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 < νк1 = 0,4...0,5 м/с ледостав устанавливается без значитель­ного внутриводного льдообразования. При скорости течения v>vK2 (по А. С. Образовскому, vK2 = 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>νк>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 vK, i < v < ук, 2 и на перекатах ик, 2 < v < vKз, где νкI, νк2 и νкз — 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 QB≥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 = Qв/Qmin ≤ 0,25 (где Qв — расход воды, подаваемой водозабо­ром, a Qmin — 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 Qmin 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 (QB = 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 QB) возможно подать на промыв 0,8QB, сократив подачу потребителю до 0,7QB. При расходе воды I,5Qв, 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 0.6Qв, 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=pвак/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



Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 472;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.036 сек.