Водозаборные сооружения на водотоках

2020-06-032021-03-09zzyxelСтудИзба

2. Водозаборные сооружения на водотоках

2.1. ВЫБОР МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ, ТИПА И КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ на водотоках

2.1.1. Выбор места расположения водозаборных сооружений на водотоках

При выборе места расположения, типа и конструктивной схемы водозаборных сооружений следует учитывать:

назначение водозабора и предъявляемые к нему требования;

наличие в водотоке необходимых глубин;

качество воды должно соответствовать санитарным требованиям;

требования бесперебойности подачи воды потребителю;

гидрологические, топографические, геологические, гидрогеологические, ихтиологические условия, а также условия суровых климатических зон;

требования судоходства и органов рыбоохраны;

условия строительства сооружений, последующей эксплуатации их и перспективы водохозяйственных мероприятий на данном водоисточнике;

экономическую целесообразность принятых решений.

2.1.2. Выбор типа и конструктивной схемы водозаборных сооружений

на водотоках

Основными факторами, влияющими на выбор типа и конструктивной схемы водозаборных сооружений, являются:

гидрологические характеристики источника водоснабжения в естественном его состоянии - скорости, расходы, глубины и колебания уровней воды, наносы, ледовый режим;

топография русла и берегов - плановое очертание, извилистость русла, высота берегов, удаленность от потребителя;

геология русла и берега в районе водозабора (влияют на выбор схемы ввиду необходимости выбора основания под сооружения, определения степени размываемости русла и установления мероприятий для защиты водозабора от наносов);

система водоснабжения предприятия - прямоточная, оборотная и пр.;

потребление и качество воды;

категория водозабора по надежности подачи воды;

особенности местных условий строительства сооружений;

требуемый расход воды и намечаемое увеличение производительности водозабора;

экономические соображения;

ихтиологическая обстановка в месте расположения водозабора: видовой состав рыб, время нереста и ската рыбной молоди.

Наибольшее распространение получили два типа водозабора, которые отличаются между собой расположением водоприемника относительно берега: береговой и русловой.

Доступность водоприемных отверстий для обслуживания имеет очень большое значение для бесперебойной подачи воды. Поэтому береговые водоприемники по надежности подачи воды оценивают одной категорией выше.

Необходимая надежность от завала наносами подходов к береговому водозабору может быть достигнута выполнением водозабора со смешанным или комбинированным приемом воды, когда одновременно устраиваются береговой и русловой водоприемники.

Существенным упрощением технологической схемы является широко применяемое совмещение колодца и насосной станции в одном сооружении. Подобное совмещение необходимо в случаях применения насосов с малой высотой всасывания; значительной амплитудой колебания уровней воды в реке (большей 10 м); повышенных требований к бесперебойности работы насосной станции I подъема, удовлетворяемых установкой насосов «под залив».

В других условиях может оказаться более приемлемой раздельная компоновка водозабора.

На реках северо-востока страны, где глубины в зимний период очень малы, применяют подрусловые водоприемники - инфильтрационные и фильтрующие. При этом для исключения перемерзания самотечные водоводы в береговой зоне вечномерзлых грунтов укладывают в утепляемых штольнях.

На водотоках, где осуществляется сплав леса плотами, русловые затопленные водоприемники делают массивными, с плавными внешними формами.

При неблагоприятных условиях забора воды, не поддающихся улучшению в результате проведения приемлемых по стоимости мероприятий или при специальных требованиях водозаборные сооружения устраивают либо с водоприемниками двух типов, либо расчлененными на два узла, которые располагают на разных водотоках или в разных местах и створах. Производительность каждого из таких водозаборных узлов в зависимости от местных природных условий и особенностей водопотребителя назначают в пределах 50-100 %-ной полной производительности водозабора.

Влияние величины расхода воды, забираемого из реки, обычно учитывают по относительному водоотбору, выражаемому в долях минимального расчетного расхода воды в водотоке. Исходя из опыта считают, что при Q_в/Q_min £ 0,25 можно забирать воду из русла равнинного водотока с помощью самых простых и недорогих сооружений типа затопленного руслового водоприемника. При 0,25 £ Q_в/Q_min £ 0,75 требуются специальные водозахватные или руслорегулирующие сооружения.

Окончательный выбор типа и конструктивной схемы водозаборных сооружений с повышенными требованиями по надежности подачи воды потребителю должен обосновываться не только проектными разработками и технико-экономическими расчетами, но и гидравлическими экспериментальными исследованиями.

2.2. ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ на водотоках

2.2.1. Водозаборные сооружения с русловыми водоприемниками

Устройство водозаборных сооружений с русловыми водоприемниками обусловливается необходимостью выноса водоприемника в русло водотока на определенное расстояние от водоприемного колодца и насосной станции.

При русловом водоприемнике технологическая схема водозабора может быть как раздельной, так и совмещенной (рис. 2.1).

Поступление воды от руслового водоприемника в водоприемный колодец осуществляется по самотечным или сифонным водоводам.

При необходимости обеспечения предварительной грубой очистки воды после водоприемника перед насосами в водоприемном колодце размещают водоочистные сетки. Водоприемные колодцы с водоочистными сетками называют водоприемно-сеточными колодцами.

При применении на водоприемниках в качестве рыбозащитных мероприятий фильтрующих элементов или устройства водоприемников фильтрующего типа следует установку водоочистных сеток не предусматривать.

При проектировании водозаборных сооружений с русловыми водоприемниками следует пользоваться их типовыми проектами.

2.2.2. Водозаборные сооружения берегового типа

При достаточно крутом береговом откосе водозаборные сооружения устраивают берегового типа с раздельной (рис. 2.2.) или совмещенной (рис. 2.3) компоновкой. Водоприемники при таких водозаборах размещают в береговых откосах с обеспечением постоянного эксплуатационного обслуживания водоприемных окон в любое время года.

При раздельной компоновке насосную станцию первого подъема устраивают отдельно от берегового водоприемного колодца и подача воды к насосам осуществляется через всасывающие водоводы.

Вода из реки поступает в водоприемные входные окна водоприемника, которые располагаются в передней стенке водоприемного колодца, как правило, в несколько ярусов по высоте. Ярусное расположение водоприемных отверстий обеспечивает отбор воды лучшего качества в зависимости от уровенного режима водотока.

Водоприемные отверстия оборудуют пазовыми конструкциями, в которые в зависимости от гидрологической и ихтиологической обстановки на водотоке могут опускаться: сороудерживающие решетки, рыбозащитные пакеты, решетки-реостаты.

Дополнительно для защиты водоприемных отверстий от плавающих мусора, щепы, шуги, а также для отвода рыбной молоди из зоны водоотбора перед водоприемником могут устанавливаться запани различных конструкций или устраиваться пневмозавесы.

С внутренней стороны водоприемные отверстия оборудуют укороченными задвижками, клапанами или щитами, позволяющими в любое время полностью или частично перейти в заборе воды с одного яруса на другой.

Внутри берегового водоприемного колодца находятся сороудерживающие сетки (плоские съемные или вращающиеся), обеспечивающие более полную очистку воды от сора и практически разделяющие колодец на два отделения; водоприемное - перед сеткой и всасывающее - за сеткой.

Для предотвращения заиливания колодца взвешенными частицами, поступающими вместе с водой и выпадающими в осадок вследствие резкого уменьшения скорости движения воды в колодце, водоприемно-сетчатый колодец должен быть оборудован илоудаляющими устройствами - эжекторами, всасывающими водоводами грязевых насосов, специальными приямками, а при больших расходах - взмучивающими водоводами.

Водоприемный колодец делают в основном из железобетона прямоугольным или круглым в плане в зависимости от места его расположения на берегу и способа возведения, а в водотоке также овальной формы или состоящим из двух полуокружностей с прямыми вставками, когда размещение водоприемных отверстий требует значительной площади.

Для обеспечения бесперебойной работы и периодической очистки и ремонта без прекращения подачи воды водоприемный колодец должен быть разделен продольными перегородками на несколько (не менее двух) параллельно работающих секций.

Размеры, и площадь водоприемных отверстий колодца определяются исходя из допустимых скоростей по условиям рыбозащиты, защиты от шуголедовых помех и допустимых сопротивлений.

Размеры берегового водоприемного колодца в плане определяются габаритами водоприемных отверстий и сеток, числом и диаметром всасывающих водоводов. Размеры водоприемников, совмещенных с насосной станцией, зависят от числа и типа установленных насосов. Высота водозабора зависит от амплитуды колебания уровней воды в реке, толщины ледового покрова и грунтовых условий.

2.2.3. Водоприемные ковши

Условия применения водоприемных ковшей.

Водоприемные ковши устраивают для борьбы с шуголедовыми помехами на водотоках, чаще всего для промышленных водозаборов производительностью обычно не более 20-25 м³/с.

Иногда при соответствующем заглублении дна и последующих очистках водоприемные ковши могут быть использованы для увеличения глубины у места приема воды.

Бассейны водоприемных ковшей должны покрываться ледяным покровом на два-три дня раньше речного потока и обладать длиной и скоростями течения, обеспечивающими всплывание к поверхности всех кристаллов ледяной взвеси, имеющей гидравлическую крупность w_ш ³ 0,015-0,02 м/с. Отделение ледяной взвеси должно обеспечиваться как в области водоворотных или циркуляционных зон, так и в пределах транзитной струи.

При отводе воды из водотока в ковш не должны захватываться поверхностные массы шуги. В ковше должны обеспечиваться достаточно благоприятные условия для транзита шуги по руслу с тем, чтобы входная часть ковша не оказалась закупоренной шугозажором.

Водоприемный ковш необходимо своевременно освобождать от отлагающихся в нем наносов. Кроме того, следует принимать меры к поддержанию необходимых глубин на входе в ковш, так как непрерывный и достаточный отвод воды из реки должен поддерживаться в различные сезоны и годы при любом возможном сочетании неблагоприятных условий в русле реки.

В обычных условиях водоприемный ковш не должен сколько-нибудь значительно изменять бытовой режим речного потока. Стеснение последнего не должно приводить к возникновению заторов льда или ухудшению существующего водопользования. Все изменения бытового режима речного потока должны быть направлены на улучшение руслового режима у места водозабора и предварительно проверены в лаборатории.

В обычных условиях очистка воды от взвешенных наносов должна рассматриваться как попутная, а иногда и второстепенная задача. Устройство ковшей специально для отстаивания взвешенных наносов в отдельных случаях целесообразно, но требует особых обоснований.

Использование водоприемного ковша как места стоянки судов, понтонов и устройств из них вызывает неблагоприятные изменения режима течений и отложения наносов в ковше, а также приводит к засорению водной поверхности бассейна ковша. Поэтому использование ковша в указанных выше целях не должно допускаться, если вода из ковша подается в хозяйственно-питьевой водопровод, и должно ограничиваться во всех других случаях.

При выборе места расположения ковша на шугоносных реках следует выбирать плесы малой кривизны (R ³ 4-5 В), а место водозабора назначать в пределах третьей четверти длины плеса (вниз по течению).

В условиях средних и малых разветвленных рек ковш необходимо располагать ниже слияния проток или в протоке с обеспеченным минимальным стоком. На больших реках с интенсивным шугозажорным режимом для расположения водозабора и ковша могут быть использованы обходные протоки.

Типы водоприемных ковшей.

Тип водоприемного ковша зависит от характера подъема уровня воды в реке перед установлением ледостава и при установлении его; сложности ледохода; наличия сброса производственных сточных вод вблизи ковша; степени допустимости стеснения русла реки; требований к предварительному осветлению воды; видов грунта в основании русла реки; глубин реки на подходе к ковшу и др.

В зависимости от характера рек существуют различные типы водоприемных ковшей. На шугоносных реках надежная защита водозабора от шуги, как правило, достигается при использовании ковша с низовым входом воды. Использование водоприемных ковшей с верховым входом как средства защиты водозаборных сооружений от шуги не рекомендуется.

Водоприемные ковши могут устраиваться частично или полностью выдвинутыми в русло реки (рис. 2.3, а), а также полностью (рис. 2.3, б) или частично (рис. 2.3, в) заглубленными в берег. Они образуются заливаемыми и незаливаемыми дамбами с верхней (рис. 2.3, г) или с верхней и низовой шпорами (рис. 2.3, d). Шпору устраивают для борьбы с избыточной заносимостью водоприемного ковша взвешенными наносами у речной дамбы.

В отдельных случаях на сильно шугоносных реках, в паводки несущих большое количество взвешенных веществ, водоприемный ковш с низовым входом, выдвинутым в русло реки, может устраиваться только на период шугохода (рис. 2.3, е). В этом случае перед водозабором сооружают дамбу, а в пролете между дамбой и берегом - регуляторы со щитами, устанавливаемыми только на период шугохода и создающими при этом ковш, выдвинутый в русло реки. В период половодья щиты поднимаются выше высокого уровня воды в реке.

При выборе схемы водозабора следует иметь в виду, что в периоды минимального стока относительный водоотбор в ковши из открытого русла может быть в 2-3 раза больше, чем в водоприемники других типов.

При использовании теплой отработавшей воды для повышения надежности работы ковша место ее выпуска выбирают в соответствии со следующими соображениями:

если ковш работает в области относительно малых водоотборов и расположен на реке, характеризующейся резкими и значительными безрасходными колебаниями уровней при шугоходе, выпуск теплой воды осуществляется в центр входного водоворота;

если ковш работает в области больших водоотборов, выпуск теплой воды устраивается у низового борта входа. В этом случае теплая вода вводится в начальные сечения транзитной струи и с помощью специальных приспособлений равномернее распределяется по поперечному сечению;

если ковш устроен на реке, характеризующейся резкими и значительными колебаниями уровней воды при шугоходе и, кроме того, работает в области больших водоотборов, выпуск теплой воды производят в береговую часть русла реки, выше входа в водоприемный ковш.

Конструкция водоприемных ковшей.

При выборе отметок гребня дамбы руководствуются следующим:

отметки гребня ограждающих незаливаемых дамб ковша принимают на 0,5-1 м большими отметок расчетного максимального горизонта воды в реке;

отметки гребня верховых заливаемых дамб ковша принимают равными отметкам уровней шугохода, имеющих обеспеченность 25 %;

отметки гребня низовых дамб ковша всегда назначают большими отметок гребня верховых заливаемых дамб;

речные заливаемые дамбы ковша, устраиваемые на реках с относительно низкими горизонтами весеннего ледохода, могут иметь отметки гребня равными отметкам расчетных максимальных горизонтов ледохода.

Ширину гребня дамб ковшей принимают в пределах 4-5 м, а ширину берм - 1,5-2 м, если последние не предназначены для прохода автомашин и экскаваторов.

Безнапорные дамбы водоприемных ковшей рекомендуется проектировать из материалов, позволяющих устраивать крутые откосы.

Выходы грунтовых вод должны быть дренированы.

Крепление надводной части откосов внутри ковша рассчитывается, главным образом, на воздействие атмосферных влияний (ливни). В большинстве действующих ковшей надводная часть откосов заилена и покрыта густой травяной, а в некоторых случаях и кустарниковой растительностью.

Внутренние откосы, ковша (надводные и подводные) в пределах зоны циркуляции на входе требуют креплений облегченного типа.

Подводные крепления внешних откосов дамб и берега в большинстве случаев могут быть выполнены из каменной наброски крупностью d ³ 0,006, где Н - глубина над креплением, u_а - максимальная скорость течения в береговой части русла. Такие крепления исправно работают на действующих ковшах.

При неглубоком залегании коренных пород у всех интенсивно обтекаемых элементов ковша подводные крепления целесообразно опускать до кровли этих пород.

Внешние откосы ограждающих дамб, которые могут подвергаться воздействию высоких шугозажоров или ледяных заторов при их подвижках, следует выполнять из ряжей или крупных бетонных блоков.

Части дамб, подвергающиеся воздействию льдин при весеннем ледоходе, должны быть защищены наброской или мощением камня с заливкой поверхности цементным раствором. Приемлемым покрытием можно считать также крепление бетонными и железобетонными плитами.

Откосы берега и дамб, вдоль которых будет возникать параллельно-струйное течение, могут иметь крепление в виде блочных ковров, железобетонных плит или каменной мостовой, уложенной на слое гравийной или щебенистой подготовки.

Толщина плит в зависимости от особенностей местных условий может быть принята в пределах 0,15-0,3 м с обязательным устройством упора у бермы при переходе к подводной части крепления.

Гребни заливаемых дамб, имеющие отметки выше отметок весеннего ледохода, могут иметь обычные покрытия указанных выше видов.

Гребни заливаемых дамб и шпор с отметками ниже отметок уровней при ледоходе должны защищаться блочными коврами и, кроме того, снабжаться полозьями из рельсов (приблизительно через 1,5 м), обеспечивающими сохранность и сплошность ковра при надвиге и навалке льдин.

Бортовые струенаправляющие стенки, устраиваемые на входе в ковш, могут выполняться из массивных или свайно-каркасных, обычно сборного типа, обшивных конструкций, которые располагают выше уровней зимней межени.

Входные регуляторы проектируют облегченного типа из сборных конструкций. Достаточно капитальными могут проектироваться только быки и устои. Забральная стенка может быть выполнена из консервированной древесины.

Расчистку подходов к водоприемному ковшу, а также его входной части следует выполнять непосредственно перед шугоходом и заканчивать к его началу. Отступления от этого правила могут быть допущены только на тех реках, где осенние паводки не наблюдаются.

Водоприемные ковши небольших размеров, засоряемые песчано-илистыми отложениями, могут очищаться экскаваторами.

При расчете их работы на откосах водоприемного ковша необходимо предусматривать устройство широких берм (до 4 м), а также съездов на эти бермы.

Плавучие снаряды черпакового типа вполне эффективно работают при удалении галечных и песчано-гравийных грунтов. От применения их на илистых и мелкопесчаных отложениях следует воздерживаться, если очистка ковша не связана с необходимостью восстановления прорезей в крупнозернистом ложе реки.

Очистку отложений на подходах к ковшам с низовым, входом, выдвинутым в русло реки, рекомендуется выполнять по всей зоне обратных течений и на ширине 15-20 м непосредственно ниже головы речной дамбы.

2.2.4. Водозаборные сооружения на водотоках с неустойчивыми руслами

К неустойчивым руслам водотоков относятся меженные русла, в которых в сравнительно небольшие периоды изменяются поперечные сечения и плановое расположение. При устройстве водозаборов обычно рассматривается устойчивость русла на отдельных ограниченных участках. На этих участках устойчивость потока и русла можно обеспечивать местным стеснением русел, выправительными сооружениями, креплением береговых участков.

Устройство водозабора на водотоках с неустойчивыми руслами зависит от величины водотока, интенсивности и руслоформирующего процесса.

При побочневом и ленточно-грядовом типе руслового процесса необходимо выяснить целесообразность расчленения или дублирования водозабора, который может быть осуществлен с водоприемниками комбинированного типа.

Устройство криба или ковша должно рассматриваться с учетом необходимости систематических или эпизодических расчисток дна русла на подходах к водоприемникам.

Ширину потока в створе водозабора во многих случаях рекомендуется ограничить путем некоторого стеснения, создаваемого сооружениями водозабора и креплением противоположного берега. Подобные мероприятия интенсифицируют движение наносов в створе водозабора, в результате чего увеличиваются глубины у водоприемника.

При надвиге побочня к створу водозабора у его низовой оконечности понадобится устройство русловой прорези, а позднее - временных наносоуправляющих сооружений для переброски донных наносов от берега на ухвостье побочня.

В более поздней стадии переформирования русла у водозабора возможно устройство верховой прорези вдоль берега или отторжение от него сползающего вниз побочня.

При весьма значительных размерах сползающих по течению побочней и работах по расчистке подходов к водозабору при малых водоотборах возможны перенос водоприемных устройств в другие створы реки или применение водозаборов нестационарного типа.

На малых и средних реках возможно применение сооружений, регулирующих поток и русло.

Наиболее неблагоприятным для устройства водозабора является осередковый тип руслового процесса. Из-за очень быстрой изменчивости русла створом для устройства постоянного водозабора может быть место стеснения реки мостами и выходами прочных неразмываемых пород.

При устройстве водозаборов на больших водотоках с неустойчивым руслом, с учетом требований судоходства, водоприемники размещают за пределами меженного русла в навигационный период и в состав водозабора включают водоподводящие каналы и водоприемные ковши, требующие периодических расчисток на подходах к водоприемникам.

На неустойчивых руслах при незначительных шуголедовых явлениях может применяться водозабор плавучего типа, который используется непрерывно, периодически и как резерв.

2.2.5. Водозаборные сооружения в районах распространения вечномерзлых грунтов

Условия эксплуатации водозаборных сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов.

При проектировании водозаборных сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов необходимо учитывать особенности природных условий конкретных районов, где предполагается размещение водозаборов, особенности мерзлоты и режима прорезающих ее рек.

При этом учитывают следующие положения. По условиям забора воды водотоки районов распространения мерзлоты подразделяются на:

крупные, сохраняющие по всей длине значительный по сравнению с забираемым подледный сток и большие глубины в межень. Забор воды из таких рек, как Лена, Енисей, Обь и т. п. возможен в течение всего года различными способами, возможен в течение всего года различными способами;

средние (неперемерзающие), сохраняющие некоторый подледный сток в течение всей зимы (однако в отдельные годы, хотя и редко, возможно перемерзание некоторых их участков). Забор воды из этих рек (Вилюй, Индигирка, Колыма и др.) возможен без регулирования стока фильтрующими или инфильтрационными водозаборами при некоторых дополнительных мероприятиях, обеспечивающих бесперебойность водоснабжения;

малые и средние (перемерзающие), постоянно сохраняющие талики. Ограниченный забор из них возможен фильтрующими подрусловыми или комбинированными водозаборами;

малые, перемерзающие вместе с подстилающим аллювием. Водозабор из них возможен только при регулировании стока.

Для водозаборов, расположенных в районах распространения вечномерзлых грунтов, должны выполняться дополнительные требования, обеспечивающие более надежную эксплуатацию их, в частности:

защита самотечных и сифонных водоводов (галерей) проходящих в толще береговой мерзлоты от промерзания и щугообразования;

предотвращение перемерзания водоприемника зимой, когда глубины рек незначительны, а расход воды в реке мало превышает водоотбор;

забор воды по возможности с высокими температурами и без загрязнений, так как очистка и подогрев ее на севере особо сложны.

B отдельных случаях, когда возникают опасения промерзания реки и ухода ее в подрусловой поток, следует рассмотреть вопрос об устройстве комбинированного водозабора с включением в его состав инфильтрационного водоприемника, рассчитанного на забор воды из подруслового потока.

Конструкции водозаборных сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов.

В рассматриваемом регионе наиболее надежны, экономичны и распространены инфильтрационные и фильтрующие водоприемники.

Подрусловые водоприемники можно подразделить на две группы:

водоприемники, не предусматривающие восстановления пропускной способности фильтрующих слоев (например, обратной промывкой) в период эксплуатации (инфильтрационные) (рис. 2.7);

водоприемники, принимающие воду через искусственно создаваемые фильтры, допускающие возможность промыва их при засорении (фильтрующие).

Фильтрующие подрусловые сооружения выполняются в виде дрен, галерей, фильтрующих туннелей, фильтрующих траншей.

Наиболее рациональным типом водоприемника являются фильтрующие водоприемники с горизонтально расположенным фильтром и входом воды сверху вниз. Поверхность фильтра этих водоприемников устраивают на уровне дна или несколько выше его, с расположением оси по течению реки или по нормали к нему.

При водозаборе из малых рек, сохраняющих минимум зимнего стока подо льдом и в дренирующих таликах, необходимы фильтрующие водоприемники, забирающие и поверхностный, и подрусловой сток, например траншейные водоприемники.

Фильтрующая обсыпка таких водоприемников должна допускать восстановление их пропускной способности обратным током воды или импульсной промывкой.

Для повышения надежности забора воды целесообразно устраивать водоприемники по комбинированной схеме. В этом случае фильтрующие подрусловые водоприемники размещают в разных створах и составляют одну общую систему водозабора.

Надежность водоприема повышается при возможности сброса горячей воды или пара к концевым участкам водоприемника. Для электрообогрева применяется также специальный греющий кабель.

Для улучшения промывки фильтра рекомендуется устраивать в водоприемниках трубчатые вихревые камеры.

2.2.6. Водозаборные сооружения в нижних бьефах гидроузлов

Не рекомендуется размещать водоприемники водозаборов на участках нижнего бьефа ГЭС, прилегающих к гидроузлу, в верховьях водохранилищ, а также на участках, расположенных ниже устьев притоков водотоков и в устьях подпертых водотоков. Однако в практике проектирования при определенных технико-экономических условиях возникает необходимость в размещении водозаборов на этих участках при соблюдении нижеследующих требований и рекомендаций.

При проектировании и строительстве водозаборов в нижних бьефах гидроузлов следует учитывать гидрологические особенности трех участков нижнего бьефа.

Верхний участок характеризуется: наибольшей амплитудой колебаний уровня воды вследствие регулирования мощности гидроэлектростанций; изменяющимся гидродинамическим воздействием потока на крутые береговые склоны, которые может повлечь их переформирование, особенно при наличии волнения;

Отстаивание воды в водохранилище и сброс в нижний бьеф осветленной воды увеличивают транспортирующую способность потока в нижнем бьефе и вызывают размыв ложа реки, особенно в верхней части участка.

Попуски воды из водохранилища зимой могут вызывать местный ледоход и значительное повышение уровня воды. Они обусловливают также появление полыньи в ледяном покрове, длина которой в течение зимы меняется в зависимости от колебания температуры воздуха и размера попуска воды, вследствие чего следует ожидать появления шуги, внутриводного льда, снежуры и связанных с ними ледовых осложнений в работе водозаборных сооружений.

Средний участок характеризуется: меньшей амплитудой и интенсивностью суточных колебаний уровня воды; меньшими гидродинамическим воздействием потока на береговые склоны и размывом ложа реки; большими, чем на 1 участке, зимними уровнями воды из-за повышения гидравлических сопротивлений русла благодаря наличию ледяного покрова; неустойчивым ледовым режимом из-за возможности продвижения кромки полыньи на этот участок или появления локальных полыней; возможностью поступления шуги и внутриводного льда с верхнего участка реки; возможностью возникновения зимнего ледохода, навала льда и образования щели между берегом и ледяным покровом.

Нижний участок характеризуется: постепенным практическим исчезновением суточных колебаний уровней воды благодаря регулирующей способности русла при неустановившемся движении воды, впадению притоков и подпора от расположенного ниже гидроузла; затуханием недельных изменений расходов и уровней и ослаблением ледовых явлений по сравнению с этими явлениями до постройки гидроузла.

Выявление изменения гидрологических условий и их особенностей должно производиться на основе соответствующих изысканий, а также гидрологических и водохозяйственных расчетов.

При проектировании и строительстве водозабора в нижних бьефах гидроузлов особое внимание необходимо обратить на гидротермический режим водохранилища и нижнего бьефа.

Относительно малые водохранилища незначительно влияют на гидротермический режим нижнего бьефа, в то время как из больших водохранилищ в нижний бьеф сбрасывается вода с положительной температурой в течение всего холодного периода года.

Нижние бьефы, не подпертые снизу, характеризуются неблагоприятным для водозабора режимом на большом протяжении, достигающем 50-80 км и более.

В нижних бьефах каскада ГЭС, которые подперты снизу, неблагоприятные для водозабора явления развиваются на меньшем участке, однако в этом случае на этом участке наблюдаются некоторые неблагоприятные гидравлические явления, например обратная волна. Они вызывают значительные перемещения загрязненных вод в направлении, противоположном направлению течения в русле.

Наиболее неблагоприятные для водозабора шуголедовые условия создаются в русле у низовых оконечностей полыней, в области формирования ледяной кромки ледостава, непрерывно передвигающейся по руслу реки под действием попусковых волн и термических условий. Поэтому наиболее неблагоприятными для водозабора оказываются те участки реки, для которых число перемещений кромки ледостава через створ за весь холодный период года оказывается наибольшим.

На реках Приуралья и Сибири на откосах берегов и земляных сооружений при значительных колебаниях уровней могут формироваться особые наледеобразные скопления льда разных видов.

Эти береговые многослойные наледеобразования при обрушении на спаде уровней могут перекрывать сечения каналов и водоприемных ковшей, а также разрушительно воздействовать на все береговые сооружения и крепления их откосов.

При выборе типа и основных размеров водозабора должно учитываться своеобразие условий нижних бьефов гидроузлов.

Для водозаборов I категории надежности водоподачи рекомендуется применять незатопляемые водоприемники - береговые или русловые, но доступные в любое время года, например крибы, водоприемные ковши разных типов и т. п.

Затопленные водоприемники для водозаборов I категории надежности следует применять только в составе водозаборов комбинированного типа.

В малоустойчивых песчаных руслах больших рек с подвижным рельефом дна устройство руслового водозабора с незатопляемым крибом может оказаться целесообразным, если в районе его расположения фарватер значительно удален от берега и отдален от него островами и мелями.

Если фарватер расположен сравнительно недалеко от линии берега, то вместо криба следует применять водоприемный ковш с усовершенствованным или самопромывающимся входом. Особенность такого ковша состоит в возможности промыва при высоких уровнях всей акватории первичного водоворота, формирующегося на входе в ковш в период межени. В подобном случае работа водоприемника, расположенного в ковше, не будет зависеть от изменений и деформаций русла, как работа водоприемников, расположенных в русле.

2.2.7. Русловые сооружения для забора воды из водотоков с малыми глубинами

При расположении водозаборного участка на относительно малых глубинах в руслах водотоков прежде всего следует рассмотреть возможность устройства водоприемников с забором воды через горизонтальные или близкие к ним по расположению (потолочные) водоприемные отверстия.

В условиях достаточно устойчивых русел возможно искусственное углубление дна реки у места расположения водоприемника в виде выемок или прорезей. Искусственное углубление следует предусматривать с учетом возможностей естественной промывки паводочными расходами и в объеме, достаточном для поддержания выемки в течение длительного периода отложения наносов.

Для поддержания глубин в выемках и прорезях у водоприемников возможна установка специальных струенаправляющих устройств, создающих в речном потоке поперечную циркуляцию, способствующую транзитному продвижению наносов или отводу их в сторону.

2.2.8. Нестационарные водозаборные сооружения

При необходимости организации срочного водоотбора, в сложных гидроморфологических условиях (при большой амплитуде колебания уровней воды, сильно неустойчивом русле, непригодности грунтов для оснований сооружений) могут устраиваться нестационарные водозаборы.

Нестационарные водозаборы подразделяются на следующие типы:

фуникулерные, перемещаемые по рельсовым путям, проложенным по спланированному береговому склону (рис. 2.5;

подвижные, смонтированные на салазках или тележках, позволяющих в зависимости от положения уровня воды в водотоке перемещать их с помощью трактора или автомобиля на заранее подготовленные площадки;

плавучие, смонтированные на понтоне и удерживаемые в створе сооружений с помощью якорей (рис. 2.6).

В состав водозабора фуникулерного типа входят: водоприемное устройство, рельсовые пути для его перемещения, напорный водовод с патрубками, расположенными через определенные расстояния, электрифицированная лебедка. Водозабор дублируют из расчета, что один работает, а второй перемещается при подъеме или понижении уровня воды в реке.

Водоприемное устройство включает тележку, на которой смонтирован насос со всасывающим водоводом, обратный клапан и водоприемную сетку, или рыбозаградитель. На тележке монтируются также вакуум-насосная установка и павильон облегченной конструкции.

Рельсовый путь укладывают по спланированному и укрепленному от размыва речным потоком берегу. Напорный водовод укладывают в земле параллельно рельсовому пути, патрубки располагают в колодце, где установлены задвижки. Расстояние между патрубками выбирается с условием удобства присоединения насоса при его перемещении в новое положение с помощью гибкого водовода.

Лебедка для передвижения водозаборного устройства располагается на незатопляемых отметках. Здесь же сооружаются и подсобные помещения.

Подвижные водозаборные сооружения устраивают аналогично фуникулерным, они могут перемещаться как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении с перекладкой напорного водовода.

Плавучие водозаборы удобны на реках с обильными наносами, нестационарным ложем и незначительным ледоходом. На реке с интенсивным ледоходом плавучие водозаборные сооружения могут применяться при условии расположения в защищенных акваториях.

В состав плавучего водозаборного сооружения входят: пантон, на котором монтируются насосные агрегаты, рыбозащитные устройства, электротехническое оборудование, транспортно-подъемные механизмы, гибкие напорные водоводы (подвижные или наплавные), береговые опоры, соединительный мостик.

Водоприемные отверстия, перекрываемые рыбозащитным устройством или решетками, устраивают в бортах понтона.

При большой амплитуде колебания уровня воды в реке применяется многопозиционная установка понтона с устройством причальной эстакады.

2.2.9. Мероприятия по защите водозаборных сооружений от шуги

К мероприятиям, способствующим защите водозаборных сооружений от шуголедовых помех, можно отнести:

создание благоприятных гидравлических условий при выборе места, типа и конструкции водоприемного сооружения;

устройство водозабора ковшового типа;

установку перед зоной водоотбора водоприемника катеров, плотов, запаней;

обогрев решеток в окнах водоприемника;

покрытие стержней решеток криофобным материалом;

сброс у водоприемника теплой воды;

пуск острого пара;

Лекция "5 Экономическое содержание, функции и виды прибыли" также может быть Вам полезна.

очистку решеток в окнах водоприемника (ручная, механическая, обратным током воды);

устройство перед зоной водоотбора пневмозащиты;

снижение скорости входа в водоприемник до 0,05 м/с.

Использование водоприемных ковшей гарантирует надежную защиту водозабора от шуги и донного льда. Малые скорости воды в ковше (0,15-0,05 м/с) способствуют более раннему образованию ледяного покрова. Установление ледяного покрова в ковше значительно снижает теплоотдачу в атмосферу, поэтому поступающая из реки в ковш переохлажденная вода несколько нагревается до (0-+1 °С) за счет теплоты, выделяющейся в процессе внутриводной кристаллизации. Шуга, занесенная в ковш из реки, всплывает и смерзается с поверхностным льдом.

Для перехвата шуголедовых масс перед зоной водоотбора используют катера и буксиры, устанавливаемые в районе расположения водоприемника, с такой ориентацией их в потоке, чтобы направить шуговые скопления, идущие в поверхностных слоях водотока, в сторону от зоны питания-водоприемника. Если шуголедовые массы идут по всему живому сечению водотока, то это мероприятие окажется не эффективным.

Устройство запаней является успешным в случае быстрого создания ледяного покрова значительной протяженности, отсутствия по глубине потока распределения внутриводного льда. Требуются ежегодная установка запаней перед ледоставом и демонтаж перед ледоходом. Запани не препятствуют подныриванию шуги и льда под забрало. При проектировании запаней необходимо правильно ориентировать запань в потоке, учитывать нагрузки, возникшие при навале на них шуголедовых масс и льда.

Поделитесь ссылкой: