Тема: ВОДОЗАБОРЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
1.Условия работы водозабора.Водозабор из свободной реки может быть поверхностным самотечным, когда вода забирается открытым каналом, и глубинным самотечным или с механической подачей воды, когда последняя забирается в глубинных слоях потока или водоема. Всякий существенный отъем воды из реки изменяет ее гидравлический режим: распределение скоростей течения, их направление, движение наносов, льда. Задача проектирования водозабора заключается в создании такого режима входа воды в водозабор, при котором в водовод не допускаются донные наносы, лед, шуга, плавающий сор и обеспечивается поступление воды в отвод в соответствии с запросами водопотребителей при всех изменениях уровня воды в реке в период забора ее и при возможных деформациях речного русла.
Существуют два вида поверхностного водозабора: береговой и шпорный; в первом случае водозаборные устройства располагаются в берегу и в русло не выходят, во втором—в русло выдвигается дамба или шпора, облегчающая отвод нужного количества воды.
2. Особенности режима реки в районе водозабора.При отводе части потока в канал происходит, как правило, поворот или изгиб его. В связи с этим в потоке возникает или изменяется, если она существовала, так называемая поперечная циркуляция струй. Поперечная циркуляция в потоках наиболее полно изучена отечественными учеными (Н. С. Ле-лявским, А. Я. Миловичем, М. В. Потаповым, А. И. Лосиевским и др.).
Поперечная циркуляция может возникать в потоке под влиянием различных причин: ускорения вращения земли, центробежных сил (на изгибе потока), случайных причин (местных препятствий), наличия сооружений. В прямолинейном потоке часто развиваются две циркуляции (а иногда и четыре), приводящие частицы воды в винтовые движения, при которых частицы вблизи поверхности потока движутся под некоторым углом к середине русла (рис. 27—1,а — сплошные линии), а у дна направлены от середины русла к берегам (пунктирные линии). В результате в середине русла дно размывается, а продукты размыва пере-
носятся придонными струями к берегам. На изгибе русла под воздействием центробежных сил возникает такая циркуляция (рис. 27—1,6), при которой поверхностные струи отклоняются к вогнутому берегу, размывая его, а донные, поднимаясь к выпуклому берегу, теряют часть своей энергии и относят к нему продукты размыва.
При отводе в канал расхода воды QK (рис.27—2) из реки шириной Вр с расходом Qp захватывается часть ширины потока поверху Вп и по дну Вд; у входа в канал образуются водоворотные течения у точек А и С. Характерно, что придонная часть потока Вд шире поверхностной Вп, а удельное насыщение наносами потока, идущего в канал, больше, чем в реке. Последние исследования показали, что размеры полосы отвода (Вп и Вл) практически не зависят от угла отвода ф, изменяются лишь потери энергии на изгиб потока, идущего в канал. Под влиянием изгиба в отводимом потоке возникает поперечная циркуляция такого же характера, как и при изгибе русла вообще (рис. 27—1,6). Вход в канал (рис. 27—3,а) оказывается как бы на выпуклом берегу и часть донных наносов откладывается у входа, главным образом в зоне верхового вальца А (рис. 27—2).
изменяются лишь потери энергии на изгиб потока, идущего в канал. Под влиянием изгиба в отводимом потоке возникает поперечная циркуляция такого же характера, как и при изгибе русла вообще (рис. 27—1,6). Вход в канал (рис. 27—3,а) оказывается как бы на выпуклом берегу и часть донных наносов откладывается у входа, главным образом в зоне верхового вальца А (рис. 27—2).
Уменьшение количества поступающих в канал наносов и даже прекращение их поступления возможны в тех случаях, когда в русле реки уже существует поперечная циркуляция, но противоположного направления. Это наблюдается при расположении отвода на вогнутом берегу реки (рис. 27—3,6), где донные струи направлены от вогнутого берега в
сторону выпуклого. Наоборот, расположение входа в канал на выпуклом берегу (рис. 27—3,г) обрекает устье канала на быстрый и безусловный завал донными наносами; при компоновке входа в канал по рис. 27—3,д он также интенсивно заносится.
При шпорном заборе воды с сооружением в реке продольной дамбы (АБ на рис. 27—3,в) если расход водозабора QK<Q'p (Q'p — расход воды, идущий в реке на ширине В'p, равной ширине водозабора), то развивается циркуляция струй, благоприятная для режима отвода. Вследствие неравенства QK<Q'p часть струй речного потока должна отклониться от берега в реку, создавая на входе условия вогнутого берега и отклоняя донные наносы от входа в канал.
Условия поступления в канал льда, шуги и сора, которые движутся в поверхностных слоях потока, противоположны условиям поступления донных наносов; в случаях бив (рис. 27—3) шуга, лед и сор свободно направляются в отвод вместе с верхними слоями воды, а в случаях г и д в канал почти не попадают поверхностная ледяная взвесь и сор.
3. Поверхностный береговой водозабор.Место для отвода канала на реках, влекущих донные наносы, надо выбирать на вогнутом берегу реки (несколько ниже вершины кривой берега). Поскольку такие участки берега подвержены подмыву, следует укрепить их от размывов одеждами (§ 138). При расположении водозабора на прямом участке следует принять меры к искусственному созданию нужной циркуляции у входа в канал (§ 135).
На входе в канал располагается головное сооружение, иногда называемое регулятором, представляющее собой водослив с низким порогом, оборудованный затворами (§ 103), и предназначенное для регулирования расходов воды, поступающих в канал, или прекращения забора воды. Расположение фронта головного сооружения должно быть по возможности нормальным к направлениям всех струй, подходящих к нему в общем случае под разными углами (рис. 27—4,а). Чтобы избежать образования водоворотов в зоне входящего угла А, снижающих пропускную способность регулятора, последний заглубляют в канал (рис. 27—4,6); подход струй к нему в этом случае нормален, но зато в подходе к регулятору будут откладываться донные наносы, которые приходится удалять гидравлическим или механическим путем.
Поверхностный водозабор чаще всего устраивается для целей орошения и зимой не работает; поэтому никаких мероприятий по борьбе с попаданием льда в водозабор не требуется. Этот тип водозабора применяется на реках с небольшими колебаниями уровня воды и относительно устойчивым руслом.
В случае неустойчивого русла реки и быстрого занесения входа в канал устраивают так называемый многоголовый водозабор (рис. 27—4,в), смысл которого заключается в обеспечении бесперебойности поступления воды в канал. Если по
ступление воды через первую голову прекращается вследствие завала наносами или обрушения берега, отхода реки от данного места и других причин, открывают вторую голову 2, вход в которую был временно перекрыт перемычкой; затем, если нужно, — третью 3 и т. д. Регулятор располагается в устойчивом месте берега Р. Такие водозаборы применяются на неустойчивых реках Средней Азии для оросительных каналов.
4. Шпорный водозабор.В схему его входят (рис. 27—5): захватная дамба, или шпора ABCD, выдвигаемая в русло, чтобы обеспечить забор в канал нужного расхода воды; водосливы В и С без затворов на гребне для сброса излишне забранной воды и водослив Е с затворами (на некотором расстоянии от берега) для более точного регулирования подаваемого в канал расхода. В случае деформации русла реки и уменьшения поступающего в канал расхода воды головную часть дамбы АВ можно нарастить, а ее направление изменить так, чтобы обеспечить забор необходимого расхода (см. АА). Дамба обычно представляет собой простое хворостяно-каменное, каменно-набросное, сипайное или габионное сооружение, возводимое без перемычек; сбросный водослив в берегу Е делается более фундаментальным. Шпорный водозабор устраивается на реках с неустойчивым руслом, в частности на горных реках.
5. Ковшевой водозабор для целей водоснабжения.Характерным отличием ковшевого водозабора, обеспечивающего подачу воды круглый год, является устройство в голове широкого бассейна — ковша, в котором вода движется с малыми скоростями, вследствие чего взвешенные речные наносы в значительной мере оседают на дно и по мере накопления удаляются землечерпанием. Дальнейшая подача воды производится насосной станцией по трубам. На реках со слабыми льдошуговыми явлениями вход в ковш располагается навстречу течения для облегчения борьбы с донными наносами. На шугоносных реках целесообразен ковш с низовым питанием или с верховым и низовым входами, работающими попеременно в зависимости от того, с чем приходится бороться — с наносами или льдом. Есть и специальные типы водозаборов.
6. Глубинный водозабор.Этот водозабор также применяется главным образом для целей водоснабжения и иногда для ирригации в тех случаях, когда забираемый расход воды невелик вообще или по сравнению с расходом реки, а берег имеет значительную высоту, что привело бы при устройстве открытого канала к необходимости выполнения больших объемов земляных работ. Забор воды производится по самотечным трубам или галереям, уложенным на дне реки в месте с достаточной глубиной (2—2,5 м). Если достаточные глубины в реке находятся вблизи берега, забор воды совершается через глубинные отверстия (окна) берегового водозаборного сооружения — насосной станции. При больших колебаниях уровня воды в реке и высоких и неустойчивых берегах водозабор осуществляется плавучей насосной станцией.
7. Область применения бесплотинноговодозабора. Бесплотинный водозабор является самым дешевым способом отвода воды из реки, поэтому при благоприятных природных условиях он преимущественно применяется и в водоснабжении, и в ирригации: в первом случае — -ввиду малости забираемых расходов, во втором — ввиду сезонности потребления воды, когда зимние затруднения отсутствуют. Применению бесплотинного водозабора для гидроэнергетических установок препятствуют возможные и недопустимые перебои в подаче воды вследствие неустойчивости речного русла и трудности борьбы с завлечением в канал наносов. Неустойчивое речное русло может блуждать в районе входа в канал и обойти водозабор; уровни воды могут понижаться со временем, а подаваемые в канал расходы воды уменьшаться.
Лекция №21
Дата добавления: 2016-07-11; просмотров: 2691;