Принципиальные схемы. Водозаборы руслового типа применяют при пологом береге реки, когда требуемая глубина для забора воды находится на некотором расстоянии от берега

Водозаборы руслового типа применяют при пологом береге реки, когда требуемая глубина для забора воды находится на некотором расстоянии от берега. Общая схема водозабора включает водоприемник (оголовок), самотечную линию и береговой колодец. Схема компоновки берегового колодца с насосной станцией может быть раздельной или совмещенной. Степень совмещения берегового колодца и насосной станции зависит от тех же причин, что и для береговых водозаборов (см. п. 2.2).

Рис. 9. Схема руслового водозабора раздельного (а) и совмещенного (б) типов

Русловые водозаборы (рис.9) состоят из одного или нескольких водоприемников (оголовков) 1, расположенных в русле реки на некотором расстоянии от берега. Водоприемники соединяются с береговым сеточным колодцем 1, самотечными линиями 2, сифонным трубопроводом 4 или всасывающими трубами. Из берегового колодца вода насосами, установленными в здании насосной станции 5, по напорным трубопроводам 6 подается к месту ее назначения. Водозаборные сооружения оборудуются камерой переключения и трубой 8 для возможности подачи воды для промывки самотечных линий и приемных отверстий образным током воды.

К преимуществу русловых водозаборов можно отнести то, что береговой колодец расположен целиком в толще берега и защищен ею от подмыва и непосредственного воздействия ледохода, а также утепляется ею. Однако в целом следует считать, что русловые водозабора менее удобны в эксплуатации и дороже береговых. При высоких горизонтах воды водоприемник (оголовок) труднодоступен для очистки и ремонта, и при лесосплаве наблюдаются аналогичные трудности.

Указанного недостатка не имеет схема, показанная ниже на рис. 10.

Рис. 10. Комбинированный водозабор

Здесь расположение берегового колодца таково, что на передней его стенке возможно устройство окон для приема через них речной воды при высоких горизонтах. Указанные окна имеют значение не только как аварийные. Ими целесообразно работать и в тех случаях, когда вода верхних слоев речного потока загрязнена взвешенными и другими примесями меньше, чем вода нижних слоев, и наоборот.

Вообще при высоких горизонтах возможен прием воды или через окна или самотечными линиями, поэтому водозаборные сооружения этой конструкции называют иногда водозабором «комбинированного» типа.

В приведенных схемах предусмотрено устройство берегового колодца. Наличие последнего очень важно потому, что:

- в нем выпадают из воды тяжелые примеси;

- удобно размещаются сетки;

- колодец иногда используется как емкость для промывочной воды;

- положение уровня воды позволяет сразу судить о том, какая именно из самотечных линий повреждена;

- уменьшается глубина заложения всасывающих линий и длина их.

Ввиду сказанного схема, которая нарисована здесь (рис.11), без берегового колодца может находить применение лишь в редких случаях, например, в системах временного водоснабжения и при заборе воды из сравнительно чистого источника. Такой водозабор, где самотечно-всасывающий трубопровод присоединен непосредственно к насосам, относится к III категории.

Рис. 11. Принципиальная схема водоприемного сооружения

без берегового колодца

Прокладка самотечных линий на большой глубине удорожает стоимость водозабора, увеличивает срок строительства и трудно в эксплуатации, в целом нерационально. В таких случаях целесообразно обращать самотечную линию в сифон, прокладывая его на значительно меньшей глубине. Разница лишь в дополнительном оборудовании, служащем для удаления воздуха из сифона (рис. 11 а и б).

Высотное положение сифонных линий назначают, исходя из обеспечения работы их при низком горизонте воды в реке и максимальном заборе воды. Для этого необходимо выполнять условие

Р_вак < Р_атм – Р_н.п.

где Р_вак – вакуум в наивысшей точке сифонной линии;

Р_атм – атмосферное давление;

Р_н.п. – упругость насыщенных паров воды при расчетной температуре.

Вакуумметрическую высоту определяют по формуле

,

здесь h – высота расположения рассматриваемого сечения над пьезометрическим уровнем в начале линии;

V – скорость движения воды в том же сечении;

∑h – сумма потерь напора в сифонной линии от начального сечения до рассматриваемого. Допускаемый вакуум 60-70 кПа.

Следует отметить, что водозаборы с сифонными линиями всегда относятся ко II категории.

Главные детали

Береговой колодец, как ранее было отмечено, служит для различных целей, главное из которых – размещение сетки для процеживания воды. Его необходимо делать незаливаемым, причем верхнее служебное перекрытие, с которого производится управление задвижками, сетками и др. оборудованиями, следует располагать на 0,5-1 м выше самого высокого горизонта воды в реке. Перекрытие целесообразно делать разборным для удобства монтажа оборудования, ремонта, смены и т.п.

Размеры приемного и всасывающего отделений каждой секции берегового колодца определяются числом и диаметром самотечных и всасывающих трубопроводов и других оборудований; размеры эти должны быть достаточны для удобной работы обслуживающего персонала. В плане колодец имеет очертание как у береговых водозаборов, круглое, овальное, прямоугольное в зависимости от размеров, материала и способа производства работ по их устройству.

Разделительные стенки между секциями выводятся на всю высоту колодца; эти стенки во всасывающих отделениях колодца желательно снабжать окнами со щитами или другими затворами, которые открываются лишь для перепуска воды из одной секции в другую.

Береговые колодцы предназначены для размещения в них водоочистных сеток. Так как сетки располагают ниже минимального уровня воды, то сеточное здание оказывается заглубленным. Строительство его при нескольких грунтах в большинстве случаев осуществляют методом опускного колодца. В связи с этим сеточное здание иногда именуют берегово-сеточным колодцем.

Водоприемник – это сооружение, входящее в комплекс водозаборных сооружений и предназначенное для непосредственного приема воды из источника водоснабжения.

Все виды оголовков разделяются на три группы:

I группа – постоянно затопленные;

II группа – затопляемые высокими водами;

III группа – незатопляемые.

Затопленные водоприемники располагают ниже минимального расчетного уровня воды и нижней кромки ледяного покрова при ледоставе. Они наиболее дешевы и менее трудоемки. Они еще имеют то преимущество, что не подвергаются воздействию ледовых загрузок. В этом отношении особое преимущество имеет постоянно затопленные оголовки. В то же время невозможность осмотра и очистки делает их менее надежными.

Затопленные оголовки подразделяются:

а) по назначению – на оголовки, которые служат для закрепления и защиты от повреждения приемных концов самотечных линий; и на оголовки, которые образуют приемную камеру, к которой присоединяются приемные концы самотечных линий;

б) по материалу – деревянные, бетонные, железобетонные;

в) по направлению втекания воды относительно направления течения воды в реке – лобовой, боковой, низовой, потолочный, круговой и т.д.

Конструкция оголовков определяется многими факторами, главные из которых: расход воды (производительность водозабора), глубина воды (минимальная) в выбранном для водоприемника месте и устойчивость русла; геологические и гидротермические (шуголедовые) условия, наличие в речном потоке сора и других загрязнителей; характеристика водохозяйственного использования реки – судоходство, лесосплав и т.д. Конструкцию водоприемника в значительной степени определяет и принятый способ строительства.

К затопленным оголовкам предъявляются следующие требования:

1. Конструкция и расположение затопленных водоприемников не должны вносить существенных нарушений в движение водного потока и донных наносов, для чего их внешние формы должны быть удобообтекаемыми.

2. Водоприемные отверстия следует располагать так, чтобы в них практически не завлекались донные наносы, шуга, сор, плывущие в разных слоях потока, а также рыба.

3. Конструкция должна отвечать требованиям рыбозащиты.

4. Внутри водоприемника нельзя допускать застойных и не промываемых зон, где происходит застаивание воздуха, скопление и загнивание ила и органических взвесей, выделяющихся из потока забираемой воды.

5. Для облегчения условий производства работ водоприемник должен обладать плавучестью (типа понтона).

6. Форма и конструкция должна обеспечивать непрерывное и последовательное увеличение скорости движения воды, что способствует исключению скоплений загрузки.

Они должны быть оборудованы вспомогательными средствами как для наблюдения за их работой и состоянием, так и для промыва сороудерживающих решеток, а также для борьбы с оледенением и обрастаниями.

Затопленные водоприемники обычно изготовляют на берегу, затем спускают на воду и в плавучем состоянии доставляют к месту установки. Большие водоприемники устраивают на берегу в котлованах, которые потом соединяют с рекой и затапливают водой. При этом водоприемники всплывают, их выводят из котлована и доставляют к месту установки. На подготовленное основание водоприемник опускают, заполняя его водой, а необходимую устойчивость при эксплуатации достигают заполнением его внутренних полостей бетоном или каким-либо другим балластом.

Положение оголовков в русле реки должно быть зафиксировано береговыми геодезическими знаками.

Рассмотрим некоторые конструкции водоприемников.

Свайный ряжевый оголовок представляет собой свайную конструкцию, имеющую форму, удовлетворительно обтекаемую речным потоком. В свайном оголовке заложены две самотечные линии в виде сварных конических расходящихся патрубков, имеющих у лицевой грани площади значительно большие, чем площади сечений самотечных линий, в целях обеспечения возможно малых скоростей поступления воды из реки. К сваям, ближайшим к патрубкам, прикрепляются при помощи уголков швеллеры, пазы которых закладываются решетками. Иногда направляющие для решеток монтируют как одно целое с патрубками и вместе с последними опускаются под воду. Такого типа водоприемники могут устраиваться из бетона или железобетона. При этом особо интересным с точки зрения метода производства работ можно быть водоприемник, состоящий из металлической оболочки, заполняемой бетоном у места расположения в реке (см. рис.12).

Рис. 12. Водоприемник в виде «косое колено»

Для водозаборов малой производительности оголовок наиболее просто может осуществляться в виде косого колена. Забор воды против течения в реке. При малых скоростях входа воды в водоприемное отверстие такой забор воды способствует меньшему завлечению сора и других веществ из потока и более легкому удалению их при промыве. Водоприемник как одно целое с самотечной трубой. Срезка раструба сделана под углом 5⁰ к вертикали.

На рисунке 13 показана схема двухсекционного водоприемника с двухсторонним приемом воды, в плане имеющий удобообтекаемую форму. Самотечные трубы пропущены через понтон и заглушены с внешней стороны. Водоприемные раструбы выполнены изогнутыми (косыми) и врезаны в стояки самотечных труб, расположенные на продольной оси водоприемника. Изгиб раструбов исключает поперечное перетекание воды через противоположные отверстия оголовка. Забор воды осуществляется под углом 135⁰. Форма раструбов с решетками обеспечивает непрерывное и последовательное увеличение скорости движения воды.

Имеются водоприемные оголовки из сборного железобетона с потолочным приемом воды. Оголовок состоит из двух частей:

1. Нижний – фундамент,

2. Верхний – для приема воды.

Нижний блок после установки заполняют песком или гравием.

Рис. 13. Двухсекционный водоприемник

1 – водоприемные отверстия; 2 – стальной корпус (понтон); 3 – ответвление самотечного водовода на случай его очистки; 4 – самотечные водоводы

Рис. 14 Водоприемник с вихревой камерой

1 – водоприемное отверстие; 2 – вихревая камера

Рис. 15. Водоприемник с потолочным приемом воды

При заборе в водную секцию больших расходов воды для снижении скоростей входа до 0,05 – 0,1 м/сек целесообразно в конструкцию оголовков вводить вихревые камеры (рис. 14).

Здесь рассмотрены наиболее часто используемые схемы водоприемников. Разумеется, на практике встречаются и другие оголовки, конструктивно отличающиеся от вышеприведенных. Все они характеризуются тем, что их водоприемные отверстия практически недоступны для обслуживания в отдельные периоды года (ледоход, шугоход, шторм и др.) и труднодоступны в остальное время. Несмотря на их меньшую надежность, затопленные водоприемники находят широкое применение в практике водоснабжения, а необходимую бесперебойность приема воды обеспечивают за счет применения дополнительных мер.

Затопляемые высокими водами оголовки в большей степени могут обеспечить бесперебойность водоснабжения, но стоимость их существенно превышает стоимость затопленных.

Особенно высокой стоимостью и сложностью строительства характеризуются незатопляемые водоприемники, т.к. вследствие расположения их в русле реки они должны обладать достаточной прочностью и устойчивостью, чтобы выдержать статическое и динамическое давление воды и льда, снабжен ледорезом; для размещения аварийной бригады и материалов водоприемник выполняется двухэтажным. Этим и объясняется достаточно редкое их использование. Принципиальная схема незатопленного водоприемника приведена на рис. 16.

Рис. 16. Водоприемник типа «криба»

Водоприемное отделение здесь такое же, как и в других схемах. Перекрытие водонепроницаемое и имеет герметически закрывающиеся люки. Водонепроницаема и стенка между водоприемным и насосным отделениями выше перекрытия. Между оголовком и берегом реки устраивают сопрягающую дамбу, иногда она требуется больших размеров по длине и высоте. Такая дамба-дорога, кроме того, может вызвать необходимость существенно усилить и, следовательно, утяжелить конструкцию водоприемника; она может вызвать также большое стеснение речного потока. Иногда взамен сопрягающей дамбы устраивают мостик.

Криб позволяет увеличивать число водоприемных окон, развивать их площадь и тем самым уменьшать входные скорости воды.

Самотечные и сифонные линии. Водоприемники (оголовки) и береговые колодцы (отдельно стоящие или совмещенные с насосными станциями) соединяют самотечными или сифонными линиями. Самотечные линии осуществляют или в открытом котловане, или при большой глубине заложения методом бестраншейной укладки труб. В зависимости от метода укладки самотечные линии устраивают: при укладке в траншею с водоотливом – из железобетонных, чугунных и асбестоцементных труб; при укладке под воду и при бестраншейном способе – из стальных труб. Стальные трубы должны быть снаружи покрыты антикоррозионной изоляцией, а внутри в зависимости от коррозионных свойств воды – цементным или другим покрытием.

Практика показывает, что стальные трубы, незащищенные внутри, в течение нескольких лет эксплуатации покрываются толстым слоем отложений, сокращающим их пропускную способность на 40 % и более. В связи с этим целесообразно устраивать самотечные линии из некорродирующих материалов, в частности из полиэтилена, поливинилхлорида и других полимерных материалов. Трубы больших диаметров из этих материалов нашли широкое применение в странах дальнего зарубежья.

В целях обеспечения бесперебойной подачи воды все основные элементы водозаборных сооружений, как правило, дублируются. Поэтому их число (как и число секций водозабора) должно быть не менее двух.

Самотечные линии следует по возможности укладывать без каких-либо поворотов в плане или в вертикальной плоскости. Они могут укладываться горизонтально как с прямым и обратным уклоном, но так, чтобы обеспечивалась их пропускная способность при различных эксплуатационных режимах.

Самотечные линии в пределах русло реки должны быть защищены от подмыва речным потоком и повреждения якорями судов и плотов. С этой целью их следует заглублять ниже дна (с учетом возможного размыва и дноуглубления) на судоходных на 0,8 – 1,5 м, а на несудоходных на 0,5 м. Укладка труб самотечной линии по дну реки приводит к образованию донной полузапруды, вызывающей местное увеличение скоростей движения воды и создающей опасность подмыва основания оголовка.

Траншея, в которой уложены самотечные линии, сверху должна быть укреплена каменной набросной, укладываемой по хворостяному или фашинному тюфяку, или по стальной сетке с щебеночной или гравийной подготовкой, или же железобетонными плитами.

Трубы самотечных линий в береговые колодцы следует вводить через сальники, так как присоединение к колодцу по типу раструба в ряде случаев привело к проникновению грунта в колодец и просадке его у колодца.

Трубы во всех грунтах, за исключением скальных, плывунных и болотистых, укладывают на естественный грунт ненарушенной структуры с профилированием основания. При скальных грунтах следует предусматривать выравнивание основания слоем песчаного грунта толщиной не менее 10 см. В болотистых, плывунных и других слабых грунтах самотечные линии укладывают на искусственное основание.

На самотечных линиях большого диаметра, которые трудно промыть, следует предусматривать смотровые колодцы через 15-100 м для наблюдения и очистки путем протаскивания совков или рыхлителей.

Сифонные линии по условиям герметичности делают из стальных труб со сварными стыками. Укладывают их с подъемом не менее 0,001 к месту сбора и удаления воздуха.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: