ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

2.1. Основные определения и классификация сооружений

Водоразборными сооружениями (сокращен­но - водозабором) называют комплекс гидротехнических со­оружений, служащих для забора воды из источника водоснабже­ния, ее предварительной очистки (обычно процеживанием воды через сетки) и подачи под необходимым напором в водоводы (к потребителю или на очистные сооружения системы водо­снабжения).

Водоприемником называют сооружение, предназна­ченное для приема воды и непосредственно взаимодействующее с речным потоком.

Водозаборные сооружения — одни из наиболее ответственных и дорогих сооружений системы водоснабжения. Бесперебойное снабжение водой потребителей в значительной степени зависит от бесперебойного функционирования водозаборных сооружений соответствующей производительности, что возможно только при осуществлении водозабора с учетом всех природных условий водоисточника.

Водозаборные сооружения классифицируют: по назначению — хозяйственно-питьевого или производственного водоснаб­жения; по роду водоисточника — речные, морские, водохранилищные, водозаборы подземных вод; по месту расположения водо­приемника (при заборе воды из поверхностного водоисточни­ка)— береговые и русловые; по производительности — малой (менее 1 м³/с), средней (от 1 до 6 м³/с) и большой (более 6 м³/с) производительности; по степени обеспеченности подачи воды — I, II и III категорий; по компоновке основных сооружений водо­забора— совмещенные (компонуются в одном сооружении) и раздельные (комплекс сооружений); по степени стационарности — стационарные и нестационарные (плавучие, фуникулерные, пере­движные); по сроку эксплуатации — постоянные и временные.

Водозаборные сооружения на реках различают также по наличию в их составе регуляционных и подпорных сооружений, служащих для регулирования стока реки или увеличения глубин воды у водоприемника — бесплотинные, приплотинные и др. Кроме того, применяют водозаборные сооружения с подводя­щими каналами и с водоприемными ковшами. В данной главе рассматривается проектирование речных водозаборов, как наибо­лее распространенных.

Водозаборы для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения действуют в течение всего года и, как правило, не допускают перерывов в подаче воды.

По характеру водопотребления и требуемой обеспеченности подачи воды водозаборные сооружения разделяют на три катего­рии (табл. 2.1).

2.2. Требования, предъявляемые к водозаборам систем водоснабжения

Водозаборные сооружения должны обеспечивать подачу воды потребителю в необходимом объеме и требуемого качества при всех расходах и уровнях воды в реке, не меньших минимального расчетного.

Бесперебойность подачи воды должна быть обеспечена при самых неблагоприятных возможных при выбранной обеспечен­ности сочетаниях гидрологических, гидравлических, технологиче­ских, шуголедовых и других условий. Водозаборные сооружения должны обеспечивать забор из водоисточника потребного расхо­да воды и подачу ее потребителю; защищать систему водоснаб­жения от попадания в нее сора, водорослей, планктона, биологи­ческих обрастателей, наносов, льда и т. п., защищать молодь рыб от попадания в водозаборные сооружения.

Водозаборные сооружения должны быть рассчитаны на эксплуатацию в обычных и в редко повторяющихся условиях, в том числе и при мгновенных максимальных и минимальных уровнях воды в водоисточнике с обеспеченностью, указанной в табл. 2.1.

Надежность действия водоприемника в значительной степени определяет надежность функционирования всего водозабора в целом, поэтому водоприемник должен обеспечивать прием воды в условиях, осложненных уменьшением глубин или расходов в русле реки, образованием внутриводного льда и шуги, шугозаполнением русла, транспортированием потоком шуги, Сора, нано­сов, топляков, карчей и т. п.; судоходством, лесосплавом, регули­рованием стока на ГЭС, отбором воды для других целей; захва­том загрязнений водоема; переформированием русла или побе­режья водоема; волнением, вдольбереговыми перемещениями наносов, нагоном шуги, сора, льда, развитием или деградацией границы многолетнемерзлых грунтов, наледеобразованием, зато­рами и навалами льда и др.

Водозаборные сооружения хозяйственно-питьевого назначе­ния должны удовлетворять санитарным требованиям, место их расположения должно обеспечить организацию зон санитарной охраны. Водозаборные сооружения должны быть прочными, дол­говечными, устойчивыми, простыми в строительстве и удобными в эксплуатации, экономичными. При проектировании водозабор­ных сооружений и определении их стоимости надо учитывать не только затраты на строительство сооружений, но и возможный ущерб, который может быть вызван непредвиденными наруше­ниями бесперебойности подачи воды потребителям.

Водозаборные сооружения необходимо проектировать так, что­бы их расположение, форма и размеры обеспечивали плавное обтекание речным потоком (при всех гидрологических фазах), наименьшее стеснение русла и не вызывали его переформиро­вания.

2.3. Природные условия забора воды

Осложнения в работе водозаборных сооружений могут возникнуть: при заносе водоприемников отложениями донных наносов, при отделении мест расположения водоприемников косами наносов; при отходе русла реки от сооружения вслед­ствие переформирования русла; при подмыве и разрушении во­доприемника течением воды или под воздействием волн; при разрушении водоприемника под воздействием льда, при зажорах, заторах и навале льда, при закупорке решеток сором, водорос­лями, скоплениями шуги или при обмерзании решеток. Перемещение наносов речным пото­ком связано с размывом русла в одних местах и с от­ложением наносов в других. В структурном механизме речных потоков поперечные циркуляции определяют осо­бенности формируемого по­током русла, движения на­носов и плавающих тел, льда и шуги. Русло характеризу­ется извилистой формой в плане и чередованием вдоль него глубоких участков – плесов, а также мелких – перекатов. Плесовые участки соответствуют изогнутым участкам русла, а перекаты — участкам, соединяющим излучины с противоположными направлениями изогнутости.

При движении воды на поворотах под действием центробеж­ной силы возникает перекос поверхности воды (рис. 2.1). По­верхностные маломутные струи воды, набегая на вогнутый берег, отклоняются к дну и размывают его, формируя углубление дна — плесовую ложбину, которую целесообразно использовать для размещения в ней водоприемника Донные струи насыщаются наносами и, выходя к поверхности у выпуклого берега, те­ряют здесь часть своей скорости, образуя отмель, называемую побочнем (рис. 2.2).

Возникающее винтовое течение называют поперечной циркуляцией (рис. 2.1). В результате размыва вогну­того и наращивания выпуклого берега происходит развитие и перемещение речных излучин.

На перекате происходит затухание поперечной циркуляции и вследствие этого уменьшается транспортирующая способность потока. Наносы при этом оседают на дне, глубина потока умень­шается, а ширина русла увеличивается. Наносы движутся по дну, пересекая русло от верхнего побочия к нижнему. Гряда наносов на перекате располагается по этому же направлению, часто с повышением дна в середине русла, где может образо­ваться осередок — затапливаемое подвижное возвышение дна или даже остров. Меандрическая форма русла в большей степени свойственна малым и средним рекам с небольшими уклонами (около 0,0001), большим рекам — слабая извилистость. При проходе по руслу паводковых расходов воды также возникает поперечная циркуляция. Характер циркуляции обусловлен быстрым увеличением глубины и скорости потока в стержневой его части при подъеме уровней; они же быстрее убывают при сни­жении уровней воды. Вследствие этого перекаты при подъеме уровней воды наращиваются, при спаде — размываются.

Образование внутриводного льда, создающего помехи забору воды, начинается с отрицательных среднесуточных температур воздуха, когда температура воды в реке достигает значений, близких 0°С. Дальнейшее охлаждение потока приводит к пере­охлаждению тонкого поверхностного слоя до t=—0,005... — 0,02 °С. Образование льда может происходить в толще воды вследствие турбулентного перемешивания и на ее поверхности при наличии центров кристаллизации (песчинок, кристаллов льда), а также на неровностях дна. Толщина донного льда, име­ющего пористую структуру, может достигать 0,6 м в галечном русле и 1,5 м на скальном дне. В плесе могут отмечаться редкие и небольшие скопления, на перекате с большими скоростями потока — сплошной ковер донного льда.

При мелкопесчаном дне кристаллы льда с примерзшими пес­чинками всплывают, образуя ледяную взвесь с песчаными вклю­чениями. У водоприемных отверстий затопленных водоприемни­ков скопления такого льда уплотняются, образуя ледяные стенки, закупоривающие отверстия, что иногда приводило к разрушению решеток и даже водоприемников.

Скопления донного льда при подтаивании его у дна от при­тока глубинного тепла всплывают, образуя плавающие скопления внутриводного льда — шугу. Сначала она движется небольшими скоплениями, которые, смерзаясь, образуют шуговые ковры. Ледостав начинается со смерзания ковров шуги с берегами. С ледоставом прекращается переохлаждение воды и образование внутриводного льда. На реках с малыми скоростями течения v < ν_к1 = 0,4...0,5 м/с ледостав устанавливается без значитель­ного внутриводного льдообразования. При скорости течения v>v_K2 (по А. С. Образовскому, v_K2 = 0,7 + 0.67Н, м/с, где Н — глубина воды, м) скопления шугольда затягиваются под лед, заполняя живое сечение реки. На перекатах и в сужениях шуга останавливается, образуя зажор, при котором уровень воды повышается. При скоростях ν>ν_к>3= 1,5 м/с шуголедовая мас­са перемещается в толще потока в виде ледяной взвеси, в том числе и под массами ранее остановившейся, уплотнившейся и замерзшей с поверхности шуги. Большинство равнинных рек с песчаными руслами в предледоставный период имеют скорости течения на плесах v_K, i < v < у_к, 2 и на перекатах и_к, 2 < v < v_Kз, где ν_кI, νк2 и ν_кз — критериальные скорости течения воды. При таких скоростях всплывающая в плесах шуга смерзается, образуя в нижних участках плесов ледяные перемычки, стесняющие жи­вое сечение потока и приводящие к повышению уровней воды и образованию на плесах ледяного покрова. Кромка ледостава с приближением к расположенным выше перекатам перестает дви­гаться вверх, и здесь некоторое время сохраняется полынья. Если размеры полыньи значительны, то переохлаждение воды увеличи­вается и полынья генерирует шугу. Образующаяся здесь мелко­зернистая шуга поступает в нижерасположенный плес и накапли­вается в верховой части плеса.

На реках с большими уклонами, песчано-гравелистым руслом и большим объемом шугольда при таком же соотношении ско­ростей течения кромка ледостава также перемещается в плесе вверх по течению. Затягивание шуги под лед начинается ближе к перекату, и верховая часть плеса оказывается частично запол­ненной «висячим» шугозажором, который создает подпор, рас­пространяющийся на перекат. Это приводит к уменьшению ско­рости течения на перекате, в результате чего кромка ледостава передвигается в расположенный выше плес, где процессы повто­ряются.

Если перекат достаточно высок, то на нем может возникнуть на какое-то время полынья, которая увеличит объем шугозажора. Это вызовет подпор, повышение уровня воды на перекате и продвижение кромки ледостава.

Скорость транзита шуголедяной взвеси под телом шугозажора около 1,5 м/с. Следовательно, глубина h, м, под шугозажором составит минимально q/1,S, где q — удельный расход воды на 1 м ширины плеса. Если скорость течения в плесе в открытом потоке составляет 0,5 м/с, то заполнение русла шугой составит около 67 %.

Характер шугозаполнения русла может измениться при потеп­лениях, ледоходах и повторных ледоставах. В руслах у водозабо­ров могут возникнуть ситуации, которые необходимо предвидеть. Отмечались случаи, когда при потеплении начались подвижки и разрушение льда, «висячий» шугозажор из плеса может надви­нуться на береговую отмель, формируя береговой шугозажор, или на перекат, создавая русловый зажор. Последний может развиваться очень быстро, сопровождаясь накоплением в плесе больших масс шугольда и вызывая безрасходный подъем уровня до 3 м и более и понижение уровня воды ниже зажора. При про­рыве зажора в средней части туда устремляется шуголедовый поток, уровень воды в плесе резко снижается, а масса шугольда вдоль берегов оседает на дно, уплотняясь и отрезая водозабор от реки. Поэтому для расположения водозаборов верховые и низовые части плесов на таких реках нежелательны. Описанные схемы формирования ледостава применимы для рек с простейшей морфологической формой русла.

Зачастую приходится учитывать и более сложные условия, которые создаются на реках в нижних бьефах ГЭС, когда нерав­номерные попуски из водохранилищ изменяют процессы ледо­става. При этом происходят размывы русл, и образуется тепло­вая полынья, длина которой может составлять десятки километ­ров. Лишь в конце полыньи вода охлаждается до 0°С, получает переохлаждение и образуется шуга. Полынья, как правило, не замерзает в течение всей зимы; всю зиму образуется шуга, посту­пающая под ледяной покров и создающая шугозажоры. Длина полыньи зависит от температуры воздуха и графика регулирова­ния на ГЭС. В пределах части суток попуски на ГЭС могут быть минимальными, но в течение нескольких часов сброс может до­стичь половодных расходов; колебания уровней при этом могут составить 5 м, а образовавшийся лед будет взломан. Изменение уровня в пределах суток около 1,2 м уже вызывает ломку льда, ледоход, навал льда на берега, шугозажоры и заторы, а после их прорыва — шуголедопотоки

Классификация природных условий забора воды приведена в табл. 2.2.

2.4. Выбор места расположения

и технологической схемы водозабора

Выбранное место для водозабора должно располагаться как можно ближе к потребителю; при хозяйственно-питьевом водо­снабжении необходим учет санитарных требований, возможности расширения границ объекта водоснабжения в перспективе и ор­ганизации зон санитарной охраны.

Количество и качество воды в водоисточнике должны соответ­ствовать требованиям потребителя (с учетом возможности обра­ботки воды). Топографические, гидрологические, геологические и гидрогеологические условия площадки строительства должны быть благоприятными или хотя бы приемлемыми для строитель­ства и эксплуатации сооружений.

Водозабор должен располагаться на достаточно устойчивом участке реки, характеризующемся благоприятными гидравличе­ским и шуголедовым режимами речного потока. Благоприятный гидравлический режим должен обеспечить устойчивое сохранение речного потока у сооружений, необходимые глубины и формы русла, транзитное перемещение мимо сооружений наносов, скоп­лений льда и шуги. Благоприятный режим речного потока на­блюдается у вогнутого берега плесовых участков. Здесь наиболь­шие глубины воды и динамическая ось потока приближены к вогнутому берегу (что обеспечивает в наибольшей мере транзит­ное движение шуголедовых масс мимо водозабора и меньшую вероятность шугозаполнения русла). Отложение наносов воз­можно лишь в верхней части плесовой ложбины при смыве греб­ня вышерасположенного переката в межень. Водозабор распо­лагают в пределах третьей четверти излучины реки. Нежелатель­но располагать водозабор в плесе ниже не замерзающего зимой переката либо следует предусматривать покрытие полыньи хворостяным плетнем, соломенными матами и т.д. с целью ее ликвидации.

Рис 2 3 Схемы водозаборных сооружений

а — раздельного типа с русловым затопленным водоприемником, б — то же, с береговым незатопляемым водоприемником, 1 и 2 — соответственно мини­мальный и максимальный уровни воды, 3 — русловый затопленный водоприемник, 4 — самотечные водоводы, 5 — береговой сеточный колодец, 6 — всасывающие водоводы, 7 — насосная станция, 8 — напорные водоводы, 9 — камера переключений и предохранительной аппаратуры, 10 и 11—водоводы для подачи воды на промыв решеток и водоводов обратным током воды, 12 — береговой незатопляемый водоприемник

Не допускается размещать водоприемники в зоне движения судов и плотов, в местах зимовки и нереста рыб, скопления плавника и водорослей, возникновения зажоров и заторов, в зоне отложения и жильного движения донных наносов. Не рекомендуется размещать водоприемники на участках нижних бьефов ГЭС, прилегающих к гидроузлу, в верховьях водохранилищ.

Технологическая схема водозаборных сооружений, обычно включающая водоприемник, водоочистной сеточный колодец и насосную станцию, выбирается соответственно требуемому расхо­ду воды, категории водозабора, гидрологическим характеристикам водоисточника, топографическим и геологическим условиям, тре­бованиям санитарной инспекции, организаций рыбоохраны и вод­ного транспорта. При выборе схемы водозаборных сооружений надо учитывать и возможное увеличение производительности водозабора в перспективе.

На рис. 2.3 - 2.5 представлены основные схемы водозаборных сооружений, отличающиеся местом расположения водоприемника и компоновкой основных сооружений водозабора.

В состав водозаборных сооружений (рис. 2.3, а) входит рус­ловый затопленный водоприемник, находящийся в некотором удалении от берега (где глубина воды достаточна

Рис 2.4. Схема водозаборных сооружений совмещенного типа с русловым затопленным водоприемником:

1 — затопленный водоприемник, 2 — вихревая камера, 3 и 4—соответственно минимальный и максимальный уровни воды, 5 — самотечные водоводы, 6 — насосиая станция, совмещенная с сеточным зданием, 7 — сеточное отделение, 8— водоочистная вращающаяся сетка, 9 — подвесной одиобалочиый край, 10 — таль, 11 — монтажный проем, 12 — помещения для электрораспределительных уст­ройств, щитов автоматики, 13 — монорельс для тали; 14 — насосное отделение

для его распо­ложения). Водоприемные отверстия таких водоприемников в отдельные периоды года практически недоступны для обслужи­вания. Водоприемные отверстия берегового незатопляемого водоприемника на рис. 2.3, б всегда доступны для обслужива­ния, что имеет большое значение для обеспечения бесперебой­ной подачи воды водозаборными сооружениями.

Кроме водоприемников на рисунках показаны самотечные водоводы (для транспортирования воды от водоприемника на берег), береговой сеточный колодец (предназначенный для рас­положения в ием водоочистных сеток) и насосные станции ' подъема для создания необходимого напора со всасывающими и напорными водоводами, камерами предохранительных устройств и переключений. Водоочистные сетки в водозаборе на рис. 2.3, б располагаются в береговом водоприемнике, что упрощает техно­логическую схему водозаборных сооружений.

Водозаборные сооружения оборудуют плоскими или враща­ющимися (ленточными) водоочистными сетками; вращающиеся сетки применяют при Q_B≥1 м³/с.

Схема водозаборных сооружений упрощается при совмещении сеточного колодца и насосной станции в одном здании. Такое совмещение необходимо при применении насосов с малой высо­той всасывания и амплитуде колебания уровней воды в реке больше 10 м, а

Рис 2 5 Береговое водозаборное сооружение совмещенного типа:

1 и 3 — соответственно минимальный и максимальный уровни воды, 2 — водоприемные отверстия, 4 — пазы для установки сороудерживающих реше­ток, рыбозащитиых сеток, затворов и для передвижения промывных устройств, 5 — водоприемио-сеточное отделение, 6 — иаземиый павильон, 7 — водоочист ная вращающаяся сетка, 8 — подвесной край, 9 — помещения электрорас пределительных устройств, щитов управления и сигнализации, вентнляциои ных устройств; 10—служебный мост для сообщения с берегом, // — мос­товой радиальный кран, 12 — насосное отделение, 13 — берегоукреплеиие, 14 — напорные водоводы, 15 — канал для сбора профильтровавшейся воды, 16 — приямки для сбора осадка

также, как правило, при оборудовании водоза­борных сооружений вращающимися сетками (рис. 2.4 и 2.5).

На рис. 2.4 приведена схема водозаборных сооружений совме­щенного типа с русловым затопленным водоприемником, на рис. 2.5 — схема берегового водозаборного сооружения совмещенного типа; здесь в одном сооружении совмещены водопри­емник, сеточный колодец и насосная станция.

Водозаборные сооружения, схемы которых показаны на рис. 2.3, именуют водозаборными сооружениями раздельного типа. Кроме этих основных схем применяют водозаборы комби­нированного типа (например, с несколькими водоприемниками различных типов — с береговым незатопляемым и русловым за­топленным, с двумя ярусами самотечных водоводов и водоприем­никами, предназначенными для забора воды в различные гидрологические фазы), с водоприемником с водоприемными отвер­стиями и подрусловым приемом воды (инфильтрационным), с водоприемником, имеющим секции с водоприемными отверстиями и секции фильтрующего приема воды.

При широкой пойме, заливаемой в половодье, строительство водозаборных сооружений с самотечными водоводами (рис. 2.6, а) будет осложнено необходимостью прокладки водоводов значи­тельной протяженности на большой глубине в сложных гидрогео­логических условиях. В этих условиях береговые сооружения водозабора можно расположить на островке, отсыпанном иа пой­менной террасе. В этом случае самотечные водоводы будут ко­роткими, а напорные водоводы пересекут пойму на относитель­но небольшой глубине (рис. 2.6, б). Сообщение с водозабором будет возможно по дороге, проложенной по пойме вдоль водо­водов, а при высоких уровнях воды — с помощью плавсредств (кроме периода ледохода). Напорные водоводы можно проло­жить и в теле дамбы, соединяющей островок с коренным берегом. Сооружение дамбы приведет к дополнительным затратам, а необ­ходимость пропуска половодного расхода по пойме (особенно односторонней) может исключить вариант со строительством дамбы.

Водоприемник с береговыми сооружениями, располагаемыми на коренном берегу, можно соединить сифонными водоводами (рис. 2.6, в).

Береговые сооружения водозаборов (рис. 2.6) могут выпол­няться по схемам водозаборов раздельного или совмещенного типов. По СНиПу сифонные водоводы допускается применять в водозаборах II и III категорий, а применение их в водозаборах I категории должно быть обосновано.

В отдельных случаях строительство водозабора совмещенного типа ведут в котловане на некотором расстоянии от реки, а воду к сооружению подводят по каналу (рис. 2.7, а).

При заборе больших расходов воды из шугоиосных рек при­меняют водоприемные ковши, поверхность воды в которых по­крывается льдом на несколько дней ранее реки (рис. 2.7, б). Переохлаждение воды в ковше и образование виутриводиого льда прекращаются, а шуга, поступающая с водой из реки, всплывает уже в начале ковша и частично расплавляется за счет притока глубинного тепла земли. При заборе водъ из мутных рек применяют ковши (ковши-отстойники) с верховым втекани­ем воды. В отдельных случаях ковши в составе водозаборных сооружений применяют для увеличения относительного отбора воды из реки. По опыту эксплуатации водозаборных сооруже­ний считают, что при относительном водоотборе из реки α = Q_в/Q_min ≤ 0,25 (где Q_в — расход воды, подаваемой водозабо­ром, a Q_min — минимальный расход воды в реке) из русл рав­нинных рек возможен забор воды с помощью затопленных водо­приемников.

При α=0,25...0,75 надежный отбор воды возможен только из незашугованного открытого потока при особо благоприятных форме и состоянии русла. Чаще бывает необходимо строитель­ство русловыправительных и руслорегулирующих сооружений. Значение относительного водоотбора зависит от типа водопри­емника, глубины воды при Q_min и ее уменьшения после отбора воды, особенностей русла и шуголедовых условий.

При производительности водозабора, превышающей предель­ный относительный водоотбор, или при недостаточной глубине воды в реке в состав сооружений включают водоподъемную плотину либо в отдельных случаях водоприемный ковш.

Для обеспечения бесперебойной подачи воды предусматри­вают секционирование водозаборных сооружений. Минимальное число секций — 2. Водозаборы малой и средней производитель­ности (до 1...2 м³/с) обычно устраивают двухсекционными. Водо­заборное сооружение совмещенного типа на расход воды 5 м³/с со встроенным трехсекционным водоприемно-сеточным отделени­ем разработано в типовом проекте 901-1-11. В водозаборах боль­шей производительности число секций может быть принято по количеству насосов. Секционирование обязательно для водопри­емников, самотечных водоводов, сеточных колодцев и водоприемно-сеточных отделений насосных станций (и желательно для насосных станций при амплитуде колебания уровней воды более 10 м).

В табл. 2.3 приведены рекомендации по применению водоза­борных сооружений различных типов.

В табл. 2.4 приведены категории водозаборных сооружений (Q_B = 1...6 м³/с) в зависимости от характеристики природных условий забора воды, типа водоприемника и принятой схемы водозаборных сооружений. По этой таблице проверяют, соответ­ствует ли заданной категории обеспеченности подачи воды при­нятая схема водозаборных сооружений.

Повышение категории водозаборов с затопленными водопри­емниками на единицу допускается в случаях размещения водо­приемника в затопляемом самопромывающемся водоприемном ковше, подвода к водоприемным отверстиям теплой воды (не менее 20 % забираемого расхода воды) и применения специ­альных наносозащитных устройств, обеспечения надежной систе­мы промыва самотечных водоводов, сороудерживающих решеток и рыбозащитных устройств (РЗУ) водоприемников.

2.5. Технологическое оборудование водозаборных сооружений

Технологическое оборудование водозаборов включает соро-удерживающие решетки, водоочистные сетки, насосы с электро­двигателями, подъемно-транспортное оборудование, электрообо­рудование, оборудование для автоматического, телемеханичес­кого или местного управления и контроля за функционированием оборудования водозаборных сооружений, отопительно-вентиля-ционное оборудование, трубопроводную арматуру, а также обо­рудование для промыва водоприемных отверстий и самотечных водоводов.

• Решетки сороудерживающие предназначены для задержа­ния сора (водорослей, веток, шугольда) и устанавливаются в водоприемных отверстиях водоприемников. Решетка состоит

а) б) в)

Рис 2 8 Схемы втекания воды в водоприемные отверстия, оборудованные решетками:

а — при α<90°; б — при α= 90°, в — при α≈135°

из сварной рамы, изготовленной из швеллеров или угловой стали, и стержней из полосовой стали шириной 40...80 мм и толщиной 6... 10 мм, расположенных вертикально с расстоянием между стержнями 50...60 мм (см. табл. П. 1.1).

Решетки часто размещают в вертикальной плоскости в боко­вых стенках водоприемника. При расположении стержней ре­шетки под некоторым углом к направлению течения воды в реке, например 135°, сор при небольших скоростях втекания воды мало засоряет решетку. На рис. 2.8 изображены схемы втекания воды в водоприемные отверстия. На рис. 2.8, а показано втекание воды между стержнями с небольшим углом поворота струй. Втекание происходит плавно, и именно поэтому наблюдается «прочное» прижатие к решетке сора, имеющего размеры больше ширины просвета между стержнями решетки. При а = 90° (рис. 2,8,6) образуются валец у стержня с верховой стороны и искривление струй у низового. При α≈135° водоворотная зона становится большей и в большей степени искривляются струи у низового стержня (рис. 2.8, в).Вследствие пульсации скорости водоворот­ная зона занимает то меньший, то больший объем между стерж­нями. Можно даже говорить о некотором объеме воды, выте­кающей у низового стержня. Именно эта вытекающая вода не дает частицам сора плотно держаться на решетке, и вслед­ствие пульсации скорости сор и скопления шугольда передви­гаются по решетке и уносятся течением воды в реке.

Очистку решеток от сора производят вручную после их подъ­ема из воды. Возможна их очистка граблями с плавсредств или со льда. Для промыва решеток следует предусматривать необ­ходимое оборудование.

Решетки с обогреваемыми стержнями применяют для борьбы с их обмерзанием и закупоркой скоплениями шугольда.

При подогреве стержней до +0,05°С шуга не прилипает к стержням. С учетом возможного переохлаждения воды до температур —0,02...—0,08°С нагрев поверхности стержней ре­шетки должен осуществляться на 0,07...0,13°С. Редко применяют нагрев воды до положительных температур и плавление шугольда из-за больших расходов энергии. Обмерзание стержней будет меньшим при меньшей скорости втекания воды. Обмерзание зна­чительно снижается при использовании стержней, покрытых ре­зиной, пластмассой или битумом.

Для установки решеток в отверстиях водоприемников наи­более часто используют направляющие из швеллеров. Во из­бежание перекоса опускаемой решетки и ее заклинивания между направляющими необходимо применять решетки, ширина кото­рых меньше их высоты. Это условие не требуется выполнять при установке решетки в углублениях (в так называемых «четвер­тях»), сделанных у отверстия в стене затопленного водоприем­ника.

Промыв сороудерживающих решеток водоприемников может быть осуществлен обратным током воды и вдлновыми импуль­сами (импульсный промыв). Для промыва обратным током жела­тельно подать увеличенный на 25...50 % (по сравнению с забира­емым) расход воды. Для этого в водозаборе по рис. 2.3, а включают резервный насос (к двум работающим) и открывают перепускную задвижку в береговом колодце; затем закрывают задвижку на промываемом самотечном водоводе и открывают задвижку в насосной на водоводе 10. При трех работающих насосах (суммарная подача 1,5 Q_B) возможно подать на промыв 0,8Q_B, сократив подачу потребителю до 0,7Q_B. При расходе воды I,5Q_в, во втором водоводе (промыв водоводов прямым током воды) потери напора в нем возрастут в 9 раз и в межень такой режим неосуществим. Кратковременно можно подать на промыв 0.6Q_в, а потребителю — 0,4Qп(учитывая малую продолжитель­ность промыва решеток).

На рис. 2.3, а приведен вариант с подачей воды на промыв и от камеры переключений по водоводу 11.

Промыв волновыми импульсами, или импульсный промыв, не требует расхода воды из напорных коммуникаций и по дей­ствующей секции водозабора по рис. 2.3, а может быть забран расход воды, близкий к Qв.

Рис. 2.9. Оборудование водозаборных сооружений устройст-нами для импульсного промыва-

/ — водоприемник; 2 — самотечный водовод; 3 — вакуум-стояк, 4 — подвод воды для промыва обратным током воды; 5 — труба к вакуум-насосу; 6 — клапан для впуска воздуха в вакуум-стояк

Для импульсного промыва в береговом сооружении водоза­бора располагают вакуум-стояки диаметром D, присоединенные к самотечным водоводам перед задвижками (рис. 2.9). В верхней части стояков к заглушке присоединяют задвижку диаметром d и клапан для впуска воздуха. Воздух из стояка откачивается вакуум-насосом, и уровень воды в стояке поднимается на высоту Z₁=p_вак/γ. Закрывают задвижку на самотечном водоводе и открывают клапан; воздух поступает в стояк, а уровень воды в нем быстро снижается. Скорость течения воды в стояке и водоводе возрастает от нуля до Vmax. Уровень воды останавли­вается на высоте Z₂ ниже нуля, а затем вода течет обратно в сто­як и останавливается на высоте Zз, завершая первый период колебательного движения жидкости продолжительностью Т.

Происходит еще несколько затухающих движений жидкости. Вследствие гидравлического трения z₃ < z₂ < z₁.

Наибольшее воздействие вытекающей жидкости на сор про­исходит в середине первого полупериода колебания жидкости при максимальной скорости ее течения. Волновой импульс воз­действует на всю решетку независимо от степени ее засорейия, а оторванный сор уносится течением реки. Импутьсный промыв характеризуется малой продолжительностью подготовительных операций и незначительной стоимостью оборудования.

Диаметр стояка D рекомендуется назначать равным диа­метру самотечного водовода или несколько большим, а диаметр клапана для впуска воздуха — равным (0,08...0,17) D. К вакуум-стояку может быть присоединен водовод для промыва обратным током воды. Стояк можно расположить и вне сеточного поме­щения водозабора, например при его реконструкции.

Целесообразно оборудовать водозабор коммуникациями для промыва обратным током воды и устройствами для импульсного промыва. Для автоматической сигнализации о необходимости промыва применяют дифференциальный манометр с передачей импульса о перепаде уровней воды до и после решетки.

Технические мероприятия по защите от обмерзания решеток: забор воды с малыми скоростями втекания, покрытие решеток гидрофобными обмазками, резиной, обогрев решеток (с поступ­лением шуги в водоприемник и в береговые сооружения, обо­рудованные вращающимися сетками), козырьки и плавучие за­пани у водоприемника, воздушно-пузырьковые завесы, фильтрую­щие водоприемники, сброс теплой воды в реку у водоприем­ника.

Сетки водоочистные служат для задержания мелкого со­ра, прошедшего через решетки. Плоские съемные сетки приме­няют при малой производительности водозаборных сооружений (до 1 м³/с).

Сетка состоит из металлической рамы, изготовленной из уголковой стали, к которой крепится сеточное полотно. Рабочее полотно сетки с ячейками размером от 2×2 до 5×5 мм от выпу­чивания поддерживается полотном сетки с ячейками 20×20 мм и более. Рабочее полотно сетки выполняют из тонкой стальной нержавеющей проволоки или другого коррозионностойкого мате­риала (бронза, латунь), а поддерживающее — из стальной оцинкованной проволоки d=3 мм.

В табл. П1 2 приведены размеры и масса плоских съем­ных сеток.

Для промыва сетки поднимают из воды, устанавливают в ванну с экраном и промывают вручную струей воды из бранд­спойта. Перед подъемом рабочей сетки на промыв должна устанавливаться запасная сетка.

Недостатком плоских сеток является сложность механизации промыва. Для того чтобы в половодье не требовалась частая промывка, целесообразно применить сетку большей высоте,
а при небольших амплитудах колебания уровней в реке - даже иа всю высоту сеточного помещения.

Вращающиеся ленточные сетки применяют для процежи­вания воды при производительности водозаборных сооружений более 1 м³/с при средних, тяжелых и очень тяжелых природных условиях забора воды из водоисточника.

Вращающиеся сетки состоят из отдельных секций (рамок высотой около 600 мм с сеточным полотном), соединенных шарнирно между собой и закрепленных на двух замкнутых транс­портерных роликовтулочных цепях. Во избежание протекания неочищенной воды через зазоры между секциями предусматри­вают гибкое межсекционное уплотнение или козырек, который обеспечивает зазор с осью секции не более 3 мм. Транспортерные цепи навешены иа две шестерни иа грузовом валу, который приводится во вращение электродвигателем через редуктор (рис. 2.10).

Преимущество вращающихся сеток в том, что подъем сеток и про