальных лучевых скважин следует руководствоваться указаниями, относящимися к фильтрам вертикальных скважин и дополнительно учитывать особенности применяемого способа проходки.

Оборудование лучевых водозаборов состоит из водоподъёмной установки, соединительных всасывающих и напорных водоводов, задвижек и контрольно-измерительной аппаратуры.

Для подъёма воды из водосборного колодца могут применяться обычные и погружные центробежные насосы с горизонтальным или вертикальным расположением вала.

Обычные насосы устанавливаются на специальном перекрытии, расположенном внутри шахты или на плавучем устройстве (например, на понтоне). В любом случае расстояние от оси насоса до уровня воды должно быть меньше высоты всасывания насоса. Всасывающие патрубки насосов могут быть опущены под уровень воды в колодце, или могут подключаться непосредственно к концам скважин лучей. При этом в лучах создаётся пониженное давление, что способствует дополнительному притоку воды и увеличению производительности водозабора.

Глубинные насосы (в том числе и погружные) применяются при подъёме воды с глубины более семи метров. Наибольшее применение имеют погружные насосы марок ЭЦВ и ЭПН, которые устанавливаются под уровень воды в водосборном колодце.

Для контроля расхода и напора воды, поступающей из лучей, на каждом из них устанавливается водомерное устройство и пьезометр. Для контроля уровня воды в водосборном колодце он оборудуется уровнемером. Для учёта расхода воды, поступающего из водозабора, на напорных патрубках насосов устанавливаются расходомеры.

В напорных пластах дебит водозабора определяется по формуле

Конспект,                                                 (32.1)

где m – мощность пласта, м.

– понижение уровня воды в лучевом водозаборе, м (для напорных пластов Sдоп=(0,2…0,3)Н, для безнапорных Sдоп=Н-(0,75…1,0)m),

H – напор воды в пласте, м.

k – коэффициент фильтрации водоносной порода, м/сут;

R – радиус влияния колодца, м;

rэ –  эквивалентный радиус лучевого водозабора,

Конспект, м,                                              (32.2)

где l – длина луча, м;

n – число лучей.

Понижение уровня при этом не должно превышать половину величины напора в слое.

 

33. КАПТАЖ ИСТОЧНИКОВ (РОДНИКОВ)

Родниковые воды, выходящие на дневную поверхность, отбирают специальными водозаборными сооружениями - каптажами.

Каптаж (захват) заключается во вскрытии и оборудовании таких источников, которые обеспечивают концентрированное поступление воды в водозаборное сооружение.

Конструкции каптажных сооружений могут быть самыми разнообразными: от простейших каменных набросок или продольно-поперечных траншей, заполненных фильтрующим материалом, до более сложных водосборных камер. Выбор конструкции каптажа определяется:

·        направлением движения подземных вод (восходящие и нисходящие источники);

·        водообилием отдельных источников;

·        объёмом водопотребления.

         При сосредоточенном выходе подземных вод каптажное сооружение устраивается в виде камеры - колодца, расположенного над выходом восходящего источника, или перед выходом нисходящего источника.

         При рассредоточенном выходе подземных вод на поверхность земли в виде отдельных источников, отстоящих один от другого на расстоянии более 5 метров, каптаж их осуществляется раздельно со сбором воды в общую водосборную камеру. Такой общей камерой может быть камера на основном (наибольшем по дебиту) выходе подземных вод или специальная сборная камера вне выхода подземных вод. При рассредоточенном сплошном, но слабо выраженном выходе подземных вод, каптаж их осуществляется с помощью горизонтальных трубчатых или галерейных водозаборов с отводом воды в общую водосборную камеру.

При использовании нисходящих источников, расположенных на склонах горных возвышенностей и долин оврагов, балок, берегах рек, каптаж врезается в склон в расчёте на приём воды через его нагорную стенку. Для этого в ней предусматриваются соответствующие отверстия. Между стенкой каптажа с водоприёмными отверстиями и обнаженной поверхностью водоносного пласта устраивается обратный фильтр, материал которого подбирается в зависимости от размера частиц породы водоносного пласта.

При небольшой мощности водоносного пласта и близком залегании водоупора днище каптажной камеры заглубляют ниже подошвы пласта на величину, позволяющую расположить расходную трубу и создать над ней необходимый напор для транспортирования воды. При  этом для более полного отбора воды из пласта её уровень в каптажной камере не должен быть выше подошвы пласта.

При большой мощности водоносного пласта и глубоком залегании водоупора каптаж по глубине вскрытия пласта может быть несовершенным. Глубина заложения нижнего ряда водоприёмных отверстий в стенке каптажа и заглубление его днища в этом случае определяется из условия требуемой производительности с учётом создания условий для отвода воды. каптаж нисходящих источников сооружается при необходимости с водоулавливающими стенками барражами, вдоль которых со стороны потока подземных вод выкладывается призма из фильтрующего материала, сопрягающаяся с обратным фильтром каптажа.

Из восходящих источников приём воды осуществляется в соответствии с её движением снизу вверх, через дно каптажного устройства. В случаях, когда восходящий источник выходит из водоносного пласта, представленного скальными трещиноватыми, но крепкими породами, приём воды днищем каптажа осуществляется через один слой фильтрующего материала - крупного гравия, гальки или щебня. При выходе восходящего источника из рыхлых водоносных пород, в особенности из песков, приём воды в каптаж осуществляется через обратный фильтр, располагаемый под днищем каптажа.

Каптажные камеры сооружают из сборного железобетона в открытых котлованах либо при глубоком залегании водоносного пласта - опускным способом.

Для нормальной эксплуатации каптажа он должен быть оборудован устройствами для сброса излишков воды, осаждения и удаления взвешенных веществ, замера расхода и регулирования подачи воды потребителю.

Вода из каптажей подаётся потребителям самотёком либо с помощью насосов. Насосы могут быть установлены в каптажных камерах (на каптажах малой производительности), в отдельном здании у каптажа или у общей водосборной ёмкости, в которую стекает вода из нескольких каптажей.

С целью большего захвата воды нисходящих источников предусматривается устройство улавливающих стенок из глинистого грунта, вдоль которых для свободного отвода воды в камеры укладывается фильтрующая призма.

Конструкция глиняно-каменной камеры для каптажа неглубоко залегающих источников состоит из каменной наброски, закрытой сверху и с боков слоем плотно утрамбованной глины. Поверх каменной наброски укладывают гравийный или щебёночный слой для предотвращения выноса водоносной породы в каменную наброску.

В камеру восходящего источника вода поступает через днище, на дно камеры укладывается обратный фильтр. Глиняно-каменная камера для каптажа нисходящего источника имеет обратный фильтр со стороны водоносного пласта.

Конструкции каптажных сооружений напоминает шахтные колодцы с той разницей, что они перекрыты сверху, снабжены переливным трубопроводом, а отвод воды производится расходной трубой самотеком либо насосом.

Контрольные вопросы

1.     Горизонтальные водозаборы. Область применения, конструкции расчет дебита.

2.     Шахтные колодцы. Область применения, конструкции, расчет дебита.

3.     Лучевые водозаборы. Схемы. Область применения, конструкции расчет дебита.

4.     Каптажи. Описание конструкций.

 

34. ВОДОЗАБОРЫ В СИСТЕМАХ ИСКУССТВЕННОГО ПОПОЛНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Длительная либо интенсивная эксплуатация водозаборов подземных вод может привести к истощению запасов подземных водоносных горизонтов и, в конечном счёте, к снижению производительности либо к полному выходу из строя  водозабора. Решением проблемы может быть искусственное пополнение запасов подземных вод. Искусственное пополнение запасов подземных вод заключается в том, что поверхностные воды путём инфильтрации (или закачки в водоносный горизонт) переводятся в подземные. Кроме того метод позволяет во многих случаях полностью или частично отказаться от устройства сооружений для предварительной очистки воды. Это позволяет рассматривать водозаборы с искусственным пополнением подземных вод как альтернативу водозаборам из поверхностных источников, например при высокой мутности воды либо при обмелении источника в определённые периоды года.

Под искусственным пополнением подземных вод понимается комплекс инженерно-технических мероприятий, которые обеспечивают дополнительное по сравнению с естественными условиями питание подземных вод или формирование новых их запасов. В качестве источников пополнения, как правило, используются реки, озёра и водохранилища. Принципиальная схема сооружений искусственного пополнения подземных вод приведена на рис. 34.1. Вода из источника пополнения 1 поступает в водозаборное сооружение 2, откуда насосами по распределительному трубопроводу 3 поступает в инфильтрационные сооружения 4, из которых вода поступает в водоносный горизонт, пополняя запасы подземных вод. Захват подземных вод может производиться любым предназначенным для этого сооружением (скважинами, горизонтальными водосборами и т. п.), однако чаще всего используют скважины 5. Из скважин вода поступает в сборный резервуар 7, который при соответствии качества подземной воды  ГОСТу на питьевую воду является резервуаром чистой воды. Если в подземной воде содержаться некоторые вещества в концентрациях, превышающих допустимые для питьевой воды, то в схему включают очистные сооружения для их удаления. В любом случае производится обеззараживание воды хлором в сооружении 6

Конспект

Инфильтрационные сооружения разделяются на два основных типа:

1.     открытые (бассейны, каналы, площадки и др.);

2.     закрытые (поглощающие скважины, шахты, колодцы, галереи).

Целесообразность применения инфильтрационных сооружений того или иного типа определяется климатическими и геолого-гидрологическими условиями участка, отведенного для сооружений искусственного пополнения, гидрологической характеристикой источника пополнения, наличием свободных площадей и целями пополнения. Одна и та же система искусственного пополнения может включать в свой состав инфильтрационные сооружения различных типов.

На рис. 34.2 приведены схемы искусственного пополнения подземных вод с размещением всего комплекса сооружений на одной площадке при линейном однорядном а) и двухрядном б) расположении инфильтрационных сооружений (бассейнов). Такие схемы целесообразно применять для:

·        увеличения производительности существующего водозабора;

·        увеличения запасов подземных вод в районе вновь проектируемого водозабора;

·        уменьшения протяженности каптажных сооружений в условиях, когда водопроницаемые породы характеризуются песчаными или гравийно-галечниковыми отложениями достаточной мощности при общей толще покровных слабопроницаемых слоёв не более четырёх метров.

При проектировании систем искусственного пополнения подземных вод производят:

·        выбор технологической схемы системы;

·        выбор типа, конструкции, режима эксплуатации и способа регенерации инфильтрационных сооружений, определение их производительности;

·        расчёт дебита каптажных сооружений и изменений уровней воды в зоне их влияния с учётом поступления воды из инфильтрационных сооружений;

·       
Конспект

определение необходимой степени подготовки воды из источника пополнения, схемы и состава очистных сооружений с учётом прогнозирования качества воды в водозаборах подземных вод.

1 – водозабор из поверхностного источника; 2 – насосная станция первого подъёма; 3 – сооружения предварительной подготовки воды (при необходимости); 4 – инфильтрационные бассейны; 5 – скважины; 6 – сооружения очистки подземных вод; 7 – резервуар чистой воды; 8 – насосная станция второго подъёма; 9 – установка для обеззараживания воды.

Проектирование устройств для забора воды из источника пополнения и её транспортирования, сооружений предварительной и последующей обработки воды, резервуаров чистой воды, насосных станций и водоводов производится также, как и проектирование соответствующих сооружений в обычных (без пополнения) системах хозяйственно-питьевого водоснабжения, использующих поверхностные и подземные воды.

Как уже отмечалось, различают инфильтрационные сооружения открытого и закрытого типа.

Инфильтрационными сооружениями открытого типа являются бассейны, каналы, площадки, канавы и борозды.

Бассейны представляют собой искусственные углубления в виде котлованов и траншей со спланированным дном и откосами (рис. 34.3). Часто бассейны образуются системой дамб и насыпей с относительно небольшой выемкой грунта. Достоинствами бассейнов, сооружаемых в песках и гравийно-галечниковых отложениях с мелким заполнителем или имеющих искусственную песчаную загрузку дна, является высокая надёжность обеспечения необходимого количества и качества воды, практически неограниченный срок службы, хорошо отработанные приёмы устройства и эксплуатации. Для бассейнов характерны: подготовка воды перед подачей её на фильтрацию, достаточно высокое качество чистки бассейнов, и, как правило, их круглогодичная эксплуатация.

КонспектИнфильтрационные бассейны имеют, как правило, прямоугольную форму в плане и трапецеидальное, реже прямоугольное, поперечное и продольное сечение.

На крупных установках искусственного пополнения подземных вод применяют бассейны шириной по дну 15–30 м и длиной 200–400 м. Глубина бассейна зависит от геологических, топографических и климатических условий и обычно не превышает 3 – 4 м (чаще 1,5–2 м). При наличии слабопроницаемых покровных отложений днища бассейнов врезаются в хорошо фильтрующие породы на глубину не менее 0,3 м. Общая глубина бассейна от днища до верха откоса превышает глубину его наполнения не менее чем на 0,5 м.

Инфильтрационные бассейны могут устраиваться без загрузки дна, с песчаной или с гравийной загрузкой. Под днищем бассейна могут укладываться дренажные трубы с последующей их обсыпки слоями гравия и песка общей мощностью не менее двух метров.

Песчаная и гравийная загрузка дна предусматривается при сооружении бассейнов в гравийно-галечниковых отложениях. Толщина песчаной загрузки составляет 0,5–0,8 м при крупности зёрен 0,5–2 мм, а толщина гравийной загрузки 0,3–0,5 м при крупности зёрен 3–8 мм. Вода в инфильтрационные бассейны подаётся при помощи одного или двух водовыпусков, а также аэрационных каскадов или разбрызгивающих сопел.

Инфильтрационные каналы имеют большую длину, чем бассейны, и общее их число в составе системы искусственного пополнения оказывается обычно малым. Это снижает маневренность системы искусственного пополнения в целом.

Инфильтрационные площадки отличаются от бассейнов меньшей глубиной, при их сооружении растительный и почвенный слои не удаляются.

Канавы и борозды применяются в топографических условиях, характеризующихся большими уклонами поверхности и наличием неровностей, исключающих или затрудняющих  устройство бассейнов. По конструкции они сходны с ирригационными системами.

В последнее время получило распространение искусственное пополнение подземных вод дождеванием отведённых под инфильтрацию площадей при помощи устройств и механизмов, применяемых для орошения сельскохозяйственных земель.

Закрытые инфильтрационные сооружения (поглощающие скважины и галереи, шахты, колодцы, шурфы) по сравнению с открытыми сооружениями преимуществами: возможностью пополнения относительно глубоко залегающих водоносных горизонтов или первого от поверхности земли водоносного пласта, прикрытого сверху мощным водоупорным слоем; малой зависимостью от климатических условий и др.

Однако из-за таких недостатков этих сооружений, как высокие требования к  качеству подаваемой в них воды, создание больших инфильтрационных поверхностей, затруднительность восстановления их фильтрующей способности применение их рекомендуется лишь в тех случаях, когда нет возможности использовать инфильтрационные сооружения открытого типа.

Контрольные вопросы

1.     Искусственное пополнение подземных вод. Схемы, конструкции.

 

35. ЗОНЫ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ВОДОЗАБОРОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Для  предотвращения загрязнения подземных вод в районе водозаборов устанавливаются три пояса зон санитарной охраны (ЗСО). Первый пояс- зона строгого режима; второй и третий - зоны ограничений (п. 10.2, СНиП 2.04.02 - 84).

Первый пояс ЗСО предназначен для исключения возможности случайного загрязнения воды непосредственно на водозаборных сооружениях. Он устанавливается вокруг участка, на котором расположен водозабор, насосных станций, установок для очистки воды и резервуаров.

Границы первого пояса располагаются от водозаборных сооружений на расстоянии не менее 50 м при использовании недостаточно защищённых подземных вод и не менее 30 м при использовании защищённых водоупорами подземных вод. Обычно граница первого пояса устанавливается по периметру водозабора. Однако, если расстояние между отдельными водозаборными сооружениями (например, скважинами) превышает 100 м, то первый пояс может устанавливаться отдельно для каждого водозабора.

К защищённым относятся подземные воды, которые имеют в пределах всех трёх зон санитарной охраны  сплошную водоупорную кровлю. Водоупорная кровля исключает поступление в водоносный слой загрязнений из поверхностных источников, поверхности земли либо из вышележащих незащищённых подземных пластов. У незащищённых подземных вод сплошная кровля отсутствует, либо имеется связь с поверхностным водным источником.

Если водозабор питается за счёт инфильтрации воды из поверхностного источника, то при расстоянии между ними до 150 м в первый пояс включается участок между водозабором и поверхностным источником. При этом, на поверхностном источнике устанавливается свой пояс санитарной охраны в соответствии с п. 10.8, СНиП 2.04.02 - 84.

Граница второго пояса ЗСО устанавливается на таком расстоянии от скважин, чтобы время микробного загрязнения воды было не менее 100-400 сут.

Граница третьего пояса ЗСО устанавливается на таком расстоянии от скважин, чтобы время продвижения химического загрязнения воды до скважин было больше времени эксплуатации водозабора, но не менее 25 лет.

Размеры территории второго и третьего пояса зон ЗСО устанавливаются на основании гидрологических расчётов, которые выполняются в соответствии с "Пособием по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02 - 84)"

На территории каждого пояса ЗСО предписывается выполнение определённых санитарно-оздоровительных, защитных и водо-охранных мероприятий.

По второму и третьему поясу предусматриваются следующие мероприятия:

·        выявление и ликвидация всех бездействующих и дефектных водозаборных сооружений, через которые может произойти загрязнение водоносного горизонта;

·        любое проектирование и строительство новых водозаборных сооружений производится с разрешения и по согласованию с местными санитарными службами, органами геологического и органами по регулированию использования и охране вод;

·        запрещена закачки в подземные горизонты любых сточных вод, подземное складирование твёрдых отходов и разработка недр, которые могут привести к загрязнению водоносного горизонта;

·        запрещено размещения любых объектов, обуславливающих опасность химического загрязнения водоносного горизонта (накопители промстоков,  шламохранилища, склады ядохимикатов, минеральных удобрений и горюче- смазочных материалов и т. п.). При размещении в пределах третьего пояса полей фильтрации сточных вод, животноводческих комплексов и других объектов, которые могут служить источником бактериального загрязнения подземных вод, должна быть исключена возможность поступления поверхностного и дренажного стока на территорию второго пояса.

         На территории второго пояса дополнительно предусматривают следующие мероприятия:

·        запрещение размещения любых объектов обуславливающих опасность микробного загрязнения водоносного горизонта (кладбища; скотомогильники; поля фильтрации сточных вод, животноводческие комплексы и т. п.);

·        запрещение применения удобрений и ядохимикатов;

·        в населённых пунктах должно быть выполнено санитарное благоустройство (канализование, устройство водонепроницаемых выгребов и т. п.).

На территории первого пояса дополнительно предусматривают следующие мероприятия:

·        территория должна быть спланирована для отвода поверхностного стока за её пределы, озеленена, ограждена и постоянно охраняться;

·        запрещены все виды хозяйственной деятельности (проживание людей; содержание и выпас животных; земледелие; складирование техники и материалов не относящихся к водозабору и т. п.);

·        здания и сооружения на территории первого пояса должны быть канализованы с отводом сточных вод в централизованную канализацию или на местные очистные сооружения за пределы первого пояса. Если такая возможность отсутствует. То предусматривается устройство водонепроницаемых выгребов с периодическим вывозом нечистот за пределы второго пояса ЗСО.

Контрольные вопросы

1.     Зоны санитарной охраны подземных вод. Пояса санитарной охраны.

2.     Ограничения деятельности, определение границ.


ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1982. – 440с.

2. Тугай А.М. Водозаборные сооружения. – К.: Вища школа,1984. - 200с.

3. СНИП 2.04.02–84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения /Госстрой СССР – М.: Стройиздат, 1985. – 136 с.

4. Грабовский П.А., Ларкина Г.М., Нелюбов В.А., Прогульный В.И. Водозаборные сооружения. Конспект лекций (для студентов специальности «Водоснабжение и водоотведение».) – Одесса: ОГАСА, 2002. – 92 с.

5. Найманов А.Я., Никишина С.Б., Насонкина Н.г., Омельченко Н.П., Маслак В.Н., Зотов Н.И., Найманова А.А. Водоснакбжение. – Донецк, Норд-Пресс, 2004. – 649 с.

 

Дополнительная

1. Пособие по проектированию сооружений для забора поверхностных вод (к СНиП 2.04.02– 84)/ ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1990. – 256 с.

2. Пособие по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02– 84)/ ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1989. – 272 с.

3. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий.- М.: Стройиздат, 1977. – 288 с.

4. Тугай А.М., Прокопчук И.Т. Водоснабжение из подземных источников. Справочник.- К.: Урожай, 1990.-264с.

5. Проектирование водозаборов подземных вод /Под. ред. Ф.И.Бочевера.-М.: Стройиздат, 1976. – 292 с.

6. Водозаборные сооружения для водоснабжения из поверхностных источников./ Под ред. К.А. Михайлова и А.С. Образовского.- М.: Стройиздат, 1976. – 368 с.

 


СОДЕРЖАНИЕ

         ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………     3

1. ИСТОЧНИКИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ………………..........   4

2. ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ.....        5

Контрольные вопросы………………………………………………..     6

3. КЛАССИФИКАЦИЯ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ

ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………..  6

4. ВЫБОР МЕСТА И ТИПА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОЗАБОРОВ…..        8

Контрольные вопросы………………………………………………...    10

5. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ВОДОПРИЕМНЫХ

СООРУЖЕНИЙ БЕРЕГОВОГО ТИПА............................................... 10

6. КОМПОНОВКА ВОДОЗАБОРА БЕРЕГОВОГО ТИПА.................... 12

7. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ВОДОПРИЕМНЫХ

СООРУЖЕНИЙ РУСЛОВОГО ТИПА................................................ 14

8. КОМПОНОВКА ВОДОЗАБОРА РУСЛОВОГО ТИПА.....................  15

Контрольные вопросы………………………………………………...    18

9. КЛАССИФИКАЦИЯ ВОДОПРИЕМНИКОВ

ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОЗАБОРОВ............................................... 18

10. ТИПЫ ВОДОПРИЕМНЫХ ОГОЛОВКОВ.......................................  20

11. ПОДАЮЩИЕ ЛИНИИ РУСЛОВЫХ ВОДОЗАБОРОВ..................   28

12. ПРОМЫВКА ОГОЛОВКОВ И ПОДАЮЩИХ ЛИНИЙ.................   30

13. БОРЬБА С БИОЛОГИЧЕСКИМИ ОБРАСТАНИЯМИ...................   33

Контрольные вопросы………………………………………………...    33

14. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ........   33

14.1. Расчет решеток и сеток.............................................................  33

14.2. Расчет фильтрующих рыбозащитных кассет……………….    35

14.3. Расчет самотечных и сифонных линий...................................   35

14.4. Определение уровней воды в водоприемном колодце

и проверка заглубления всасывающих труб насосов..............   37

14.5. Расчет насосной станции первого подъема…………………     39

Контрольные вопросы………………………………………………..     40

15. ЗАЩИТА ВОДОЗАБОРОВ ОТ СОРА……………………………..    40

16. РЫБОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ НА ВОДОЗАБОРАХ……….         45

17. БОРЬБА С ШУГО-ЛЕДОВЫМИ ЯВЛЕНИЯМИ

 НА ПОВЕРХНОСТНЫХ  ВОДОПРИЕМНИКАХ………………….. 49

Контрольные вопросы………………………………………………..     53

18. ВОДОПРИЕМНЫЕ КОВШИ……………………………………….     53

18.1. Назначение ковшей………………………………………….....   53

18.2. Основные типы ковшей………………………………………..   54

18.3. Гидравлика и расчет ковшей……………………………….       56

Контрольные вопросы………………………………………………..     59

19. ЗОНЫ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ

ВОДОЗАБОРАХ……………………………………………………      59

Контрольные вопросы………………………………………………..     60

20. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 

ПОДЗЕМНЫХ ВОД………………………………………………..      61

Контрольные вопросы………………………………………………..     64

21. ТИПЫ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ЗАХВАТА ПОДЗЕМНЫХ ВОД….    64

22. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

И ПАРАМЕТРЫ ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ…………………..     65

23. УСТРОЙСТВО СКВАЖИН. КРЕПЛЕНИЕ СКВАЖИН

ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ………………………………………...     68

Контрольные вопросы………………………………………………..     70

24. БУРЕНИЕ СКВАЖИН………………………………………………     70

25. ФИЛЬТРЫ СКВАЖИН………………………………………………    73

26. РАСЧЕТ СКВАЖИННЫХ ФИЛЬТРОВ……………………………    77

Контрольные вопросы………………………………………………..     77

27. РАЗМЕЩЕНИЕ СКВАЖИН НА МЕСТНОСТИ И

СБОРНЫЕ ВОДОВОДЫ…………………………………………….     78

Контрольные вопросы………………………………………………..     80

28. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ СКВАЖИН………………   81

Контрольные вопросы………………………………………………..     87

29. ОБОРУДОВАНИЕ ТРУБЧАТЫХ КОЛОДЦЕВ…………………...    88

Контрольные вопросы………………………………………………..     91

30. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВОДОЗАБОРЫ……………………………..    92

31. ШАХТНЫЕ КОЛОДЦЫ…………………………………………….     96

32. ЛУЧЕВЫЕ ВОДОЗАБОРЫ………………………………………...      .        99

33. КАПТАЖ ИСТОЧНИКОВ (РОДНИКОВ)…………………………    103

Контрольные вопросы………………………………………………..     105

34. ВОДОЗАБОРЫ В СИСТЕМАХ ИСКУССТВЕННОГО

ПОПОЛНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД…………………………….     105

Контрольные вопросы………………………………………………..     109

35. ЗОНЫ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ВОДОЗАБОРОВ

ПОДЗЕМНЫХ ВОД………………………………………………….     109

Контрольные вопросы………………………………………………..     111

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………..      112

 


Учебное издание

 

 

ВОДОСНАБЖЕНИЕ

 

РАЗДЕЛ ²ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ²

(Конспект лекций для студентов 3-5 курсов дневной и заочной форм обучения, экстернов и иностранных студентов специальности 7.092600 ²Водоснабжение и водоотведение²)

 

 

 

Составитель: Галина Ивановна Благодарная

 

 

 

 

 

 

 

 

Редактор: Н.З. Алябьев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

План 2006, поз. 352

Подп. к печати  14.09.2006 г.

Формат 60х84 1/16

Бумага офисная.

Печать на ризографе.

Зак. №

Усл.-печ. лист. 5,8

Тираж 200 экз.

Уч.-изд. лист. 6,2

61002, Харьков, ХНАГХ, ул. Революции, 12

Сектор оперативной полиграфии при ИВЦ ХНАГХ

61002, Харьков, ул. Революции, 12

 
 


[1] Более точные значения местных сопротивлений определяются по справочникам.

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.