Главная стр 1стр 2 ... стр 4стр 5
скачать
Алексей Филиппович Порядин
УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОЗАБОРОВ

УДК 628.113.1


Печатается по решению секции литературы по жилищно-коммуналь­ному хозяйству редакционного совета Стройиздата.

Рецензент — канд. техн. наук, зав. лабораторией НИИКВОВ Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова И. В. Со-жинов.


Порядин А. Ф.

П 60 Устройство и эксплуатация водозаборов. — М.: Стройиздат, 1984. — 183с., ил. — (Б-ка работника жил.-коммун, хоз-ва)


Обобщен опыт работы по устройству и эксплуатации водозабо­ров из поверхностных источников. Описаны новые конструкции водо­приемников и технологические схемы забора воды. Даны рекомендации по устойчивому отбору больших количеств воды. Значительное место отводится повышению надежности работы водозаборов, улучшению качества воды при ее отборе из источников.

Для инженерно-технических работников водопроводного хозяйства.


3206000000 — 524

П ----------------------29-84

047(01 )-84
ББК 38.774 6С7.5
Стройиздат, 1984
ПРЕДИСЛОВИЕ
Необходимость совершенствования устройства и эксплуатации водозаборов непосредственно вытекает из задач, поставленных XXVI съездом КПСС: повысить обеспеченность городов и других населенных пунктов централизованным водоснабжением; улучшить охрану водных источников, в том числе малых рек и озер, от исто­щения и загрязнения.

В книге на основе обобщения обширного материала производ­ственной практики, опыта проектирования и научных исследований, отражены достижения в усовершенствовании отдельных типов водо­заборов, в технологии отбора воды и улучшения ее качества; боль­шое внимание уделено повышению надежности работы водозаборных сооружений. В ней нашло отражение первоочередное значение ре­конструкции и технического перевооружения, интенсификации про­изводства, определенное Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981 — 1985 годы и на период до 1990 года.

Сейчас в нашей стране действует более 20 тыс. водозаборов из поверхностных источников, в том числе около 5 тыс. — в системах коммунального водоснабжения. Удельные (на 1 м3 суточной произ­водительности) капитальные вложения на строительство водозабор­ных сооружений достигают 15...20 руб. Следовательно, при ожидае­мом приросте только хозяйственно-питьевого водопотребления в городах РСФСР на строительство водозаборов в одиннадцатой — двенадцатой пятилетках потребуются значительные капиталовложе­ния — сотни миллионов рублей. Рациональное использование таких затрат имеет большое народнохозяйственное значение.

Для целей водоснабжения используют поверхностные воды рек, озер, каналов, водохранилищ и прудов, но, поскольку в преоб­ладающем большинстве водопотребление осуществляется из рек, чаще всего приходится решать задачи устройства и эксплуатации водозаборов на реках. Именно поэтому речным водозаборам в кни­ге отведено главное место.

Автор не ставил цели создать руководство по устройству и экс­плуатации водозаборов, а на основе обширного натурного материа­ла стремился отразить те положительные тенденции, опыт, которые дают возможность модернизировать действующие водозаборы с уве­личением их производительности и повышением надежности работы и, следовательно, обеспечить бесперебойное водоснабжение в целом. Решение этой задачи дает большой экономический эффект, во-первых, за счет снижения удельных капитальных затрат на строительство во­дозаборов, а во-вторых, за счет предотвращения аварий на водо­заборах и уменьшения вызванного ими ущерба, что особенно важно сейчас, когда реализуется задача дальнейшего улучшения водоснаб­жения населения и повышения эффективности использования капи­тальных вложений. Тем более, что дальнейшее развитие коммуналь­ного водоснабжения будет осуществляться в большинстве случаев на базе уже действующих систем водоснабжения с использованием ра­нее освоенных источников, что в значительной степени повышает не-

обходимость широкого обобщения и распрбстранения накопленного-опыта интенсификации работы водозаборов.

Задача эта непосредственно вытекает из постановления декабрь­ского (1983 г.) Пленума ЦК КПСС, предусматривающего дальней­ший рост эффективности экономики, ускорение научно-технического прогресса, более полное использование производственного потенциа­ла всех материальных, трудовых и финансовых ресурсов.

Благодаря большому числу действующих водозаборов во всех. климатических зонах страны для конкретных условий проектирова­ния почти всегда имеются опытные данные, позволяющие безоши­бочно решать задачи устройства и эксплуатации вновь проектируе­мых водозаборов. Разумеется, проектированию должно предшество­вать детальное обследование водозаборов-аналогов, изучение материалов эксплуатации, аварийных ситуаций и т. д.

Не все приведенные в книге решения являются самыми совер­шенными, некоторые из них даны в незаконченном виде, в форме постановки задач, но большинство уже проверено практикой проек­тирования и эксплуатации.

Автор стремился привлечь внимание специалистов, занятых про­ектированием, эксплуатацией и исследованием водозаборов к про­должению этой работы, к поиску новых инженерных решений по совершенствованию водозаборных сооружений, а также технологии отбора воды и улучшения ее качества.

Автор выражает благодарность д-ру техн. наук, проф. А. С. Об-разовскому, канд. техн. наук И. В. Кожинову за ценные советы и замечания при подготовке рукописи, а также сотрудникам Сибир­ского управления Росводоканалналадка, инженерам В. М. Митяни-ну, И. Д. Козлову и С. К. Станкову за помощь при сборе мате­риалов.
ГЛАВА I. ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Согласно Основам водного законодательства Сою­за ССР и союзных республик [26, ст. 15], водные объек­ты предоставляются в пользование прежде всего для удовлетворения питьевых и бытовых нужд населения, при этом они могут состоять в обособленном или сов­местном пользовании. При размещении водопользовате­лей, изменении характера водопользования и отрица­тельном воздействии его на состояние вод должны обес­печиваться рациональное их использование и первооче­редное удовлетворение нужд населения. В интересах охраны здоровья населения права водопользователей мо­гут быть пересмотрены, ограничены или прекращены от­дельные виды водопользования без ущемления интересов хозяйственно-питьевого водоснабжения.

В этой связи Основами водного законодательства Союза ССР и союзных республик [26, ст. 11] установлен порядок производства работ на водных объектах и в прибрежных зонах. Дноуглубительные, строительные ра­боты, добыча строительных и других материалов, про­кладка коммуникаций, рубка леса, буровые, сельскохо­зяйственные и другие работы, влияющие на состояние ьод, могут производиться только по согласованию с ор­ганами по регулированию использования и охран? вод, исполкомами местных Советов народных депутатов и другими органами.


1. Специальное водопользование

Хозяйственно-питьевое водоснабжение является од­ним из главных видов специального водопользования. К специальному водопользованию, согласно инструкции Минводхоза СССР (1978 г.), относится пользование вод­ными объектами, составляющими единый государствен­ный фонд страны, осуществляемое с применением соору­жений и технических устройств, в частности водозабор­ных сооружений. К другим видам водопользования отно­сятся судоходство, лесосплав, канализование и т. д.

Разрешения на специальное водопользование и, сле­довательно, на строительство водозаборов выдаются соответствующими органами. Министерством мелиорации и водного хозяйства СССР выдаются разрешения на межреспубликанские реки (Сырдарья, Амударья, Кура, Самур и др.); пограничные и международные реки (Ду­най, Амур, Мургаб, Хеджей и др.); реки Волгу, Ахтубу и Урал; некоторые каналы (Иртыш — Караганда, им. Кирова, Управления межреспубликанских амударьинс-ких ирригационных каналов). Министерствами и други­ми союзно-республиканскими органами мелиорации и водного хозяйства союзных республик, а также бассей­новыми (территориальными) управлениями и инспекция­ми по регулированию использования и охране вод выда­ются разрешения на водные объекты, регулирование пользования которыми не относится к компетенции Со­юза ССР. Советами министров автономных республик, исполкомами местных Советов народных депутатов вы­даются разрешения на замкнутые (непроточные) водое­мы, расположенные на территории района, города, а так­же на ручьи.

Руководством при выдаче разрешений на специальное водопользование являются схемы комплексного исполь­зования и охраны вод и водохозяйственные балансы, учитывающие интересы всех водопользователей и земле­пользователей и определяющие основные водохозяйст­венные и другие мероприятия, направленные на удовлет­ворение перспективных потребностей в воде населения и народного хозяйства, а также на охрану вод.

Выдаются разрешения только после согласования во­допользования с органами государственного санитарного надзора и органами охраны рыбных запасов (для рыбо-хозяйственных водоемов). Разрешением устанавливают­ся предельные величины отбора воды, их изменение в течение года, способы учета подачи, режим эксплуата­ции водозаборов и т. д.

Водный объект может быть предоставлен в кратко­срочное (до 3 лет), долгосрочное (до 25 лет) или бес­срочное (постоянное) пользование. Для коммунального водоснабжения водные объекты предоставляются, как правило, в бессрочное пользование.

Количество воды, которое разрешается забирать, за­висит от количества и качества водных ресурсов в дан­ном бассейне и их распределения по отраслям народного хозяйства в соответствии со схемами комплексного ис­пользования и охраны вод и водохозяйственными балансами. Источник выбирают с учетом выполнения общих требований к составу и свойствам воды поверхностных водоисточников у пунктов хозяйственно-питьевого водо­пользования, специальных требований к качеству воды, установленных Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами (1975).

Кроме того, вода в выбранном источнике не должна содержать вредные вещества (перечень которых вклю­чает более 450 наименований) в концентрациях, превы­шающих предельно допустимые.

Качество воды в реке оценивают в створе, удаленном от намечаемого водозаборного створа на расстояние не менее 1 км выше по течению, а на непроточных водоемах и водохранилищах — да расстояние 1 км в обе стороны от водозабора.

Санитарную надежность выбранного источника оце­нивают с учетом его перспективного использования. В связи с этим одновременно решаются задачи создания зон санитарной охраны и очистки сточных вод от насе­ленных пунктов, промышленных предприятий и других объектов, расположенных в бассейне водосбора.

Если данный источник не соответствует вышеприве­денным требованиям, а другие (более надежные) источ­ники отсутствуют, то, по согласованию с органами Го­сударственного санитарного надзора, источник может быть принят при условии выполнения дополнительных мероприятий, обеспечивающих подачу воды потребите­лям с качеством, соответствующим требованиям ГОСТ 2874 — 82.


Показатель состава и свойств воды

Централизованное и нецентра­лизованное хозяйственно-пить­евое водоснабжение и водо­снабжение пищевых предприя­тий

Содержание взвешенных ве­ществ за счет загрязнения сточ­ными водами

Допускается увеличение не бо­лее, чем на 0,25 г/м3. Для во­доемов, содержащих в межень более 30 г/м3 природных мине­ральных веществ, — в пределах 5 % этих величин

Скорость выпадения взвесей

Не допускается более 0,4 мм/с для проточных водоемов и бо­лее 0,2 мм/с для водохранилищ

Плавающие примеси (веще­ства)

Не допускаются на поверхности водоемов плавающие пленки, пятна минеральных масел, скопление других примесей

Запах и привкус

Не допускается интенсивность более 2 баллов при непосредст­венном использовании или при последующем хлорировании

Окраска

Не должна обнаруживаться в столбике 20 см

Летняя температура воды пос­ле спуска сточных вод

Реакция


Не должна повышаться более чем на 3°С по сравнению с максимальной температурой воды летом Не должна выходить за преде­лы 6.5..8,5 рН

Минеральный состав

Не должен превышать по плот­ному остатку 1000 г/м3, в том числе хлоридов 350 г/м3, суль­фатов 500 г/м3

Содержание растворенного кислорода

Не должно быть менее 4 г/м3 в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня

Биохимическая потребность в кислороде (ВПК)

БПКполн при 20 °С не должна превышать 3 г/м3

Ядовитые вещества

Не должны содержаться в кон­центрациях, могущих оказать прямо или косвенно вредное действие на организм и здо­ровье человека

Возбудители заболеваний

Не должны содержаться. Сточ­ные воды, содержащие возбу­дителей заболеваний, должны подвергаться обеззаражива­нию перед спуском в водоем. Методы обеззараживания и предварительной очистки долж­ны согласовываться с органа­ми санитарного надзора в каж­дом отдельном случае

По данным водного кадастра, по территории СССР протекает около 3 млн. рек, имеющих суммарную протя­женность примерно 10 млн. км. Из них лишь 4114 рек имеют длину более 100 км, все остальные (95 % по про­тяженности) относятся к категории малых рек. Только в РСФСР насчитывается около 130 тыс. малых рек про­тяженностью 10 — 200 км, издавна являющихся источни­ками водоснабжения городов и других населенных пунк­тов. Для отдельных регионов (например, о-ва Сахалина) малые реки остаются единственными источниками водо­снабжения. На них уже построено и продолжает стро­иться множество водохранилищных и иных водозаборов. Только в мелиоративных целях в зоне неустойчивого земледелия европейской территории страны (ETC) требуется создать дополнительно примерно 8 тыс. водохра­нилищ со средним объемом 2 млн. м3.

Особого внимания заслуживает вопрос остаточного стока при отборе воды из малых рек. В практике извест­ны многочисленные факты полного отбора воды из по­верхностных источников, что влечет большие осложне­ния в обеспечении водой нижерасположенных потреби­телей. Величина минимального стока ниже водозабора диктуется не только специальным водопользованием, но и необходимостью охраны окружающей природной сре­ды. Введение Правил специального водопользования упорядочило решение многих вопросов, тем не менее не­предвиденные обстоятельства, неблагоприятное сочета­ние природно-климатических факторов и др. нередко приводят все же к большим осложнениям в водопользо­вании. Поэтому уже на стадии проектирования водоза­боров важно проанализировать на нижерасположенном участке реки кроме водопотребления также и условия нереста рыбы и развития молоди, сохранения и воспро­изводства водных животных и водоплавающих птиц, ценной водной растительности и прибрежных лесных массивов, мелиорации сельскохозяйственных земель, раз­бавления и самоочищения сточных вод и т. д.

Длигельное и повсеместное использование малых рек для водоснабжения позволило выработать традицион­ные методы отбора воды из них и типы водозаборов с учетом региональной специфики источников: на Кавказе, Крайнем Севере, в Приморье, на Сахалине, Камчатке и др. Характерно, что почти всегда на этих водозаборах улучшение качества воды сочетается с улучшением тех­нологии ее отбора.


2. Выбор источника водоснабжения и оценка условий забора воды

Хозяйственно-питьевое водоснабжение населенных пунктов должно исключать прямое или косвенное вред­ное воздействие воды на здоровье людей. Следовательно, первостепенное значение при выборе источника име­ет качество воды. Разумеется, что дебит источника (или нескольких источников) при естественном его стоке или регулировании должен обеспечивать потребность в воде с учетом перспективного роста водопотребления. Соглас­но ГОСТ 17.1.3.03 — 77 (с изм.) «Охрана природы. Гид­росфера. Правила выбора и оценки качества источни­ков централизованного хозяйственно-питьевого водо­снабжения», предпочтение всегда отдается подземным источникам. Поверхностные источники используют для хозяйственно-питьевого водоснабжения только после разведки подземных источников (отсутствия естествен­ных их ресурсов, установления неблагоприятных гидро­геологических условий, недостаточного дебита и др.). При недостаточном дебите подземного источника пе­реходу к прямому использованию поверхностных ис­точников должно предшествовать глубокое изучение возможности искусственного пополнения подземных вод.

Принцип выбора источников выработан длительным предшествующим опытом развития централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Известно, что в большинстве наших городов первоначально централизо­ванное водоснабжение базировалось на подземных ис­точниках, однако по мере роста водопотребления и ис­тощения запасов подземных вод осуществлялся переход (частичный или полный) к поверхностным источникам, что можно проследить на примере водопроводов Москвы, Калуги, Тулы, Калинина, Барнаула, Хабаровска, Мага­дана и других городов. Проводимый одновременно с этим поиск подземных вод во многих случаях (например, в Горьком, Куйбышеве, Владимире, Кемерове, Томске, Петропавловске-Камчатском и др.) позволил выявить большие запасы подземных вод, благодаря чему осущест­влен частичный переход к подземным источникам. Таким образом, сложились системы водоснабжения с разнотип­ными источниками питания, отличающиеся высокой ма­невренностью и надежностью.

В самом начале строительства водозабора (на ста­дии выбора источника) необходимо знать гидрологичес­кий режим реки, позволяющий оценить не только воз­можность бесперебойного отбора требуемого количест­ва воды, но и особенности технологии ее очистки. В этой связи следует пользоваться известной классификацией рек, сделанной Б. Д. Зайковым и основанной на связи их режима (внутригодового распределения стока) с клима­том. По характеру водного режима все реки СССР с не­зарегулированным стоком разделяются на три основные, группы (рис. 1): I — реки с весенним половодьем; II — с половодьем в теплую часть года; III — с паводочным режимом. Реки I и II групп характеризуются повторяю­щимися из года в год большими расходами воды в ве­сенне-летний период различной продолжительности. В остальное время года наблюдается низкий (межен­ный) или несколько повышенный сток, иногда со слу­чайными паводками. Реки III группы отличаются резкими кратковременными, но часто повторяющи­мися паводками и малым стоком в межпаводковые периоды.

Внутри этих групп выделяют 10 типов рек. I группа рек делится на 5 типов соответственно регионам, где тот или иной тип рек наиболее распространен. II группу подразделяют соответственно на 2 и III — на 3 типа. Отличительные признаки каждого типа рек видны из рис. 1. Наибольшее распространение имеют реки с весен­ним половодьем. В них, в зависимости от их величины и района расположения, в течение весеннего половодья (при таянии снега) проходит 50...100 % годового стока. Характерные черты режима рек сохраняются на всем их протяжении только тогда, когда весь водосборный бас­сейн находится в одной ландшафтной области и режим рек формируется под влиянием климатических факторов, изменяющихся лишь во времени. В противном случае ре­ка может иметь разнотипный режим, что характерно для крупных рек.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения важно и то, какой тип питания имеет тот или иной источник. Ти­пы рек по источникам питания (по М. И. Львовичу) при­ведены в табл. 1.



Знание режима источника позволяет более обосно­ванно подойти к решению задачи устройства водозабо­ра, а также оценить условия отбора воды и работы водо­очистной станции.
Таблица 1. Типизация рек по источникам питания

Тип питания

Символ

Районы преимущественного распространения.

Почти полностью снего­вое

S >80 %

Северный Казахстан, За­волжье

Преимущественно снего­вое

S > 50 %

Европейская часть СССР, Западная Сибирь, северо-восток азиатской части СССР

Почти полностью дожде­вое

R > 80 %

Черноморское побережье Кавказа (южная часть)

Преимущественно дож­девое

R > 50 %

Дальний Восток, некоторые районы Закавказья, бассей­ны Лены и Индигирки

Преимущественно лед­никовое

G > 25 %

Высокогорные районы Кав­каза и Средней Азии

Смешанное, но преобла­дает снеговое

S<50%

Прибалтика, предгорные районы Северного Кавказа, Алтая,, Саян, бассейн Лены

дождевое

R < 50 %

Закавказье, Черноморское побережье Кавказа (север­ная часть)

-ледниковое

G < 25 %

Горные районы Алтая

подземное

V<25%

Предгорные районы Средней Азии, большая часть рек Армении

Примечание. S — снеговое питание, R — дождевое, G — лед­никовое, V — подземное.



Рис. 1. Графики режима реки (по Б. Д. Зайкову)
Наряду с режимом стока большое значение для бес­перебойного отбора воды имеет режим уровней, наносов и шуголедовый режим реки. Режим уровней реки обус­ловливается прежде всего изменением ее водности, в peзультате чего на большинстве рек наблюдается сходст­во графиков колебания уровней и расходов. На отдель­ных участках эта закономерность может нарушаться из-за морфологических особенностей поймы и русла. На ;устьевых участках рек, где оказывают влияние сгонные и нагонные течения, приливы и отливы и т. д., уровен-ный режим имеет своеобразный характер. Существенное влияние на уровень воды оказывает также шуголедовый режим реки. В предледоставный период происходят ко­лебания уровня со сложной закономерностью, не связан­ные с водностью источника.



Рис. 2. Графики колебания уровня в Волге до строительства водохранилищ (а) и после строительства (б) (по М. И. Львовичу) 1 — Калинин; 2 — Андропов; 3 — Ярославль; 4 — Горький; 5 — Вязовые; 6 — Тетюши; 7 — Куйбышев; 8 — Саратов; 9 — Волгоград; 10 — Астрахань

В результате строительства водохранилищ сущест­венно изменился гидрологический режим Волги, Днеп­ра, Дона, Камы, Оби, Енисея, Ангары, Иртыша, Куры и других рек, что потребовало реконструкции многих ра­нее построенных водозаборов, поиска новых решений устройства и эксплуатации водоприемных сооружений. При каскадном зарегулировании стока уровенный режим претерпел значительные изменения на всем протяжении рек, что видно на примере Волги (рис. 2).





Рис. 3. Зависимость расхода взве­шенных наносов RH (тыс. кг/с) от расхода воды Qp (тыс. м3/с) Оби у Салехарда

При устройстве водозаборов для хозяйственно-пить­евого водоснабжения обычно решают две задачи: обес­печение бесперебойного отбора воды и потребного ее качества. Большое практическое значение здесь имеет создание условий для высокого качества воды на водоза­боре, и, следовательно, возникает необходимость глубо­кого анализа режима наносов (мутности) воды в источ­никах. Как известно, большая часть твердого стока рек проходит во время половодья и паводков. Ха­рактерным, особенно для равнинных рек, является опе­режение во времени нарастания расхода наносов Ru по сравнению с расходом воды Qp. На рис. 3 приведен гра­фик функции RH = f(Qp) для Оби у Салехарда. Как вид­но по хронологическому графику, в начале паводка (в мае) устанавливается прямая пропорциональная зависимость между rh и Qp с более интенсивным ростом расхода наносов (dQp/dt>Q; dRH/dt>0), затем (в июне) с увеличением стока воды расход взвешенных наносов почти не изменяется (dQp/dt>Q; dRH/dt = consi); в по­следующем (в июле) при относительно устойчивом стоке воды расход наносов резко уменьшается (dQp/dt&const; dRn/dt<Q). На спаде паводка расход воды уменьшается значительно быстрее, чем расход наносов (dQp/dt<Q; dRH/dt<0).



Рис. 4. Распределение мутности по глубине реки в бытовом створе

а — насыщенность наносами придон­ного слоя; б — уменьшение насы­щенности по глубине; в — равнове­ликая насыщенность



Рис. 5. Ледотермические процессы в нижнем бьефе

а — номера участков; б — образование ледяного покрова; в — изменение сред­ней температуры воды по длине; г распределение температуры воды по. глубине

Для крупных рек характерно то, что в фазе подъема половодья расход насосов увеличивается в основном за счет мелкозернистых фракций (d<0,05 мм), поступаю­щих с ближайших участков водосбора при интенсивном снеготаянии. На пике половодья, когда максимально ин­тенсифицируются руслоформирующие процессы, в соста­ве взвешенных наносов преобладают частицы с d>0,05 мм. На малых реках весенний паводковый сток формируется за счет единовременного снеготаяния на всей площади водосбора, в результате чего происходит совпадение во времени расхода наносов с пиком поло­водья. Описанная связь режима наносов не остается не­изменной из года в год, она не является одинаковой и для различных участков крупных рек. Тем не менее зная общую закономерность стока наносов, можно более обоснованно принять тип водоприемника, выбрать место его расположения, определить наилучший режим отбо­ра воды и, что особенно важно, оценить технологические особенности ее очистки.

Большой практический интерес, в частности, для ре­шения задачи высотного расположения водоприемника и очистки воды представляет также установление законо­мерности изменения мутности по глубине речного пото­ка. Приведенные на рис. 4 эпюры относительной мутно­сти воды (pi/pсp) по глубине (у/Н) при скорости потока va (по данным Гидропроекта) являются наиболее характерными. Чаще всего реки нашей страны соответст­вуют закономерности а, при которой большая часть взвешенных наносов транспортируется в придонном слое и, следовательно, водоприемные отверстия должны быть расположены как можно выше от дна реки. Тип в соот­ветствует рекам с очень мелкими наносами (d=0,05.., 0,01 мм) и с заиленным руслом. Высотное расположение водоприемника в этом случае не оказывает существенно­го влияния на качество забираемой воды. Тип б (про­межуточный) соответствует рекам, русла которых сло­жены крупнозернистыми аллювиальными отложениями и которые транспортируют в основном мелкодисперсные наносы (d<0,05 мм).

Основные фазы ледового режима рек (замерзание, ледостав и вскрытие) на разных реках имеют различ­ную продолжительность, степень проявления и воздейст­вия на водозаборные сооружения. По характеру ледово­го режима различают 12 типов крупных рек: Енисейский, Ленский, Байкальский и др. Поэтому, зная тип источни­ка, можно оценить характер шуголедовых процессов и условия забора воды. Однако в каждом конкретном слу­чае проектирования и эксплуатации водозаборов надо проводить натурные наблюдения.

Большую специфику имеют шуголедовые процессы в нижних бьефах плотин. На основе исследований ВНИИГ [34] здесь выделяют три вида ледотермического режима и соответственно этим режимам нижний бьеф разделя­ют по длине на 5, 6 или 10 участков (рис. 5) с характер­ными для них процессами и закономерностями измене­ния температуры воды. Как видно, наиболее опасной для работы водозаборов является зона, охватываемая участ­ками 6 и 7.
ГЛАВА II. УСТРОЙСТВО ВОДОЗАБОРОВ
За последние два десятилетия в системах комму­нального водоснабжения почти всех городов РСФСР по­строены или реконструированы водозаборные соору­жения различных типов. В большинстве водозаборы из поверхностных источников строились с русловыми за­топленными водоприемными оголовками, наиболее круп­ные из них (производительностью до 500 тыс. м3/сут и более) — в Куйбышеве, Горьком, Саратове, Ульяновске, Перми, Тюмени, Хабаровске и других городах. Широкое внедрение получили ковшовые водозаборы (рис. 6), по­строенные в этот период в системах коммунального во­доснабжения Ростова-на-Дону, Омска, Новосибирска, Барнаула, Кемерово, Ленинска-Кузнецкого и других го­родов, а также приплотинные и водохранилищные водо­заборы (рис. 7) в Пензе, Свердловске, Челябинске, Руб­цовске, Прокопьевске, Владивостоке и т. д. На этих водозаборах применены наиболее совершенные конструк­ции водоприемников, оборудование и технология, благо­даря чему достигнута высокая надежность их работы.



Рис. 6. Строительство ковшового водозабора на р. Томь
1. Роль водозаборов

в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения

и принципы их размещения
Водозабор является первым звеном сложной системы водоснабжения, обеспечивающим питание всех водопо-требителей. Занимая головное положение в системе, во­дозабор имеет определяющую роль в ее функционирова­нии.

Современный водозабор для водоснабжения крупно­го города представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений, оснащенных энергетическим и механическим оборудованием, системой автоматическо­го и телемеханического управления, стоимость его дос­тигает 2...5 млн. руб. Такой водозабор должен работать бесперебойно при любых условиях забора воды, сущест­венно изменяющихся по сезонам года.

Судоходство, лесосплавы, шугоход и ледоход, резкие колебания уровней воды, а также непредвиденные об­стоятельства нарушают работу водозаборов. Даже не­большие нарушения режима работы водозабора влекут за собой крупные осложнения в водоснабжении, аварии же могут принести материальный ущерб, многократно превышающий стоимость самих водозаборных сооруже­ний. Поэтому строительство и эксплуатация водозабо­ров обязательно должны сочетаться со всеми другими видами водопользования.


Рис. 7. Плотина на водозаборе из р. Миасс 18
Учение о водозаборах из поверхностных источников, разработка их конструкций и технологии были заложе­ны по существу только в послереволюционный период. Здесь почти полностью отсутствует заимствование зару-.бежного опыта, ибо условия забора воды на реках СССР

значительно сложнее, чем на реках Западной Европы. Уже в годы первой пятилетки были проведены экспери­менты и натурные исследования по открытым водозабо­рам в Кузбассе и Донбассе, на Волге и т. д., что в зна­чительной степени обусловливалось высокими темпами роста водопотребления. Особенно бурный рост комму-нального водопотребления имел место во второй полови­не текущего столетия благодаря массовому жилищному строительству в нашей стране и коренному улучшению благоустройства городов.

Все это влечет расширение масштабов строительст­ва водопроводов в целом и как составного их звена — водозаборных сооружений. Очевидно, и в дальнейшем исходя из ожидаемого роста водопотребления будет про­исходить интенсивное развитие водозаборов. С ростом водопотребления менялись не только масштабы отбора воды из поверхностных источников, не только возраста­ло число водозаборов, но (что особенно существенно) -изменялся их тип, совершенствовалась технология с уче­том специфики рек отдельных регионов и требований рыбоохраны, увеличивалась водозахватная способность водоприемных устройств.

С укрупнением (увеличением мощности) водозабо­ров возрастают требования к надежности (бесперебой­ности) их работы, ибо многократно увеличивается воз­можный материальный ущерб при аварийных ситуациях, а это требует в свою очередь более глубокого изучения гидрологических и иных условий забора воды, усовер­шенствования конструкций и технологии водозаборов. Большие эксперименты и теоретические разработки в этой области, проверка их в натурных условиях дают ог­ромный материал для обобщения исследований, более широкого внедрения в производство их результатов.

С созданием водохранилищ на Волге, Каме, Днепре, Оби, Енисее, Ангаре, со строительством крупных кана­лов существенно изменились условия (технические и правовые) забора воды, возникли комплексные решения водохозяйственной проблемы с учетом различных водо­пользователей: хозяйственно-питьевое и промышленное водоснабжение, гидро- и теплоэнергетика, орошение, рыбоводство и т. д.

Важное значение всесторонней оценки источников хозяйственно-питьевого водоснабжения вытекает из то-то, что выбор источника, места расположения водозабора на нем и отдаленность водозабора от населенного пункта в большой степени отражаются на устройстве системы водоснабжения в целом, на всех иных видах водопользования и на водоохранных мерах. По существу выбор того или иного источника для хозяйственно-питье­вого водоснабжения устанавливает систему водопользо­вания и основные принципы взаимоотношения водополь­зователей с водными объектами на далекую перспекти­ву, и тем более сейчас, когда из-за бурного роста городов, освоения новых территорий, активного экологи­ческого воздействия на источники водозаборы приходит­ся удалять на многие десятки километров от населенных пунктов, например в Риге, Иванове, Ижевске, Владивос­токе, Саранске и во многих городах за рубежом. Так, для водоснабжения Праги построен уникальный водозабор в комплексе с плотиной высотой 58 м, длиной 620 м и вместимостью водохранилища 264 млн. м3. Подача во­ды с водозабора осуществляется по системе водоводов и подземному туннелю на расстояние более 70 км. Для водоснабжения Хельсинки построен водозабор с подачей воды по подземному туннелю на 120 км.

Строительство водозаборов и всего комплекса голов­ных сооружений водопровода с производственными, ад­министративными и жилыми зданиями помимо чисто строительных работ включает нередко переселение на новые места (из зоны затопления) населенных пунктов, оздоровление территории, облесение, снятие раститель­ного слоя, расчистку русел малых водотоков и т.д. В крупных городах строительство водозаборов нередко дает начало развитию нового производственно-админи­стративного комплекса и жилого поселка со всей его инфраструктурой (например, поселки на водозаборах в Кемерове, Прокопьевске, Новосибирске и т.д.). Строи­тельство таких водозаборов осуществляется не только для одного города, но и для нескольких населенных пунктов, включая сельскохозяйственные комплексы и сельские населенные пункты. Например, водозабор из Невы в Ленинградской обл. обеспечивает водой города Пушкин, Павловск, Гатчину, Ломоносов, Красное Село и несколько сельских населенных пунктов; запроектиро­ван водозабор из Дона для Ростова-на-Дону, Новочер­касска, Батайска и т. д.

В связи с территориальным перераспределением сто­ка рек и строительством крупных водохозяйственных систем (например, системы на базе каналов Иртыш — Ка­раганда, Северский Донец — Донбасс и т. д.) построено большое число новых водозаборов общего назначения: коммунальное, промышленное и сельскохозяйственное водоснабжение, а также орошение земель. Головной во­дозабор на канале Иртыш — Караганда имеет расчет­ную производительность 75 м3/с с подачей воды на рас­стояние свыше 500 км, причем отбор столь большого расхода воды из Иртыша осуществляется без зарегули­рования стока (бесплотинным водозабором). На самом канале построено несколько водозаборов берегового ти­па (совмещенных с насосными станциями), наиболее крупные из которых обеспечивают подачу воды в Эки-бастузский, Карагандинский и Темиртауский промыш­ленные районы. Строительство этого водохозяйственно­го комплекса сочеталось с использованием и модерниза­цией водозаборов на местных маловодных источниках (подземных и поверхностных). За счет сброса воды из канала в р. Нуру и поступления ее в Самаркандское во­дохранилище достигнуто увеличение производительности ранее построенных водозаборов. Ниже этого водохрани­лища в 180 км предусмотрен приплотинный водозабор для подачи воды в район Джезказгана.

Массовое строительство водозаборов большой произ­водительности стало возможным благодаря не только новым технологическим средствам, но и выпуску мощно­го насосно-энергетического оборудования, запорной и регулирующей арматуры, средств управления и автома­тики. Намеченная до 1995 г. реализация плана переброс­ки части стока северных рек в бассейн Волги, создание в последующем на этой основе Единой водохозяйствен­ной системы европейской части СССР повлекут измене­ние условий забора воды и, следовательно, необходи­мость строительства большого числа новых и переустрой­ства действующих водозаборов. Все это дополнительно диктует необходимость детального изучения водозаборов, анализа их работы и обобщения опыта.




Рис. 8. Схема комплексного регули­рования малых рек (по С. В. Боль-шинскому, Ю. П. Беличенко и др.)

1 — магистральный канал; 2 — 4 — соединения; 5 — 7 — наливные водо­хранилища; 810 — реки; 11 — 19 — створы; 20 — 22 — диспетчерские пункты; 23 — 25 — водосбросные соо­ружения

Массовое использование рек, особенно малых, для централизованного водоснабжения, отрицательное ант­ропогенное воздействие на их водность и качество воды привели к необходимости комплексного решения задач водопользования, включая не только устройство водоза­боров, но и регулирование стока, сохранение и улучше­ние качества воды в источниках. На этой основе уже созданы крупные водо­проводные системы в Свердловске, Владивосто­ке, создается в Челябин­ске.

С. В. Болыпинским, Ю. П. Беличенко и др. разработан способ регу­лирования малых рек, ос­нованный на устройстве наливных водохранилищ в их верховьях (рис. 8). Водохранилища рассчи­тываются не на задержа­ние собственного поверх­ностного стока рек, а на аккумулирование воды, подаваемой из магист­рального канала. В систе­ме такого регулирования появляются промежуточ­ные (приплотинные, при­канальные) водозаборы, предназначенные для по­дачи воды на пополнение стока рек. Режим эксплуатации этих водозаборов дик­туется необходимостью водоснабжения всех потребителей в данном регионе. Проект такой системы на базе канала Днепр — Донбасс уже разработан совместно ВНИИВО и Укргидропроектом.

Согласно Основам водного законодательства [26, ст. 32], при проектировании, строительстве и эксплуатации водохранилищных водозаборов режим пополнения и сработки водохранилищ должен устанавливаться с уче­том интересов всех водопользователей и землепользова­телей, находящихся в зоне влияния водохранилища. Данное положение распространяется также и на водо­заборы из озер.



2. Типы водозаборов и условия их применения


Рис. 9. Типы затопленных водоприем­ных оголовков

1 — раструб; 2 — самотечные или си­фонные трубопроводы; 3 — сваи; 4 — сороудерживающие решетки; 5 — ка­менная загрузка; б — ряж; 7 — бетон­ный корпус оголовка; 8 — вихревая камера; 9, 10 — соответственно верхний и нижний блоки оголовка; 11 — козы­рек; 12 — обратный фильтр; 13 — водо­приемная галерея; 14 — водоприемные окна с фильтрующей загрузкой; 15 — отмостка

Устройство водозаборов определяется совокупностью факторов: потребным расходом воды и его соотношени­ем с дебитом источника, типом источника (река, озеро, водохранилище, канал и др.), его гидрологическим и шуголедовым режимом, переформированием ложа и транспортированием наносов, условиями строительства в акватории и прибрежной части и т. д. Наиболее полна вопросы устройства водозаборов освещены в трудах А. С. Образовского [24]. Отражая лишь некоторые но­вые элементы, мы ограничимся схематичным изложени­ем вопросов конструирования водозаборов, необходимым для правильной оценки тех или иных ситуаций на дейст­вующих водозаборах и для применения соответствующих, средств и методов эксплуатации, увеличения производи­тельности и надежности работы водозаборов.

В коммунальном хозяйственно-питьевом водоснабже­нии наиболее распространены речные водозаборы с рус­ловыми и реже с береговыми водоприемниками различ­ных типов. Практика эксплуатации показывает, что наи­более часто осложнения в работе водозаборов происхо­дят из-за неполадок на водоприемных устройствах.

Вопросы устройства береговых колодцев на водоза­борах, насосных станций I подъема, их оборудования достаточно подробно освещены в специальной техничес­кой литературе [19]. Известно более 30 типов затоплен­ных водоприемных оголовков, применяемых, в зависи­мости от требуемой надежности водоснабжения, в раз­личных природно-климатических условиях. Систематиза­ция водоприемных оголовков и ковшей, сделанная на основе работ А. С. Образовского, приведена на рис. 9 и 10.

На небольших реках, не используемых для лесоспла­ва и судоходства, с относительно легкими природными условиями при малой производительности (0,02 — 0,2 м3/с) водозабора применяют простейшие раструбные оголовки на сваях (рис. 9-1), а при производительности до 0,5 м3/с — трубчатые или тарельчатые незащищенные оголовки (рис. 9-2). На реках с небольшими глубина­ми и средними природными условиями применяют ря­жевые оголовки с боковым приемом воды (рис. 9-3) производительностью до 1 м3/с, а при тяжелых шуго-ледовых условиях — фильтрующие ряжевые оголовки (рис. 9-4).



Рис. 10. Основные типы водоприемных ковшей

1 — верховая дамба; 2 — акватория ковша; 3 — водоприемник берегового ти­па; 4,5 — соответственно верховая и низовая шпоры; 6 — струенаправляющая стенка; 7 — незатапливаемая низовая дамба; S — затапливаемая верховая дамба

На лесосплавных реках с легкими и средними природ­ными условиями применяют железобетонные раструб­ные оголовки с боковым приемом воды (рис. 9-5) при производительности водозаборов до 1 м3/с и железобе­тонные двухсекционные с вихревыми камерами (рис. 9-6) при большей производительности (до 3 мэ/с). Ого­ловок с трубчатой вихревой камерой (рис. 9-7) приме­няют на реках с тяжелыми природными условиями для малой и средней производительности водозаборов.

Массивные бетонные и железобетонные оголовки, мо­нолитные или сборные (рис. 9-8 — 9-14) рекомендуют­ся для судоходных и лесосплавных рек при больших скоростях течения и любой производительности. Филь­трующие (простые и комбинированные) оголовки приме­няют при малых глубинах потока, большом количестве донных и взвешенных насосов в чрезвычайно тяжелых шуголедовых условиях как при малой (рис. 9-15), так и, при большой (рис. 9-16) производительности водоза­боров.

В отдельных случаях — при особо тяжелых шуголедовых условиях и малых глубинах потока — невозмож­но обеспечить устойчивую работу водозаборов с русло­выми водоприемниками даже при малой их производи­тельности (QB>0,5 м3/с), и в этом случае возникает необходимость устройства ковшей. Чаще же всего ков­ши применяют при QB>2...3 м3/с.

На шугозажорных реках со значительными подъема­ми уровней в предледоставный период и при ледоставе,, на реках с тяжелым весенним ледоходом применяют не­затопляемые ковши, частично или полностью выдвину­тые в русло (рис. 10-1). Если к тому же речным пото­ком транспортируются насосы (до 0,75 кг/м3) и возмо­жен подсос загрязненных вод, на таких ковшах делают затапливаемые при паводках шпоры (рис. 10-2, 10-3). На реках, не допускающих стеснения русла в перио­ды паводков, а также при недостаточных глубинах в межень и возможных береговых шугозажорах применя­ют затапливаемые ковши частично или полностью выдви­нутые в русло (рис. 10-4). А если, кроме того, необхо­димо поддержание у входа в ковш или на подходе к не­му глубин, превышающих бытовые, рекомендуется: применять ковши с самопромывающимся входом (рис. 10-6). Заглубленные в берег ковши с углом отвода 135° (рис. 10-5) применяют на реках с ограниченной интен­сивностью шуголедовых явлений, русла которых сложе­ны слабыми или мелкозернистыми грунтами. Ковши с верховым входом сейчас не рекомендуются.

Наиболее отработанной технологией строительства оголовков является погружение металлического кожуха с последующим заполнением его стенок бетоном. Слож­ности производства подводных работ не всегда позволя­ют установить оголовок в строгом соответствии с проек­том. Тем не менее совершенно недопустима установка его выше расчетных отметок, с наклоном в ту или иную-сторону, с разворотом к направлению потока и т. д. При грядовом перемещении наносов высота гряд может до­стигать 1...1,5 м, следовательно, порог водоприемных окон по возможности должен быть высоким и исключать захват наносов, в любом случае он должен быть не ме­нее 0,5 м.

Уровень воды над водоприемником даже в самых не­благоприятных условиях должен исключать образова­ние водоворотной воронки, через которую подсасывались бы воздух и плавник. В этой связи следует строго ограничивать высоту водоприемных окон и самого водопри­емника. Но даже при самых ограниченных возможнос­тях недопустимо заглубление верха окон менее 0,3 м от поверхности воды и верха оголовка менее 0,2 м от ниж-ной плоскости льда. Снижение уровня в источнике с уменьшением этих параметров ниже допустимых значе­ний на действующих водозаборах должно расцениваться как аварийная ситуация, требующая принятия неотлож­ных мер.

Оголовки, масса которых может достигать 200 т, а габариты внушительных размеров (высота до 5 м, пло­щадь основания до 75 м2), устанавливают на естествен­ное скальное основание или, если русло сложено слабы­ми грунтами, на каменную подсыпку.

При строительстве водоприемных оголовков и ковшей нередко возникает необходимость углубления дна реки и выполнения связанных с этим трудоемких работ, в осо­бенности когда русло сложено скальными породами. Целесообразно в таких случаях использовать плавучие буровые установки (ПБУ), разработанные в тресте Со-юзвзрывпром [13], и скважинный метод взрывных работ. ПБУ представляет собой металлическое сборно-разбор­ное сооружение, состоящее из платформы, двух понто­нов и опорных колонн. На платформе смонтированы буровые станки, лебедки и вспомогательное оборудова­ние. Применяют ПБУ при глубине воды в источнике-1,8...8 м. ПБУ были успешно использованы при углубле­нии дна Оки у Касимова и Енисея у Красноярска. Ско­рость речного потока в том и другом случае была около-1,5 м/с. Скальное дно Оки было углублено на 0,4...1,4 м, а Енисея — на 3...6 м. Применение буровзрывного метода с использованием ПБУ позволяет, в сравнении с ранее применявшимся методом накладных зарядов, существен­но сократить сроки строительства водозаборов и умень­шить вредное воздействие взрывов на фауну водоема.

Самотечные и сифонные трубопроводы водозаборов прокладывают, как правило, из стальных труб диамет­ром 250...1420 мм с толщиной стенки ,12...14 мм. Длина таких трубопроводов составляет чаще всего 50...150 м, но иногда достигает 800 м и более. Укладывают их на глубину до 10 и даже до 25 м (Саратов) в береговой части и не менее 0,5 м в русле.

На многих действующих сейчас водозаборах самотеч­ные линии уложены секционным способом с муфтовым соединением труб. В последние два десятилетия уклад­ку их производят чаще всего способом свободного погру­жения (аналогично дюкерам), что существенно сократи­ло сроки строительства и объем ручного труда водола­зов. Трубопроводы эти в обязательном порядке должны быть присыпаны защитным слоем из камня толщиной не менее 0,5 м вровень с поверхностью дна реки.
3. Устройство водозаборов в условиях Севера
На некоторых реках Севера (Лене, Колыме, Алдане, Якокуте, Огодже, Ангаре и др.) водозаборы были пост­роены в сложных гидрологических и природно-климати­ческих условиях. Опыт устройства и эксплуатации водо­заборов на Севере за последние 20 лет обобщен Ю. И. Вдовиным [8].

Береговые водозаборы на Севере представляют со­бой сложную ряжевую конструкцию, загруженную бу­товым камнем.

На Якокуте водоприемник был встроен в подпорную стенку набережной. Из-за малой глубины потока водоприемные окна име­ли высоту всего 0,2 м при ширине до 3,5 м, что приводило к большой протяженности водоприемника: на Огодже она составляла 38,5 м, а на Якокуте — 76 м. Более подробно такие водозаборы описаны в трудах А. В. Москвитина и А. С. Образовского [24].

Русловые водозаборы выполнены с устройством железобетонных оголовков. При их строительстве широко применялся метод послой- , ного вымораживания воды и грунта. Водозаборы эти имеют ряд конструктивных и технологических особенностей, диктуемых слож­ными шуголедовыми условиями и требованием бесперебойного отбо­ра воды. Во-первых, в проекты была заложена высокая степень ре­зервирования водоприемных устройств. Например, водозабор на Огодже помимо 10 береговых водоприемных окон имел береговую инфильтрационную галерею, встроенную в тело того же водоприем­ника, и подрусловую (поперечную) дрену с сечением 0,4X0,4 м и длиной 50 м. Галерея имела размеры в поперечном сечении 1,5X1 м, длину 38,5 м и была заглублена ниже дна реки на 1,26 м.

При данной конструкции водоприемника водозабор работает бесперебойно даже при перемерзании реки, обеспечивая возмож­ность отбора поверхностных и подрусловых вод, и следовательно, регулирования качества подаваемой воды.

Водоприемный оголовок на водозаборе из Ангары также имеет дополнительное питание из подруслового потока, для чего в русло­вых аллювиальных отложениях уложены две дрены длиной около 80 м из перфорированных труб диаметром 350 мм. На дренах до­полнительно установлены водоприемные патрубки, возвышающиеся на 0,5 м над дном реки. Кроме того, береговой колодец водозабора имеет аварийные водоприемные окна из расчета отбора воды при шугозажорах и в периоды паводков.




Рис. 11. Водозабор с фильтрующим оголовком на маловодной реке

1 — водоприемный фильтрующий оголовок; 2 — самотечные трубопроводы; 3 — береговой водоприемный колодец; 4 — шпунтовое ограждение

Опыт эксплуатации этих водозаборов подтверждает целесообразность высокой степени резервирования.

На рис. И показан построенный по проекту Гипро-спецгаза [28] водозабор на маловодной реке. При не­достаточной глубине потока в русле реки делают проре­зи и полузапруды, а водоприемник располагают в бере­говой выемке (ковше) с подводящим каналом, как показано на рис. 12. В данном случае для строительства береговых сооружений использована местная впадина, дно которой на 2,3 м ниже дна реки. Такая конструкция водозабора обеспечила устойчивое водоснабжение при весьма ограниченных возможностях: минимальный сток реки 0,45 м3/с зимой и 1 м3/с летом, глубина потока 0,2...0,3 м, а скорость течения 0,5 м/с.



Рис. 12. Ковшовый водозабор на маловодной реке

1 — дноуглубительная прорезь; 2 — водоподводящий канал; 3 — водоприемный ковш; 4 — каменная наброска в русле; 5 — водоприемный оголовок; 6 — берего­вой колодец; 7 — насосная станция

Наиболее надежны на Севере водозаборы инфильтра-ционные и с фильтрующими водоприемниками, менее других подверженные шуголедовому воздействию, обла­дающие хорошими рыбозащитными свойствами и обес­печивающие улучшение качества воды при ее отборе. Поэтому при выборе типа водозабора для условий Севе­ра всегда анализируют возможности использования инфильтрационных или фильтрующих водоприемников ес­ли не в качестве основных, то хотя бы резервных.

Второй особенностью водозаборов на Севере являет­ся преимущественное использование для строительства водоприемных устройств лесоматериала, менее подвер­женного внутриводному обледенению, чем металл и бе­тон. Так, на водозаборах из Якокута и Огоджи деревян­ными выполнены не только ограждающие конструкции (ряжи), но и Сороудерживающие решетки на водоприем­ных окнах. Железобетонный оголовок на Ангаре возве­ден в деревянной опалубке, оставленной по завершении строительства в качестве противообледенительной ру­башки. Водоприемные патрубки на дренах имеют футе­ровку из деревянных реек.



Рис. 13. Ковшовый водозабор на р. Норилке

1 — трубопроводы; 2 — водоприемный колодец, совмещенный с насосной стан­цией I подъема; 3 — водоприемный ковш; 4 — рыбозаградительная запань

Для защиты от обмерзания к водоприемным окнам -береговых и русловых водозаборов подается нагретая вода с температурой до 25 °С из расчета подогрева забираемой воды до 0,5 °С. Сороудерживающие решетки на водоприемном оголовке имеют, кроме того, электрообогрев, а к окнам с целью шугозащиты подается сжа­тый воздух.

Малые глубины в руслах рек и их разветвленность диктовали необходимость строительства регулирующих сооружений в комплексе водозаборов. На Якокутском водозаборе были построены дамбы для перекрытия мел­ких проток выше по течению, расчищены перекаты и по­роги, на отдельных участках каменной наброской укреп­лены берега, у противоположного от водозабора берега построена дамба. На Огоджинском водозаборе вдоль ряжевой стенки сделаны прорезь шириной 6 м и четыре полузапруды у противоположного берега. Как видно, во­дозаборы в условиях Севера имеют весьма сложное уст­ройство и принципиально отличаются от водозаборов в средней полосе нашей страны.

Надежный водозабор на Крайнем Севере в условиях вечной мерзлоты построен на р. Норилке [38]. Опреде­ляющим фактором при выборе типа водозабора стали шуголедовые явления: зашугованность реки достигает 60 % живого сечения, толщина ледяного покрова 1,9 м, продолжительность периода ледостава около 8 мес. При столь тяжелых шуголедовых условиях и большом отборе воды (более 60 % минимального стока) исключается применение обычных (русловых или береговых) воде-приемников, в связи с чем был применен водозабор ков­шового типа с низовым входом воды (рис. 13). Для за­бора воды из основного русла реки ковш расположили на затапливаемом острове и выполнили в полувыемке-полунасыпи, а головные сооружения построили на неза­тапливаемых отметках.

Средством борьбы с шугой является и подача нагре­той воды во входную часть ковша и у водоприемных окон, причем от двух источников тепла: основного — от ТЭЦ. и резервного — от местных электроподогревателей. Ры­бозащитным средством на входе в ковш служит уста­новленная наплавная запань с погружными (на 1,4 м) щитами. Важным преимуществом ковшового водозабора в данном случае является также предварительное от­стаивание воды, позволяющее упростить технологию по­следующей ее обработки.

Освоение Крайнего Севера сопровождается строи­тельством гидротехнических, в том числе и водозабор­ных, сооружений. Только в бассейне Вилюя за последние два десятилетия построено около 20 плотин различного назначения [6] высотой 5...75 м (в основном 10...20 м). Все они возведены на вечной мерзлоте из местных мате­риалов с отсыпкой тела плотины не только летом, но и зимой при температуре наружного воздуха до — 40 °С: Принципиально новым решением, специфическим для условий Крайнего Севера, является устройство в плоти­нах щитовых и ряжевых диафрагм, мерзлотных противо-фильтрационных завес и др. (рис. 14).

Из-за крайне неравномерного стока северных рек и больших паводковых расходов определенную сложность представляют устройство и эксплуатация водосбросных сооружений плотин, в большей степени, чем сами плоти­ны, подверженных отрицательному воздействию клима­тических факторов: глубокому промерзанию зимой и от­таиванию летом, образованию фильтрационных потоков и т. д. По этой причине ранее водосбросные сооружения на Севере нередко разрушались и приводили даже к раз­рушению самих плотин.


Рис. 14. Плотина с мерзлотной противофильтрационной завесой

1 — камень; 2 — супесь; 3 — ядро; 4 — автодорога; 5 — упорная призма из по­лускальных грунтов; 6 — морозильные колонки

В современных плотинах стоимость строительства во­досбросных сооружений близка к стоимости плотин. Но­вые конструктивные решения по устройству плотин и во­досбросов, способы возведения, технология производства-работ обеспечили высокую их устойчивость и опровергли ранее существовавшее мнение о ненадежности плотины на вечной мерзлоте. Благодаря этому открылись новые возможности для применения приплотинных водозабо­ров хозяйственно-питьевого и промышленного назначе­ния.



В случаях, когда возведение плотины нецелесообраз­но по технико-экономическим соображениям, а забор во­ды непосредственно из рек затруднен из-за их перемер-зания, создают искусственные водоемы — копани с се­зонным заполнением их водой из расчета водообеспечения на весь зимний период. Копани уже давно используют в системах водоснабжения поселков Мыс Шмидта, Дик-сон, Баренцбург и др. Строят их в основном зимой взрыв­ным методом с последующей зачисткой дна и стенок выемки. Восточно-Сибирским отделением Союзводока-налпроекта копани запроектированы, в частности, для водоснабжения одного из предприятий и станционного поселка на БАМе. Правда, применение копаней не всегда дает ожидаемый эффект. Так, в поселке Баренц-бург на о. Шпицберген потери воды на инфильтрацию из копани достигали 80 %. Если запас воды в копани ис­черпывается до наступления паводка, воду подвозят из отдаленных источников с доставкой иногда на 20...30 км.
4. Нестационарные водозаборы
В практике коммунального водоснабжения нередко используют мобильные водозаборы, представляющие со­бой насосные станции на шасси или наплывных средст­вах. До недавнего времени их применяли только в вы­нужденных случаях: остановка основного водозабора, необходимость временного увеличения мощности дейст­вующего водозабора (например, в Волгограде, Рубцов­ске и др.). В аварийных ситуациях наиболее приемлемы небольшие насосные станции на прицепе к автомобилю (рис. 15) или наплавных средствах (рис. 16). Ниже да­ны их технические характеристики.



Рис. 15. Водозабор с передвижной насосной станцией заводского изготовления СНП-50/80

1 — всасывающий трубопровод; 2 — лебедка; 3 — насос; 4 — топливный бак; 5 — задвижка; 6 — напорный трубопровод; 7 — втулочно-пальцевая муфта; S — двигатель; 9 — разборный трубопровод РТ-180; 10 — газоструйный вакуум-ап­парат


Рис. 16. Водозабор с плавучей насосной станцией заводского изготовления НСП-0,5/10

1 — насосная станция; 2 — береговой трубопровод; 3 — шаровое соединение; 4 — береговой якорь; 5 — трап



Рис. 17. Временный плавучий водозабор с погружными насосами

а — на судне; о — на понтоне; 1 — речное судно; 2 — понтон; 3 — погружные электронасосы; 4 — напорный трубопровод (гофрированный шланг); 5 — элект­рокабель; 6 — переключатель; 7 — подвески из уголковой стали; 8 — фиксиру­ющий якорь
Использование погружных электронасосов позволяет без особой сложности переоборудовать инвентарные на­плавные средства (понтоны, легкие речные суда и др.) в плавучие водозаборы временного типа (рис. 17). Одна­ко уже накоплен опыт многолетнего использования мо­бильных водозаборов в качестве постоянных водозабор­ных установок, например, в Уфе, Сургуте, Нижневартов­ске. Гидромехпроектом Минэнерго СССР разработаны береговые и плавучие водозаборные насосные станции производительностью 0,25...1,3 м3/с. Монтируют их из унифицированных строительных блоков непосредственно на площадке строительства. Южгипроводхозом (Ростов-на-Дону) разработаны проекты на семь типов усовер­шенствованных плавучих водозаборных насосных стан­ций [37].

Ряд плавучих водозаборов действует сейчас в ороси­тельных системах на Волге (Астраханская и Волгоград­ская области, Калмыцкая АССР), Кубани (Ставрополь­ский и Краснодарский края), Иртыше (Омская, Семипа­латинская и Восточно-Казахстанская обл.),Урале (Гурь-евская и Уральская области), что позволяет рассматри­вать их как перспективные и дающие качественно новый экономический эффект.

Береговые насосные станции с водоприемниками рус­лового типа (табл. 2) собирают из унифицированных строительных элементов на месте эксплуатации. Приме­няют их в системах временного водоснабжения: на строй­площадках, в вахтовых поселках, летних санаториях, до­мах отдыха и т. д.

Более прогрессивным устройством водозаборов явля­ется применение передвижных насосных станций заводского изготовления, имеющих производительность 0,03... 0,7 м3/с (табл. 3). Такие станции найдут широкое при­менение в водоснабжении малых населенных пунктов, особенно в отдаленных районах, где устройство стационарных водозаборов затруднено. Их можно рассматри­вать и как резервные водозаборные устройства. Станции имеют геодезическую высоту всасывания около 3...4,5 м, длину всасывающего трубопровода до 6 м. Монтируют их на шасси с пневматической ходовой частью (одноос­ный или двухосный прицеп) или на салазках (прицеп санного типа); оборудуют электродвигателем или двига­телем внутреннего сгорания; транспортируют на прицепе к автомобилю или к трактору (транспортная скорость до 25 км/ч). Водоприемник поднимается и опускается с по­мощью специальной лебедки, находящейся в комплекте с насосной станцией. Насос запускают с помощью газо­струйного эжектора или вакуум-насоса. Обслуживает та­кую станцию, как правило, один человек. В комплекте станции имеется напорный трубопровод длиной до 300 м. Вода может подаваться в береговой колодец насосной станции I подъема или во всасывающий трубопровод ос­новных насосов.


Таблица 2. Техническая характеристика нестационарных береговых водозаборов с насосными станциями Гидромехпроекта

Производительность, м3

Напор, м

Мощность двигателей, кВт

0,25

137

680

0,4

90

500

0,45

38

240

0,75

58

575

0,83

23

280

1,3

20

360


Таблица 3. Техническая характеристика данных передвижных насосных станций заводского изготовления




Тип станций

Показатель

СНП 250/18

СНП 240/30

СНП 120/30

СНПЭ 240/30

Производительность, м3

0,17. ..0,26

0,16. ..0,34

0,08. ..0,17

0,17...0,36*

Напор, м

24... 18

28... 16

39... 23

33... 21

Масса, т

3,8

2,8

2,6

3,485

Габаритные размеры, м

3,5X2,2X1,3

6,1X3,3X3,7

6,83X2,64X2,58

7,46X2,85X2,6

Ходовая часть

Салазки

Пневматический

Пневматический

Салазки







одноосный

одноосный





Продолжение табл. 3


Показатель

Тип станций



СНП 50/80

СНП 50/40

СНП 500/10

СНП 75/100

СНП 150/5

Производительность, м3

0,03. ..0,14

0,05

0,54. ..0,07

0,27. ..0,54

0,12. ..0,19

Напор, м

85... 25

40

10. ..5

100... 50

6, 2. ..3,2

Масса, т

2,68

2,3

5,525

3,7

0,97

Габаритные размеры, м

9,4X2,48X2,4

3,28X1,27X2,05

4,2X1,5X2,12

5,73X1,89X2,45

3,25X1,4X1,48

Ходовая часть

Пневматический одноосный

Салазки

Салазки

Пневматический одноосный

Салазки

* Питание осуществляется от линии электропередачи,
В аварийных ситуациях такие насосные станции мо­жно использовать для подачи воды отдельным потреби­телям или группе потребителей непосредственно из ис­точника, а также из водопроводной сети или резервуа­ров. Применение их в качестве постоянно действующих водозаборов (например, в отдаленных вахтовых посел­ках, на стройплощадках и т.д.), особенно в суровых кли­матических условиях, может потребовать строительства отапливаемых помещений с размещением в них одной или нескольких станций, которые удобны для подачи во­ды для нужд летнего полива.

Разработанные Гидромехпроектом плавучие насосные станции (табл. 4) имеют производительность 0,03... 1,25 м3/с; как и береговые насосные станции, они мон­тируются из унифицированных строительных конструк­ций и не рассчитаны на буксировку на большие рассто­яния.




Таблица 4. Техническая характеристика плавучих водозаборов с насосными станциями Гидромехпроекта

Производительность, м3

Напор, м

Мощность двигателей, кВт

0,03

120

75

0,2

89

250

0,35

44

250

0,45

90

500

0,55

34

240

1

71

1000

1,25

90

1350

Более совершенными являются плавучие насосные станции, разработанные Южгипроводхозом [37]. Важно, что такие насосные станции (табл. 5) изготовляют цен­трализованно на заводах, а следовательно, на более вы­соком техническом уровне, чем на площадке строитель­ства. Серийный выпуск станций осуществляют предприя­тия Министерства судостроительной промышленности СССР. Преимуществом их использования является уско­рение освоения капиталовложений и ввода объектов в действие.


Таблица 5. Техническая характеристика плавучих водозаборных насосных станций

Южгипроводхоза

Индекс проекта

Производительность, м3

Напор, м

3408

1...1.8

143... 20

РН-2Э

1,5...2,3

107... 10

РН-4Х630

2,6...4, 6

60... 47

РН-4Х450

4...5, 7

35... 28

РН-6Х320

3,9...9,3

21. ..7

5811

6. ..14,7

107. ..10

5815

14,4... 24

35... 26

Нормативный срок изготовления станций в заводских условиях, транспортирования к месту установки и монта­жа составляет в сумме 6...8 мес, в то время как продол­жительность строительства стационарных станций той же производительности превышает 18 мес. Предназнача­ются они для гидромелиоративных целей, но, как пока­зывают анализ их характеристик и уже имеющийся опыт, с успехом могут быть использованы также в коммуналь­ном и промышленном водоснабжении.

Плавучая насосная станция (ПНС) представляет со­бой стоечное судно, корпус которого разделен на несколь­ко водонепроницаемых отсеков: машинное и энергетиче­ское отделения, мастерская, бытовые помещения и др. Водоприемник ПНС оборудован высокоэффективным струйным рыбозаградительным устройством. Шаровые соединения трубопроводов насосной станции с береговы­ми трубопроводами обеспечивают надежную работу во­дозабора при амплитуде колебания уровня воды в источ­нике более 12 м. Поскольку такие станции рассчитаны на эксплуатацию не только летом, но и зимой, они могут применяться (что особенно важно) и в северной клима­тической зоне, в том числе во вновь осваиваемых районах Сибири и Дальнего Востока. Разумеется, при этом дол­жны предусматриваться дополнительные меры эксплуа­тации: защита от шуги, околка льда, ограждение от ле­дохода и др.

Применению ПНС на водозаборах из крупных судо­ходных рек благоприятствует возможность буксировки их в готовом виде водными путями от заводов-изготови­телей до мест использования. Это подтверждается опы­том доставки плавучих насосных станций с судостроительных заводов Северным морским путем на Ир­тыш в район Усть-Каменогорска (около 12,5 тыс. км). Буксировка длилась около месяца, включая 10 сут на прохождение арктического участка. Освоена буксировка ПНС также по Каспийскому морю.

Южгипроводхозом разрабатывается унифицирован­ная ПНС УТ-ЗХО,2 небольшой мощности для Сибири и Дальнего Востока с расчетом доставки ее в готовом ви­де железнодорожным транспортом.

В 1978 — 1982 гг. в конструкторском бюро по иррига­ции Минводхоза СССР [9] разработан типовой ряд элек­трифицированных ПНС (табл. 6), которые оснащены но­вейшими типами оборудования, отвечающего современ­ным требованиям, и рекомендованы для рек и других во­доемов при амплитуде колебания уровней воды до 4 м.



Большое число водозаборов в системах коммунально­го и промышленного водоснабжения города и сосредото­чение их в ведении городского водопровода (как, напри­мер, в Калуге, Ульяновске и др.) позволяют использо­вать 1...2 ПНС как резерв для всех водозаборов. Это значит, чтоб зависимости отшуголедовой обстановки, ре­жима уровней и наносов ПНС может быть оперативно подключена к тому или иному водозабору, действующе­му в единой водохозяйственной системе города.
Таблица 6. Техническая характеристика плавучих насосных станций конструкторского бюро по ирригации

Тип станции

НСПЭ-4/10

НСП-05/10

НАП-ЫМ

СНПлЭ-500/10

СНПЭ-2/5

Производительность, м3

4. ..4, 8

0,5. ..0,7

1,62. ..1,3

0,6. ..0,7

2, 34.. .2, 47

Напор, м

10. ..6

10. ..5

12, 5. .-17

10. ..5

8. ..6

Число агрегатов, шт.

2

1

2

1

1

Обслуживающий персо­нал в смену, чел.

2

1

2

1

1

Габаритные размеры корпуса, м

19,6X6,5X1,5

7,4X3,1X1,2

17,4X6,5X1,4

7,4X3,1X1,2

10,8x5,5x1,5

Электродвигатель мощ­ностью, кВт

250

81... 95

173

110

250

Тип насоса

ОГ5-70

ПГ-50

Д2600-17

ПГ-50

ОГ5-70

Примечания: 1. В таблице приведены плавучие несамоходные станции. 2. Во всех случаях — класс судна Л.
5. Усовершенствование водозаборов
В последние два десятилетия водозаборы, как ни од­но другое звено системы коммунального водоснабжения, подверглись существенному усовершенствованию. За это время появились водоприемные оголовки с вихревыми камерами, фильтрующие водоприемники с засыпными и пакетно-реечными кассетами, комбинированные водопри­емники, водоприемные самопромывающиеся ковши, усо­вершенствована система обратной промывки самотечных линий и водоприемных окон и т.д., что стало возможным благодаря широкому изучению опыта эксплуатации и дальнейшим научным исследованиям водозаборов (в первую очередь ВНИИ ВОДГЕО и ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева) в лабораторных и натурных условиях.

Кроме повышения надежности водоснабжения усо­вершенствование водозаборов в большинстве случаев да­ло большой экономический эффект. Так, применение ого­ловков с вихревыми камерами позволило в 1,3...1,5 раза уменьшить удельный (на 1 м2 площади водоприемных от­верстий) объем их строительства и соответственно капи таловложения.

Важным технологическим усовершенствованием явля­ется замена обычной (от насосов или резервуаров) об-ратной промывки самотечных линий и оголовков импуль­сной промывкой, предложенной и исследованной А. С. Образовским и В. В. Остриковым. При несложных конструктивных дополнениях (установка в приемных ка­мерах берегового колодца гидроколонн высотой 6...8 м на концах самотечных линий и вакуум-насоса) достига­ется высокий эксплуатационный эффект — восстановле­ние пропускной способности водоприемных отверстий и трубопроводов без большого расхода воды и электро­энергии.

В начале 60-х годов Союзводоканалпроектом были разработаны типовые проекты водозаборов на реках и водохранилищах с насосными станциями I подъема про­изводительностью до 6 м3/с, получившие массовое рас­пространение как в промышленном, так и в коммуналь­ном водоснабжении. Использование же артезианских по­гружных насосов позволило создать в диапазоне произ­водительности 0,02...! м3/с более компактные насосные станции I подъема (рис. 18), в результате чего сущест­венно снизилась стоимость строительства водозаборов. В то же время благодаря научным исследованиям и обо­бщению производственного опыта были усовершенство­ваны ранее известные и созданы новые типы затоплен­ных водоприемных оголовков, ковшовых и комбинирован­ных водозаборов, насосных станций I подъема. Насосная станция I подъема трубчатого типа, разработанная впервые для системы временного водоснабжения Сургута, представляет собой колодец в виде стальной трубы диа­метром 1800 мм, заглубляемой с помощью вибропогру­жателей. Вода из реки поступает в колодец по сифонно­му трубопроводу, проходит через цилиндрическую сетку и откачивается артезианским погружным насосом. Сетку периодически поднимают на поверхность и промывают. Преимуществом такой станции является ее компактность и возможность высокой индустриализации строительст­ва. Однако ее применяют только на источниках с малым содержанием наносов и плавающих веществ.



Массовое гидротехническое строительство в нашей стране, изменившее условия забора воды из многих рек, вызвало необходимость разработки специальных водоза­борных сооружений и устройств для обеспечения устой­чивой их работы при интенсивной переработке берегов и миграции наносов, образовании шуги, развитии планк­тона и т.д.



Рис. 18. Водозабор с погружными насосами

1 — водоприемный оголовок; 2 — гравийно-щебеночный фильтр; 3 — линия естественной поверхности земли; 4 — кре­пление откоса (каменная наброска); 5 — насосная станция; 6 — напорный трубопровод; 7 — подготовка из щебня; 8 — погружной электронасос


Рис. 19. Водохранилищный водоза­бор башенного типа

Рис. 20. Водохранилищный берего­вой водозабор при большой ампли­туде колебания уровня воды

1 — 5 — уровни воды соответственно максимальный, нормальный под­порный, ежегодной сработки, мини­мальный, катастрофический мини­мальный; 6 — сифонный водопри­емник; 7, 8 — водоприемники соот­ветственно второго и третьего яру­сов; 9 — водоприемный колодец; 10 — насосная станция





В последнее время появились отдельно стоящие водо­заборы башенного типа с многоярусным расположением водоприемных окон (рис. 19), например из р. Б. Тесьмы для Златоуста; встроенные в тело плотины, например из Ангары для Иркутска, Енисея для Дивногорска, а так­же береговые водохранилищные водозаборы с водопри­емниками на разных уровнях (рис. 20) и др.


Рис. 21. Водозабор на Енисее

1 — 4 — уровни воды соответственно: максимальный зарегулированный, мини­мальный, мертвого объема, бытовой (до зарегулирования); 5 — фильтрующий оголовок; 6 — сработка берега; 7 — водоподводящая штольня; 8 — водоприем­ная камера; 9 — скважины с погружными насосами; 10 — насосная станция
Комплексное решение задач гидротехнического строи­тельства и водоснабжения, взаимоувязка сроков возведе­ния объектов позволили в ряде случаев построить водо­хранилищные водозаборы на незатопленных отметках (до заполнения водохранилищ), что существенно умень­шило продолжительность строительства и снизило капи­таловложения. Так, водозабор на Енисее (рис. 21) был построен незадолго до заполнения водохранилища Крас­ноярской ГЭС на отметках, значительно превышающих бытовые отметки уровня воды в реке, что позволило при­менить новые конструктивные решения и способы стро­ительства водозабора. Вместо самотечных трубопрово­дов был сделан туннель высотой 2,5 м и длиной 86 м, вы­полненный штольной проходкой на глубине до 30 м с внутренним креплением стенок. Заканчивается туннель водосборной камерой, в перекрытие которой входят об­садные трубы скважин с установленными в них погруж­ными насосами; над скважинами сделан наземный па­вильон с установкой там энергетического оборудования; на входе в туннель построен железобетонный оголовок с фильтрующей обсыпкой. Благодаря отсутствию подтопления строительной площадки достигнуто высокое качест­во всех строительных работ. В короткий срок был по­строен аналогичный водозабор на Артемовне, только вместо проходки штольни здесь уложили трубу диамет­ром 2000 мм и непосредственно в нее установили погруж­ные насосы.

Интересен водозабор из водохранилища Чиркейской ГЭС на р. Сулак, служащий для водоснабжения Буйнакска. Водозабор бе­регового типа представляет собой пробитый в скальных породах туннель протяженностью 60 м и площадью сечения около 17 м2, в который с поверхности пробурено 15 скважин глубиной 60 м. Вход в туннель перекрыт, как на обычном водоприемнике, решеткой и сет­кой. Скважины объединены в три куста, каждый из которых вклю­чает четыре водоподъемные скважины диаметром по 600 мм с арте­зианскими насосами типа АТН и одну скважину для обслуживания диаметром 1200 мм (для спуска водолаза). При заполнении водо­хранилища до НПГ водоприемник находится на глубине 55 м, при максимальной сработке уровня — 15 м. На такой глубине водопри­емник не подвержен воздействию волновых процессов.

Таким образом удалось исключить необходимость строительства берегового колодца большой глубины. Эксплуатация водозабора на протяжении нескольких лет подтверждает его высокую техническую и санитарную надежность.

Положительный опыт устройства и эксплуатации во­дозабора из водохранилища Чиркейской ГЭС учтен при проектировании и строительстве Миатлинской ГЭС, сле­дующей в каскаде гидроузлов на Сулаке. Здесь принят единый водоприемник для ГЭС и водоснабжения насе­ленных пунктов, от которого вода проходит по выруб­ленному в скале напорному туннелю диаметром 6 м и протяженностью 2,5 км до уравнительного резервуара. Из резервуара отходят самотечные водоводы группового водопровода для городов Кизилюрт, Махачкала, Кас­пийск, Избербаш, Хасавьюрт и многих сельских населен­ных пунктов, являющегося по существу объединенным водопроводом Дагестана.

Помимо удобства строительства таких водозаборов они имеют еще и существенные технологические преиму­щества. Благодаря расположению водоприемных окон на больших глубинах обеспечивается возможность полу­чения воды высокого качества. Так, на водозаборе из Чиркейского водохранилища вода соответствует ГОСТ 2874 — 82 без какой-либо очистки, и перед подачей потре­бителям ее только хлорируют. Поэтому отпала необхо­димость строительства водоочистной станции, предусмот­ренной проектом.

По проекту Гипрокоммунводоканала на Кубанском водохранилище построен водозабор для группы городов Кавказских Минеральных Вод. Большая амплитуда ко­лебания уровня воды в водохранилище (15 м), интенсив­ное волнообразование и пологие берега обусловили большую (более 500 м) удаленность водоприемного ко­лодца с насосной станцией I подъема от уреза воды при ГНВ и большую глубину заложения подводящих трубо­проводов. В связи с этим соединение оголовков с берего­вым колодцем отличается от общепринятых решений: на участке около 100 м от оголовков уложены самотечные стальные трубопроводы диаметром 1400 мм, а далее на участке 526 м — щитовой проходкой построены два тун­неля. Самотечные трубопроводы уложены открытым спо­собом в подводные траншеи глубиной до 6 м. Туннели проходят на расстоянии 14 м один от другого на глуби­не 8,5...18 м, имеют внутренний диаметр 1700 мм и уклон 0,008, закреплены они железобетонными блоками-обо­лочками с устройством внутренней монолитной бетонной рубашки толщиной 210 мм. Оголовки раструбного типа подняты на высоту 4 м над дном водохранилища и опи­раются на рамные металлические опоры. Помимо соро-удерживающих решеток они оснащены рыбозащитными сетками.

Повсеместное использование малых рек, как прави­ло, с зарегулированием стока и увеличение отбора воды из них расширило строительство приплотинных водоза­боров, потребовало принципиально новых решений как в устройстве самих водозаборов, так и в регулировании стока. Н. В. Ересновым для одного из промышленных объектов с большим водопотреблением разработана си­стема водоснабжения с четырьмя приплотинными водо­заборами, расположенными последовательно на одной реке. Регулирование стока для всех четырех водозаборов осуществляется одной водохранилищной плотиной, в то время как при ниже расположенных по течению реки водозаборах сделаны облегченные водоподъемные плоти­ны. Русло реки использовано в качестве водоподводяще-го канала, что позволило исключить строительство водо­водов. Подобная система водоснабжения построена, в частности, на р. Белой. Экономичность такого решения очевидна.

Усовершенствованы водозаборы с фильтрующими во­доприемниками, издавна применяемыми на реках Сибири. Наряду с традиционными оголовками с каменной об­сыпкой сейчас стали широко применять подрусловые га­лереи, фильтрующие дрены в скальном грунте, донные водоприемники с фильтрующими кассетами и т.д. А. С. Образовским и Ю. И. Вдовиным исследованы воп­росы кольматации таких водоприемников и предложены методы восстановления водопроницаемости фильтров. Особенно много таких водозаборов построено в систе­мах железнодорожного и промышленного водоснабжения (например, на р. Шире в Хакасской автономной области) на водопроводах малой производительности. Обеспечивая малые входные скорости потока, они оказались более устойчивыми для работы в сложных условиях (малые глубины в источнике, шугоход, лесосплав и т.д.).

Часто фильтрующие водоприемники устраивают с по­толочным приемом воды и заглубляют в дно реки. По­верх водоприемной решетки до уровня дна укладывают слой фильтрующего материала (отсортированный гра­вий, галечник насыпной или уложенный в кассеты). Иногда такие водозаборы устраивают с расчетом не только фильтрующего, но и открытого приема воды с взаимным резервированием водоприемников. Так, водо­забор на р. Белокуриха на Алтае, имея открытый водо-прием через донные решетки, в период паводков пере­ключается на фильтрующий прием воды через гравийную обсыпку и боковые окна того же оголовка, причем пото­лочные водоприемные окна в период паводка могут за­крываться специальными крышками. Такая конструкция оголовка позволяет устанавливать технологию отбора во­ды с учетом не только бесперебойности водоснабжения, но и предварительной очистки воды. Аналогичный водо­забор запроектирован на р. Томь.



Рис. 22. Новый водозабор ковшового типа на Оби

Водоприемные ковши, построенные в рассматривае­мый период в системах коммунального водоснабжения в Омске, Новосибирске, Армавире, Кемерове, Барнауле, Междуреченске и др., выполнены с самопромывающимся входом на основе исследований ВНИИ ВОДГЕО (А. С. Образовский). Благодаря этому достигнута надеж­ная защита водоприемников от воздействия наносов и шуги и, следовательно, получена основа для более ши­рокого применения ковшей в коммунальном водоснабже­нии. Ковшовые водозаборы запроектированы в последние годы для Тулы, Калинина, Саранска, Уфы и др.

Совершенствование ковшей наиболее четко прослеживается на водозаборах из рек Томь и Обь, где по истече­нии 50-летнего периода появилось их третье поколение. Современные самопромывающиеся ковши (рис. 22) ря­дом с ковшами 30-х годов большой протяженности с не­затопляемыми ограждающими дамбами на всей их дли­не, в отдельных случаях с двусторонним входом воды от­личаются гидравлическим совершенством, меньшими объемами и, следовательно, экономичностью строитель­ства. В ряде случаев новые ковши примыкают к старым, увязываясь с ними конструктивно и технологически, т.е. появились спаренные ковши, когда верховая дамба ра­нее построенного ковша становится низовой дамбой но­вого, а струенаправляющие сооружения могут иметь об­щее назначение.

Крупных осложнений в работе ковшовых водозабо­ров новых конструкций не наблюдается. Более того, в ряде случаев отпала необходимость ежегодной чистки ковшей от наносов. Так, ковши на водопроводах Между-реченска и Осинников надежно проработали без профи­лактической чистки около 7 лет, а ковш новосибирского водопровода — 5 лет. К концу летней межени на Между-реченском ковше наблюдается отложение наносов в рус­ле (перед входом в ковш) в виде песчаной косы за шпо­рой верховой дамбы. Иногда эту косу удаляют с по­мощью экскаватора-драглайна, но большей частью она размывается паводковыми потоками. Однако технологи­ческое совершенство вновь построенных ковшей не ис­ключает полностью необходимости их периодической чистки. Наблюдения показывают, что если ковши не чи­стить 5...7 лет, они начинают интенсивно зарастать вы­сокорослыми травами и кустарником. Очевидно, эксплуа­тация ковшей в этих условиях требует дальнейшего со­вершенствования.


6. Реконструкция и увеличение производительности водозаборов
Одна из задач одиннадцатой пятилетки — модерниза­ция и техническое перевооружение действующих пред­приятий. Применительно к водозаборным сооружениям это означает реализацию таких инженерных решений, ко­торые повышают надежность работы водозаборов и, сле­довательно, дают возможность бесперебойного отбора не только расчетного, но и дополнительного расхода воды. Водозаборные сооружения рассчитывают, как уже отме­чалось, на самые неблагоприятные условия работы. Сле­довательно, если осуществить меры по улучшению усло­вий работы и снижению степени отрицательного воздей­ствия природных и других факторов, то водозабор может работать с большой надежностью и даже с увеличенной производительностью.

Из практики эксплуатации систем коммунального во­доснабжения известны многочисленные факты модерни­зации водозаборных сооружений с увеличением их про­изводительности в 2...3 раза по отношению к расчетной без больших дополнительных капиталовложений (водо-. заборы в Пензе, Новосибирске, Новокузнецке, Искитиме). В связи с этим проектированию и строительству но­вого водозабора должно предшествовать изучение состо­яния существующих водозаборов, условий их эксплуата­ции и возможностей реконструкции. Большого внимания заслуживает производственный опыт повышения надеж­ности работы водозаборов. На рис. 23 даны схемы прак­тикуемой реконструкции речных водозаборов.





Рис. 23. Схемы реконструкции реч­ных водозаборов

1 — водоприемные оголовки; 2 — самотечные или сифонные линии; 3 — береговой колодец, смещенный с насосной станцией I подъема; 4 — раструбные оголовки; 5 — водопри­емный ковш; 6 — береговой водо­приемник; 7 — соединительный трубопровод для переключения водоводов; _______ —первоначальные сооружения; ---------- — сооружения последующего раз­вития
При общих благоприятных условиях работы водоза­бора производительность его может быть увеличена пу­тем замены насосно-энергетического оборудования (ра­зумеется, при наличии соответствующей пропускной спо­собности всех коммуникаций), а также профилактичес­ких мероприятий на водоприемниках (расчистка русла, углубление перекатов, шугозащита и т. д.). Однако здесь возрастают входные скорости потока в водоприемных окнах, что может привести к непредвиденным осложне­ниям на водозаборе. Вследствие этого возникает необхо­димость расширения или устройства дополнительных во­доприемных окон, что требует больших трудозатрат. При выполнении работ в береговом кольце на одном из водо­заборов Новосибирска по предложению академика М. А. Лаврентьева был применен взрывной метод с по­мощью кумулятивных зарядов, благодаря чему в десят­ки раз были сокращены сроки производства работ по ре­конструкции и их трудоемкость. Таким же способом были успешно выполнены дноуглубительные работы в скаль-ном грунте.

Чаще всего наряду с заменой оборудования требует­ся строительство дополнительных водоприемников, самотечных или сифонных линий и напорных водоводов, которое может осуществляться в зависимости от мест­ных условий по схемам 23, а или 23, в. Дополнительный оголовок может быть вынесен дальше в русло реки или, наоборот, приближен к берегу, так как за предшеству­ющий период эксплуатации водозабора могут изменить­ся гидрологические условия, требования других водо­пользователей, появиться новые конструкции водоприем­ников и т. д. Такая реконструкция осуществлена на водопроводах Свердловска, Омска, Томска, Барнаула, в результате чего в комплексе одного водозабора действу­ет до 5 и более водоприемных оголовков и 2...3 берего­вых колодца.

Практика эксплуатации подтверждает, что наличие даже простейшего дополнительного водоприемника (ти­па незащищенного раструбного оголовка, рис. 23, в) в эстремальных условиях позволяет предотвратить полную остановку водозабора.

Если по каким-либо причинам дальнейшая эксплуата­ция русловых водоприемников невозможна или крайне затруднена, реконструкцию водозабора можно осущест­вить с устройством ковша по схеме 23, г или подводящей прорези. В противоположной ситуации, когда забор во­ды у берега становится невозможным (например, по при­чине интенсивного отложения наносов, понижения уров­ня воды в реке и т.д.), проводят реконструкцию водоза­бора путем строительства дополнительного руслового затопленного водоприемника по схеме 23, д. Когда же возможности замены насосно-энергетического оборудова­ния исчерпаны, осуществляется строительство дополни­тельных насосных станций I подъема (рис. 23,6 и 23, д) с переключениями на напорных, а иногда и на всасыва­ющих водоводах. Достигается, таким образом, взаимное резервирование насосно-энергетического оборудования насосных станций. При строительстве дополнительных водоприемников целесообразно применять более совер­шенные для данных условий типы оголовков (с вихре­выми камерами, фильтрующие и т.д.), благодаря чему достигается не только увеличение производительности, но и повышение надежности работы водозаборов.

Надо отметить ошибки, часто встречающиеся на практике, когда строительство дополнительных оголов­ков привязывают к действующим самотечным или си­фонным линиям, рассчитывая одинаково использовать как прежние, так и новые водоприемники. Поскольку со­противление движению воды от разных водоприемников при этом неодинаковое, оголовки будут работать с раз­ной интенсивностью и, следовательно, с разной устойчи­востью забора воды. Работу оголовков в этом случае сложно проконтролировать. И поэтому более целесооб­разно строительство дополнительных оголовков с само­стоятельными самотечными или сифонными трубопрово­дами.

Второй характерной ошибкой является подсоединение самотечных трубопроводов к всасывающим линиям на­сосов, минуя водоприемные камеры и сороудерживаю-щие сетки. То и другое решение может рассматриваться как временная мера, но не как средство увеличения про­изводительности водозаборов. Даже в относительно бла­гоприятных условиях (например, на Волге в Волгогра­де) работа водоприемников в режиме всасывания сопро­вождается осложнениями, вызываемыми вовлечением наносов и всевозможного речного мусора не только в на­сосные станции, но и в водоочистные сооружения. Оп­равданным может быть лишь временный перевод водо­приемника на всасывающий режим работы, например, при зимнем устойчивом ледоставе и низком горизонте воды к реке, когда не возникает каких-либо помех, что подтверждается опытом эксплуатации водозабора из Лены в Якутске.

Массовое гидротехническое строительство в нашей стране существенным образом повляло на условия забо­ра воды из рек и технологию ее очистки. Изменился ре­жим наносов, шуголедовый режим рек, возросла цвет­ность и уменьшилась мутность воды, а также изменился ее солевой состав. Все это потребовало существенной корректировки ранее применяемых решений по устрой­ству и эксплуатации не только водозаборов, но и стан­ций очистки воды, глубокого изучения особенностей за­бора воды из водохранилищ.

Многочисленные факты перебоев в работе водозабо­ров на ряде водохранилищ обусловили необходимость натурных и лабораторных исследований. Во ВНИИ ВОДГЕО А. А. Смирновым впервые были детально ис­следованы водозаборы на Каховском водохранилище, подвергавшиеся непрогнозированному шуголедовому воздействию с перебоями в подаче воды. Пять исследо­ванных здесь водозаборов имеют аналогичное устройство — водоприемники (затопленные оголовки) руслово­го типа с береговыми колодцами, самотечными и сифон­ными подводящими трубопроводами протяженностью 10...560 м. Оголовки расположены на глубине 1...14 м от расчетного уровня воды и в основном в защищенных от волнового воздействия акваториях. Тем не менее все они в большей или меньшей степени испытывали отри­цательное воздействие либо шуги, либо наносов. Воз­действие шуги начинало проявляться, как правило, при скорости ветра v>5 м/с и температуре воздуха t< — 6°С. Обратная промывка и даже продувка водоприемников горячим воздухом не устраняли этого воздействия. На некоторых водозаборах наблюдалось интенсивное во­влечение планктона. Исследования А. А. Смирнова по­казали, что определяющим фактором в данном случае являются вдольбереговые течения, вызывающие отрица­тельные последствия при каком-то определенном на­правлении ветра. Иногда отрицательное воздействие оказывают также градиентные, плотностные и компенса­ционные течения. Скорость вдольбереговых течений мо­жет достигать 1...2 м/с на пологих береговых склонах и до 3 м/с — на крутых. Лишь там, где водоприемные ого­ловки находились за пределами зоны вдольбереговых течений, водозаборы работали устойчиво.

Возникают такие течения в прибойных зонах под воздействием волн, подходящих к берегу под острым углом. На изгибах берегового склона направление вдольберегового течения отклоняется от берега, а сфор­мировавшийся поток транспортирует на большие глуби­ны наносы, шугу, планктон и т.д. (рис. 24). Оказавшие­ся в зоне распространения этого потока водоприемники как раз и испытывают отмеченные выше осложнения. На одном из водозаборов, подвергавшихся воздействию шуги, было выявлено отложение наносов у водоприем­ного оголовка в виде конуса выноса с высотой гребня 5,5 м, вытянутого в направлении вдольберегового тече­ния.

Очевидно, чтобы избежать воздействия вдольберего­вых течений необходимо располагать водоприемники вне зоны их распространения или применять специаль­ные сооружения и устройства (шпоры, буны), изменяю­щие направление вдольберегового течения (рис. 24). Строительство таких сооружений на действующих водо­заборах можно рассматривать как их реконструкцию.





Рис. 24. Вдольбереговые течения на водохранилищных водозаборах (по А. А. Смирнову)

а — водоприемник подвержен воздейст­вию вдольбереговых течений; б — во­доприемник не подвержен воздействию вдольбереговых течений; в — вдольбе-реговое течение при наличии взвесе-перехватывающей шпоры; 1 — водопри­емник; 2 — подводящие трубопроводы; 3 — береговой колодец; 4, 5 — вдольбе­реговые течения при различных на­правлениях ветра; 6 — взвесеперехва-тывающая шпора
Когда же шпоры или буны построить невозможно, ре­конструкция должна включать, как и на речных водоза­борах, строительство дополнительных водоприемников вне зоны вдольбереговых течений. В любом случае ре­конструкции или строительству новых водозаборов дол­жно предшествовать детальное изучение топографиче­ских условий водоема, направлений ветров, условий вол­нообразования и т. д.

Реконструкция ковшовых водозаборов, как и русло­вых, нередко осуществляется заменой насосно-энергети-ческого оборудования станций I подъема, а также стро­ительством дополнительных водоприемников в ковшах (например, в Кемерове), устройством шуго- и наносоза-щитных шпор и струенаправляющих стенок. На водо­проводе Киева реконструкция ковша произведена с установкой продольных распределительных стенок, что обеспечило параллельно-струйное движение воды в ков­ше и улучшило тем самым его технологические возмож­ности.






Рис. 25. Ковшовый водозабор на р. Томь

1 — насосная станция I подъема; 2 — водоприемный колодец; 3, 4 — соответ­ственно верховая и низовая ветви ковша; 5 — струенаправляющий выступ; 6 — срезка осередка; 7 — ограждающая дамба; 8 — полузапруды

Наиболее показательным примером из практики реконструкции ковшовых водозаборов является реконструкция ковша на р. Томь в Новокузнецке (рис. 25). Несмотря на то что ковш имел двустороннее питание, он не обеспечивал требуемую подачу воды и на­дежность водоснабжения, так как с одной стороны шуга перекры­вала проход воды к водоприемнику, а с другой происходил подсос загрязненной воды из устья притока. Чтобы исключить строитель­ство нового водозабора, на основе исследований А. С. Образовского были приняты меры по улучшению гидравлического режима источ­ника и самого ковша: произведена срезка осередка перед входом в ковш, разделявшего русло на две протоки; построены четыре дон­ные полузапруды у противоположного берега реки; построен струе­направляющий выступ на верховом входе в ковш; сделана донная прорезь на подходе к ковшу. Благодаря реконструкции, своевремен­ной чистке ковша и проведению других профилактических мероприя­тий полностью устранены причины осложнений в его работе и до­стигнута требуемая надежность водоснабжения. Последующий бо­лее чем 20-летний опыт эксплуатации этого водозабора подтвердил правильность и экономичность инженерных решений.

Реконструкция с устройством верховой струенаправляющей дамбы ковша в 1976 г. была осуществлена на водозаборе из р. Бердь в Искитиме, что позволило снизить интенсивность заиле­ния ковша. В сочетании с заменой оборудования на насосной стан­ции I подъема это дало возможность увеличить производитель­ность водозабора более чем в 2 раза.

Опыт реконструкции и интенсификации работы мно­гих водозаборов заслуживает более широкого внедрения в производство и более глубокого изучения, так как он дает основу для дальнейшего усовершенствования водо­заборных сооружений.



скачать

следующая >>
Смотрите также:
Устройство и эксплуатация водозаборов
2284.37kb.
А. Е. Орадовская Н. Н. Лапшин санитарная охрана водозаборов подземных вод
2590.4kb.
Государственное учреждение
340.86kb.
Специальность 2-37 01 06 «Техническая эксплуатация автомобилей»
65.01kb.
Вопрос Компьютер это устройство для обработки аналоговых сигналов; устройство для хранения информации любого вида многофункциональное электронное устройство для работы с информацией; электронное вычислительное устройство для обработки чисел; Вопрос
36.69kb.
Образовательный стандарт по направлению подготовки бакалавриата 190500 «Эксплуатация транспортных средств»
164.51kb.
8 класс Тест «Устройство компьютера» Процессор это
50.28kb.
Политико-государственное устройство РФ. Географическое положение России (2 часа)
185.16kb.
«Устройство пк»
19.97kb.
Учебный год Период сессий у студентов специальности «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»
32.84kb.
Программа учебной и производственной практики по пм. 01 Эксплуатация и техническое обслуживание сельскохозяйственных машин и оборудования для профессии
295.43kb.
Программа по дисциплине Разработка нефтяных и газовых месторождений для специальности: 09. 06. 00 «Разработка и эксплуатация месторождений нефти и газа»
256.32kb.