Горизонтальные водозаборы
3. Горизонтальные водозаборы
3.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОДОЗАБОРОВ И ИХ КОНСТРУКЦИИ
3.1.1. Условия применения горизонтальных водозаборов
Горизонтальные водозаборы наиболее эффективны в тех случаях, когда следует перехватить широкий поток подземных вод при небольшой (до 8-10 м) его мощности (например, при использовании подземных вод аллювиальных отложений в речных долинах).
Траншейные водозаборы (каменно-щебеночные, трубчатые, галерейные) устраиваются при залегании подошвы водоносного пласта до 8 м. При необходимости эксплуатации водоносных горизонтов, залегающих на большей глубине, возможно применение водозаборов бестраншейного типа (водосборных галерей и штолен), для чего, в общем случае, требуется соответствующее обоснование. В скальных породах водозаборы бестраншейного типа могут применяться при любой глубине залегания подземных вод.
Выбор того или иного типа горизонтального водозабора и плановое его расположение определяются гидрогеологическими условиями, производительностью водозабора и технико-экономическими показателями.
При питании водоносного горизонта из открытого водотока или водоема горизонтальный водозабор следует располагать параллельно урезу воды. При наличии выраженного потока подземных вод со склонов балки (оврага) водозабор необходимо трассировать вдоль ее тальвега, а при эксплуатации подруслового потока - поперек оврага (балки) или речной долины.
При благоприятных гидрогеологических и гидрологических условиях с целью получения большого расхода воды следует отдавать предпочтение горизонтальному подрусловому водозабору, расположенному под дном водотока.
Проектирование водозаборов должно осуществляться с учетом качества речной воды, размываемости берегов открытых водотоков, изменения уровня воды в них во времени, промерзания донных и береговых участков русла, степени их закольматированности и возможности усиления кольматации при эксплуатации.
3.1.2. Состав горизонтального водозабора и виды водоприемных устройств
Рекомендуемые материалы
В состав горизонтального водозабора входят (рис. 3.1):
а) водоприемная часть, предназначенная для приема воды из водоносного горизонта (собственно водозабор);
б) водопроводящая (коллекторная) часть, служащая для отвода воды в водосборный колодец (в некоторых водозаборах водоотводящая часть может отсутствовать, тогда вода поступает в водосборный колодец непосредственно из водоприемной части);
в) водосборный колодец;
г) смотровые колодцы, служащие для осмотра, вентиляции и ремонта водоприемной и водоотводящей частей горизонтальных водозаборов;
д) насосная станция первого подъема, которую целесообразно совмещать с водосборным колодцем. В отдельных случаях (например, высоко в горах) насосная станция может отсутствовать, и вода из водосборного колодца будет поступать в сеть самотеком.
В зависимости от гидрогеологических условий и категории надежности могут применяться следующие виды водоприемных устройств горизонтальных водозаборов:
каменно-щебеночный;
трубчатый;
водосборная галерея;
водосборная штольня;
комбинированный (галерея со скважинами-усилителями).
3.2. КОНСТРУКЦИИ И СПОСОБЫ УСТРОЙСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОДОЗАБОРОВ
3.2.1. Каменно-щебеночные и трубчатые горизонтальные водозаборы
Каменно-щебеночные водозаборы (рис. 3.2) наименее совершенны, их применяют лишь при захвате подземных вод на глубине до 3-4 м от поверхности земли преимущественно для водоснабжения мелких водопотребителей (сельскохозяйственное, пастбищное), а также при временном водоснабжении.
Каменно-щебеночный водозабор выполняется путем устройства траншеи, на дно которой укладывается каменно-щебеночная призма. Эта призма окружается двухслойной обсыпкой в виде обратного фильтра. В питьевых водозаборах фильтрующая обсыпка сверху закрывается экранирующим слоем глинистого грунта. Высота каменно-щебеночной призмы принимается равной (0,3-0,4) 
, где - вскрытая дреной мощность водоносного горизонта. Каменно-щебеночная призма укладывается с уклоном 0,01-0,05 в сторону водосборного колодца (камеры), из которого производится водоотбор.
Обратная засыпка траншеи горизонтального водозабора после укладки фильтра в пределах водоносной толщи и экранирующего слоя производится вынутым ранее, но незагрязненным грунтом. Поверхность земли на участке расположения горизонтального водозабора планируется с обеспечением стока воды за его пределы.
Трубчатые горизонтальные водозаборы (рис. 3.2) устраиваются на глубине 5-8 м от поверхности и применяются для жилищно-коммунального и сельскохозяйственного водоснабжения мелких и средних потребителей в системах водоснабжения II-III категории надежности. Конструктивно они представляют собой водоприемную трубу, уложенную в траншею и окруженную фильтрующей обсыпкой (обратным фильтром).
В трубчатых водозаборах в качестве водоприемных используются керамические, асбоцементные, железобетонные и пластмассовые трубы. Прием воды в керамических трубах осуществляется через зазоры на их стыках, остальные трубы для этого снабжаются круглыми или щелевидными отверстиями. Отверстия делаются в верхней и боковой части труб.
Для предотвращения выноса частиц водоносных пород вокруг водоприемных труб устраивается фильтрующая обсыпка из одного или нескольких слоев песчано-гравийного материала, состав которого подбирается по специальной методике в соответствии с гранулометрическим составом грунта.
Минимальный внутренний диаметр труб принимается равным 150 мм.
Уклоны водоприемных труб водозабора должны быть при диаметрах, мм: 150 - не менее 0,007; 200 - 0,005; 250 - 0,004; 300 - 0,003; 350 - 0,002; 500 - 0,001.
Скорость течения воды в трубах должна обеспечивать перемещение водой в водосборный колодец частиц водовмещающих пород, вымытых в водоприемные трубы. Водоприемные трубы укладываются в траншеи по песчано-гравийной подготовке и лишь при слабых грунтах основания - на специальном основании, принимаемом в соответствии с нагрузкой от трубы.
На рис. 3.3 представлены типовые конструкции горизонтального водозабора трубчатого типа для одностороннего приема воды.
3.2.2. Водосборные галереи и штольни
Водосборные галереи применяются в любых геолого-литологических и гидрогеологических условиях для крупных систем водоснабжения (I-II категории надежности подачи воды), а также в тех случаях, когда по гидрогеологическим или другим условиям необходимо обеспечить проходимость водоприемной части для наблюдения в период эксплуатации.
При глубине заложения галереи не более 8 м они устраиваются открытым способом, для чего вначале разрабатывают траншею, а затем на ее дне возводят галерею, обычно проходную или полупроходную.
Водоприемная часть галереи (рис. 3.4) выполняется из сборных железобетонных звеньев оваловидной (3.4, а) или прямоугольной (3.4, б) формы. Габариты принимаются с учетом эксплуатации; ширина 0,8-1 м, высота в непроходных галереях 1,2-1,7 м, в проходных для обеспечения возможности прохода по галерее 1,8-2,2 м.
В нижней части галереи устраивается лоток, обеспечивающий сток воды к водосборному колодцу с незаиляющей скоростью. Глубина лотка, как правило, должна быть не более 0,5 м, ширина 0,2 - 0,4 м. Для прохода эксплуатационного персонала в галереях предусматривается устройство мостика или полки. В стенках нижней части галереи размещаются водоприемные щелевые (круглые) отверстия или окна-ниши с фильтровыми вставками (например, из пористого бетона). В пределах водоприемной части галерея обсыпается песчано-гравийным обратным фильтром.
Звенья галереи устанавливаются на специально подготовленное основание, исключающее осадку их относительно друг друга.
При глубине залегания подземных вод более 8 м на крупных системах водоснабжения I-II категории надежности также возможно применение горизонтальных водосборных галерей, проходимых подземным (тоннельным) способом.
Водосборные штольни (рис. 3.5), проходимые подземным способом применяются при благоприятных орографических условиях (например, на крутых склонах речных долин).
Звенья галереи устанавливаются на специально подготовленное основание, исключающее осадку их относительно друг друга.
При глубине залегания подземных вод более 8 м на крупных системах водоснабжения I-II категории надежности также возможно применение горизонтальных водосборных галерей, проходимых подземным (тоннельным) способом.
При благоприятных орографических условиях (например, на крутых склонах речных долин) применяются водосборные штольни, проходимые подземным способом (рис. 3.5).
Штольня выполняется прямоугольной, оваловидной или круглой в сечении конфигурации. Водоприемные отверстия в обделке, так же, как и в водосборной галерее, могут иметь щелевую или круглую форму или представлять собой окна с фильтровыми вставками.
В мелкозернистых грунтах может устанавливаться внутренний гравийно-песчаный обратный фильтр с щелевыми плитами. В устойчивых скальных породах штольня может осуществляться без обделки. В случае необходимости увеличения водопритока из штольни бурятся радиальные скважины, оборудуемые фильтрами.
3.2.3. Комбинированные водозаборы
Комбинированные водозаборы с горизонтальным элементом в верхнем горизонте и вертикальными скважинами, пройденными в нижний горизонт (рис. 3.6) целесообразно применять в двухпластовых гидрогеологических системах с верхним безнапорным и нижним водоносными горизонтами. При этом горизонтальный элемент по отношению к скважинам играет роль водосборного и водоотводного коллектора.
Комбинированный водозабор представляет горизонтальный трубчатый водозабор, устраиваемый в верхнем горизонте, к которому снизу или сбоку подключены патрубки фильтровых колонн скважин. Устья скважин целесообразно совмещать со смотровыми колодцами и оборудовать задвижками. Водозабор сооружается с предварительным бурением скважин на нижний водоносный слой, установкой задвижек на устьях скважин. После прокладки в траншеях водоприемных труб горизонтального водозабора осуществляется врезка в них (снизу или сбоку) патрубков эксплуатационных колонн скважин. В случае устройства скважин в эксплуатационный период бурение производится через смотровые колодцы или специально вскрытые шурфы с последующим подключением скважин к водоприемной трубе.
3.2.4. Смотровые колодцы и водосборные камеры
Смотровые колодцы устраиваются для наблюдения за работой горизонтальных водозаборов, их вентиляции, профилактической прочистки и ремонта (рис.3.7).
Расстояния между смотровыми колодцами принимаются:
50 м - для трубчатых водозаборов диаметром 150-500 мм;
75 м - то же, диаметром более 500 мм;
100-150 м - для галерейных водозаборов.
Смотровые колодцы устраиваются также в местах изменения направления водоприемной части как в плане, так и в вертикальной плоскости. Смотровые колодцы устраиваются круглого сечения из сборного железобетона. Внутренний диаметр смотровых колодцев принимается 0,75-1,5 м. Верх колодцев должен возвышаться не менее чем на 0,25 м над поверхностью земли, вокруг колодцев должна быть сделана водонепроницаемая отмостка шириной и глубиной не менее 1 м.
Смотровые колодцы должны быть снабжены крышками, вентиляционными трубами, возвышающимися на 2,5-3 м над поверхностью земли, и устройствами, предохраняющими попадание через них загрязнений в водозабор.
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 2 Становление и основные этапы развития социологии.
Трубы и галереи в пределах колодцев сопрягаются с помощью бетонных лотков в днище колодцев.
Водосборный колодец в зависимости от условий залегания водоносного пласта располагается в конце линии горизонтального водозабора или в промежуточной точке. В отдельных случаях в нем может собираться вода и из нескольких ветвей горизонтального водозабора.
Размеры водосборного колодца определяются из условий обеспечения благоприятного режима работы насосной установки, размещения в нем оборудования и устройства для наблюдения за количеством и качеством воды, поступающей из отдельных ветвей водозабора, Оборудования для отбора воды потребителю и обслуживания.
Строительство водосборных колодцев, как правило, осуществляется методом опускного колодца из монолитного железобетона, а при палых его размерах - в открытом котловане из сборного железобетона.
Водосборные колодцы крупных водозаборов следует секционировать соответственно числу ветвей водозабора.
Конструкция водосборной камеры небольшого горизонтального водозабора приведена на рис. 3.8.
