1.Речные водозаборы: условия применения, схемы и составные элементы речных водозаборов. Классификация и конструкции водоприемных устройств. Меры по борьбе с шуго- и льдо- образованием. Рыбозащитные устройства водозаборов.

Водозаборными сооружениями называют комплекс сооружений, служащий для забора воды из источника, её предварительной очистки и подачи под необходимым напором в сеть или на ОС ВдС.

Условия применения:

Бесперебойная работа водозабора практически зависит от места его расположения и конструкции соор, входящих в технологическую схему водозаборного узла.

При выборе месторасположения водозабора исходят из след условий:

1. Водозабор д.б. возможно ближе к водопотребителям с целью снижения стоимости водоводов.

2. Кол-во и кач-во воды в ист должны соотв требованиям водопотребителя или отвечать этим треб после очистки по возможности более простой.

3. Водозабор не должен ущемлять интересы др водопотребителей и водопользователей.

4. Гидролог и геол усл д.б. приемлемы для строительства и эксплуат водозаб соор.

5. Санитар охрана д.б надеж и дешевой.

6. Технич решения водозабор узла и всей сис водоснабжения д.б просты и эконом.

Не все перечисленные усл одинаково важны при выборе местополож водозаборов разл назначений. Т.к. для хоз-пит водоснабжения главное – качество воды в ист в течении всего срока службы соор, местораспол водозабора на реке для этих целей д.б быше насел пункта по теч реки, выше выпусков СВ, выше стоянок судов, товано-транспортных баз и складов, вне зоны движения судов. Водоприемные устройства водозаборов целесообр распол у вогнутого берега, это препятствует попаданию в водоприемник придонных слоев воды с крупными взвеш частицами, скорость воды на плесе меньше, чем на перекате, что благоприятствует быстрому образованию поверх льда, а при наличии шуги, всплывание и движение ее в верх слоях потоков воды. При выборе мест распол водозаборов на устьевых уч-ах рек, впадающих в моря, необходимо учитывать морские приливы. Не допуск размещ водозаборы для хоз-пит водосн в акваториях портов, бухт, на уч-ах возможного разрушения берега, в местах зимовья рыбы, на уч-ах возникновения шугозажеров, заторов, в мессах роста водорослей, не рекоменд размещать водозаборы на участках ниж бьефа гидросооружений, оврагов, и ниже устья притоков рек, кот могут выносить в реку значительное кол-во наносов. Кол-во отбираемой воды должно назначаться исходя из минимальных расчетных расходов воды в реке. Обычно считают, что при отношении расчетного расхода водозаб (Qв) к минимальному расчетному расх(Qмин) 0,25, можно забирать воду из реки самыми простыми соор. При отнош 0,25-0,75 требуется проведение руслорегулир мероприятий, или устройство плотин, обеспечивающих достаточные глубины и требуемый запас воды в месте устройства водозабора.

Схемы и составные элементы речных водозаборов:

Технологическая схема водозабора обычно сост из водоприемника, колодца и НС 1го подъема, и выбирается в завис от треб расхода, категории надеж подачи воды, хар-к источника, особенностей местных условий строительства, требований санитарной инспекции водо и рыбоохраны, возможного расширения водозабора в перспективе.

Наибольшее распространение получили ДВЕ схемы водозабора, которые различаются расположением водоприемника относительно берега. Это водозаборы берегового типа и руслового типа.

А) Береговой водозабор

В водозаборах берегового типа окна или просто отверстия для приема воды устраиваются в самом береговом колодце и всегда доступны для осмотра и обслуживания, что повышает гарантию бесперебойной подачи воды. Водоприемные колодцы у береговых водозаборов располагаются непосредственно у берега, что требует больших глубин в водоисточнике, недалеко от береговой черты.

По схеме берегового типа обычно устраивают водозаборы сред и большой производительности. НС 1 подъема может быть отдельно стоящей или конструктивно объединенной с береговым колодцем, т.е. по этому признаку водозаборы бывают раздельной или совмещенной компоновки.

а) совмещенный, б) раздельный.

1-водоприемный колодец 2- входные окна 3- приемная камера

4- всасывающая камера 5- насосы 6- машинный зал 7- всасывающие трубопроводы

Для приема воды из реки или канала служит специально оформленное водоприемное сооружение – оголовок, по кот вода поступает в береговой колодец по водоводам. Они бывают раздельные и совмещенные по компоновке. При значительных колебаниях уровня воды здание НС 1под объединяется с береговым колодцем, либо насосы располагают в самом колодце.

Сетки:

Окна в разделяющих стенках между приемным и всасывающим отделением перекрывают съемными плоскими или стационарными вращающимися сетками. Плоские съемные сетки применяют на малых водозаборах из источников с небольшим загрязнением воды ВВ и планктоном, а стационарные вращающиеся на водозаборах производительностью более 1м³/с, также водозаборах меньшей производительности при значительном загрязнении воды. Основное назначение сеток: предварительная механическая очистка воды источника от взвесей и планктонных образований, прошедших через решетки сооружения.Плоская съемная сетка состоит из рамы 1 и рабочей фильтровальной сетки 2. Для подъема и опускания сетки в верху есть петля 3.

Плоские сетки время от времени требуется промывать. Для этого их грузоподъемными устройствами поднимают по пазам 4 и промывают струями воды. Смытые с сетки загрязнения направляются в сборное корыто или специальный желоб в полу, откуда грязная вода отводится в канализацию.

(1) Устройства для промывки сеток: а) С подвешенным корытом б) с желобом в полу. 1-сетка, 2- пазы для сетки, 3- корыто (желоб), 4-отводная труба

Чтоб процеживание воды через сетку не прекращалось на время ее промывки перед каждым сеточным отверстием предусм второй ряд стоек в пазы которых опускаются такие же сетки.

Вращающиеся сетки(рис.ниже) представ собой непрерывно движущееся проволочное полотно, перекинутое через 2 расположенных один над др горизонтальных барабана, вращение сетки осуществляется при помощи электродвигателя, размеры ячеек сеток следует принимать в соответствии с требованиями к кач-ву используемой воды, чем выше требования, тем меньше д.б. ячейки. На рис. 3: 1-полотно сетки, 2- верхний барабан, 3- промывные трубы, 4- направляющие для формирования промывной струи, 5- отражатель промывной струи, 6- желоб для отвода промывной воды, 7-вращающиеся щетки для очистки сетки.

Вращающиеся сетки устанавливаются в колодцах в 2х вариантах: с внешним и внутренним подводом воды, по одной из 4х схем.

А) с лобовым подводом воды(прямоточного типа)

Б) с внешним подводом и внутренним отводом воды

В) с внутренним подводом и внешним отводом воды

Г) с лобовым подводом и внутренним отводом

На рис: 1-решетки, 2-сетки, 3-всас трубы насосов, 4-защитные устройства.

Схема с лобовым подводом воды характерна для водозаборов средней производительности на загрязненных плавающим сором источниках. Она м.б. использована и на водозаборах малой произв при тяжелых или очень тяжелых условиях забора воды, особенно при большом наличии шуги и внутриводного льда. В этом случае передним полотном сетки из воды извлекаются шуга и внутриводный лед.

Схемы б и в применяют в основном на водозаборах большой производительности при легких и средних условиях забора воды. Они позволяют более полно использовать рабочую поверхность сеток и благодаря этому сократить их ширину, уменьшить строительную стоимость сооружения. Схема б предпочтительней т.к. в ней удобнее компонуется схема сороудаления и упрощается конструкция самой сетки.

Схему г применяют на водозаборах средней производительности в тяжелых и очень тяжелых условиях забора воды.

Схема водоприемного колодца:

Приемная камера обычно делается несколько глубже всасывающей. Углубленная часть называется осадочной и предназначена для сбора сора и наносов. Для исключения попадания наносов в водоприемник из реки низ отверстия решеток поднимают на определенную высоту относительно дна водоисточника. Эта высота p называется порогом, и определяется в зависимости от крупности взвешенных частиц наносов. Для равнинных рек p не менее 0,5м. Для предупреждения попадания в решетку плавающих предметов от верха решеток до расчетного уровня воды в водоприемнике также д.б. соблюдена определенная высота s, которая называется забралом. На равнинных реках s не менее 0,5м.

Сороудерживающие решетки:

В передней стенке водоприемника, который находится в русле реки устроены входные окна, через которые осуществляется забор воды. В окна устанавливаются решетки, для задержания крупных примесей(плавающего сора, т.е. водной растительности, тины, листьев деревьев). Решетки состоят из рамы 3 и прикрепленных к ней стержней 2, внизу решетка имеет деревянный брус 1, подъем и опускание решетки осуществляется с помощью петли 4, прикрепленной в ее верхней части. Стержни решеток м.б. круглыми с диаметром 10мм, или прямоугольными с шириной 10 мм, прозор решетки а=50-100мм, зависит от условий забора воды. На период ремонта или профилактического осмотра сооружения окна перекрывают плоскими щитами, которые закладывают в рабочие пазы решеток, предварительно освободив их от решеток.

Б) Водозабор смешанного типа

Если прием воды береговыми водозаборами при меженных и минимальных уровнях затруднен для повышения надежности работы сооружений применяют комбинированный прием воды: в одном сооружении совмещают береговой и русловый водозаборы(рис):

1. оголовок

2. самотечная линия

3. водоприемные отверстия

4. береговой колодец

5. всасывающий трубопровод

6. здание НС 1 подъема

В) Водозабор руслового типа

Водозаборы руслового типа устраивают при пологих берегах и дне реки, когда требуемые для приема воды глубины находятся на значительном расстоянии от берега. Водоприемники русловых водозаборов затоплены и удалены от берега, а их водоприемные отверстия в отдельные периоды года, например, при шугоходе, оказываются практически недоступными, что снижает надежность их работы, это водозаборы, как правило малой и сред производительности.

Водозабор руслового типа раздельный:

1. оголовок

2. самотечная линия

3. береговой колодец

4. НС 1подъема

Руслового типа совмещенный:

Состоит из одного или нескольких водоприемников-оголовков, водоводов, берегового колодца и НС.

Оголовок-один из наиболее ответственных конструктивных эл-ов руслового водозабора. Он служит не только для непосредственного приема воды из источника, но и для укрепления и защиты от повреждений труб в русле реки.

Схема руслового водозабора:

1-береговой колодец, 2-оголовок, 3-самотечные линии, 4-водоприемные отверстия, 5-сетки, 6-всас трубы, 7- задвижки. ВУВ-верхний уровень воды, ЛНУВ-нижний уровень воды при ледоставе.

Классификация и конструкции водоприемных устройств:

Тип оголовков зависит от производительности водозабора и условий забора им воды из источника, а также от требований рыбозащиты. В настоящее время большое кол-во оголовков для различных природных условий, их м. разделить на 3 группы: постоянно затопленные, затапливаемые высокими водами, не затапливаемые.

Постоянно затопленные: располагают ниже минимального расчетного уровня воды и нижней кромки ледяного покрова при ледоставе. Их тяжело обслуживать, в период паводка они не доступны, но их широко применяют в системах коммунального водоснабжения как наиболее простые по устройству и экономичные по капитальным затратам.

По конструкции затопленные водоприемники м.б.: раструбные, трубчатые, ряжевые, свайные, бетонные, ж/б, фильтрующие и комбинированные.

1) Простейшим типом водоприемника является раструбный (рис).

Он выполняется из металла в виде раструбной воронки на конце самотечного водовода. Во входном окне раструба устанавливают грубую решетку. Водоприемник применяют для водозабора воды из глубоких рек, или глубоких плесов (6-10м), не заполняемых шугой в период ледостава и из рек на которых нет ни судоходства, ни лесосплава в месте водозабора.

На схеме выше: затопленный водоприемник типа «косое колено». На грунтах исключающих забивку свай оголовок выполняется в виде ряжевой защиты.

2) Ряж представляет собой (прав рис) сруб или ящик из бревен в котором укрепляют раструбы самотечных труб.

Р яж рубится на берегу, на плаву подводится к месту опускания на дно источника, заполняется камнем и утапливается на предусмотренном месте. Место дна, на которое предполагается установить ряж д.б. заранее спланировано. Ряжевый водоприемный оголовок с внешним боковым приемом воды: 1-ряж, 2- вертикальные пластины для скрепления горизонтальных бревен, 3- дно из пластин, 4-каменная наброска, 5- водоприемные решетки, 6- самотечная линия. Применяют ряжевые водоприемники на реках при молевом (рассыпном) сплаве леса и шугоносных реках, особенно в условиях донного льдообразования. На судоходных и лесосплавных реках ряжевые водоприемники часто разрушаются якорями, которые тащатся по дну водоема за судами и плотами. Поэтому на таких реках и водоемах водоприемники делают ж/б, или бетонными с металлической опалубкой из листовой стали.

3)На судоходных и лесосплавных реках ряжевые водоприемники часто разрушаются якорями, которые тащатся по дну водоема за судами и плотами. Поэтому на таких реках и водоемах водоприемники делают ж/б, или бетонными с металлической опалубкой из листовой стали. Металлический кожух со встроенными раструбами самотечных водоводов изготавливают на берегу, доставляют к месту установки на плаву или по льду, затопляют на подготовленное основание.

Бетонный водоприемный оголовок:

1- Ме кожух, 2- бетонный массив, 3- грубая решетка, 4- самотечная труба, 5- заглушка.

Водоприемники м.б. односекционные, т.е. отдельными для каждой самотечной линии и 2х секционными.

4) Трубчатый односекционный приемник с вихревой камерой:

Состоит из приемной камеры 1, с решеткой 2 в верхней части и вихревой камеры 3. Приемная камера устроена по схеме раструба. К торцу водоприемника присоединен самотечный водовод 5 с помощью раструбного приемного патрубка 4.

Применение в водоприемниках вихревых камер, обеспечивающих равномерность забора воды позволяет устраивать водозаборы с большой площадью и длиной приемных окон, т.е. уменьшать входные скорости до 0,03-0,1м/с, для защиты от шуги и предотвращения захвата рыбы. Поэтому водоприемники с вихревыми камерами по гидравлическим условиям равномерности входа воды в приемные окна большой площади и промывки решеток являются наиболее совершенными.

5) Незатопляемые оголовки:

Создают наиболее благоприятные условия эксплуатации сооружений и отличаются высокой надежностью. Являются сложными с т.з. производства работ и наиболее дорогими. Их иногда называют «крибами». Такие оголовки обычно представляют собой бетонные массивы обтекаемой формы.

Меры по борьбе с шуго- и льдо-образованием.

При установлении отрицательной температуры воздуха, когда поверхность воды ещё свободна ото льда, образуются отдельные льдинки от смерзания поверхностных кристаллов, а местами в результате переохлаждения воды и турбулентного режима (перемешивания) образуются отдельные мелкие кристаллики льда в массе воды, называемые шуга.

Всплывая на поверхность кристаллы шуги соединяются и образуют более крупные массы имеющие губчатую структуру и плывущие вниз по течению. Этот плавающий по реке лёд называется сало.

По мере понижения температуры происходит смерзание льдинок др. с другом и у берегов, на поворотах рек, на расширяющихся участках, в местах образования водоворотов, перед сооружениями, льдинки задерживаются, быстро смерзаются и наступает ледостав.

Шуга может прилипать к конструкциям и закупоривать окна. Опасно, когда шуга попадает на уже замёрзший лёд – образуются шуго-затороры.

Борьба с шугой и льдом: Для предупреждения попадания в решетку плавающих предметов от верха решеток до расчетного уровня воды в водоприемнике д.б. соблюдена определенная высота s, которая называется забралом. На равнинных реках s не менее 0,5м. Чтоб исключить вмерзание решеток в ледяной покров, их верх д.б. ниже нижней кромки льда на величину К, которая больше или =0,2м. Общеизвестные способы борьбы со льдом и шугой:

1. подача пара и нагретой воды к водоприемным окнам, 2.обратная их промывка,

2. электрообогрев сороудерживающих решеток,

3. обколка льда с устройством майны над оголовками и удаление шуголедовой массы с плавсредств, специальных мостков и трапов

4. Сброс нагретой воды у водоприемных окон

5. Водовоздушные завесы

На реках с наличием большого кол-ва внутриводного льда или наносов, а в отдельных случаях на реках с малыми глубинами и недостаточными расходами в межень целесообразно применение водозаборных ковшей. Под ковшовыми водозаборными сооружениями понимают обычный береговой водозабор, совмещенного или раздельного типа перед которым устраивают искусственный водоем- ковш, располагаемый непосредственно в реке или в береге и служащий для отстаивания внутриводного льда или осаждения крупных фракций наносов, а иногда для увеличения глубин воды у водозабора. По характеру подвода воды из рек различают ковши:

1. верхового питания(подвод воды по течению)

2. низового питания(против течения)

3. двойного питания (по и против течения)

По характеру расположения ковшей по отношению к берегам реки:

1. выдвинутые в русло реки

2. врезанные в берег

В зависимости от высоты дамбы по отношениям к уровням воды в реке различают: ковши с незатопляемыми и затопляемыми дамбами. Ковши с верховым входом больше подвержены занесениям шуги, чем наносов, т.к. они заполняются поверхностными потоками воды из реки. Ковши с низовым питанием наоборот заполняются донными потоками воды из реки, в которых в основном сосредоточены минеральные примеси. Эти ковши намного лучше защищают водозаборы от шуги и внутриводного льда. Поэтому в настоящее время в основном применяют ковши с низовым питанием. На шугозажорных реках со значительными подъемами уровней в предледоставный период и при ледоставе, на реках с тяжелым весенним ледоходом применяют ковши частично или полностью выдвинутые в русло.

Рис а: частично или полностью выдвинутый в русло:

1. верховая дамба

2. акватория ковша

3. водоприемник берегового типа

Если речным потоком транспортируются наносы (до 0,75кг/м3) на ковшах делают затапливаемые при паводке шпоры(рис б,в):

4, 5 – соответственно верховая и низовая шпоры

6- струенаправляющая стенка

На реках не допускающих стеснения русла в период паводков, также при недостаточных глубинах в межень и возможных береговых шугозажорах применяют затапливаемые ковши частично или полностью выдвинутые в русло(рис г)

Заглубленные в берег ковши с углом отвода 135 градусов (рис д) применяют на реках с ограниченной интенсивностью шуголедовых явлений, русла которых сложены слабыми или мелко зернистыми грунтами.

Рыбозащитные устройства водозаборов.

По современным требованиям любой водозабор являясь технологическим элементом системы водоснабжения и отвечает требованиям ее надежности должен одновременно функционировать как природоохранный объект. Рыбозащитные устройства д. рассматриваться как неотъемлемый элемент водозабора. Не допускается строительство и эксплуатация водозаборов без согласования с органами рыбоохраны. Отсюда главные требования к рыбозащитным устройствам(рзу):

1. гарантированный или бесперебойный пропуск воды.

2. эффективная рыбозащита

3. надежность действия при доступных средствах экспл(простота конструкции, автоматическое действие)

Рыбозащит соор работоспособны в том случае, если при их создании учитывают взаимодействии мигрирующих рыб и скатывающейся молоди с сооружениями и образующимися при их работе течениями воды. Рыбы в потоке воды двигаются против течения. Течение воды – основной фактор их привлечения в рыбопропускные сооружения. Ориентация рыб против течения происходит по неподвижным ориентирам при помощи зрения, осезания и органов боковой линии. Отсутствие соответствующих условий ориентации приводит к сносу рыб течением, поэтому надо знать величины пороговой, привлекающей, сносящей и рывковой скоростей потока.

Рыбозащитными называются сооружения предназначенные для защиты рыб от источника опасности путем предотвращения их попадания на опасные участки и отвода от этих участков в рыбообитаемый водоем с обеспечением выживаемости отведенных рыб.

По способу защиты рыб: экологические и поведенческие рыбозащитные сооружения.

В зависимости от типа рабочих элементов непосредственно осуществляющих рыбозащ ф-ию соор делят: заградительные(основ на поведенческом способе защиты), отводящие и огораживающие(экологический способ защиты).

Пороговая, привлекающая, сносящая и рывковая скорость потока:

Пороговая-мин скорость потока, при которой у рыб появляется реакция на поток, т.е. реореакция. Наиболее высокие пороговые скорости (4-25см/с) у типично донных рыб. У рыб, которые держатся в толще и на поверхности воды пороговые скорости значительно ниже – 0,5-6см/с. Мигрирующие рыбы стремяться находиться в зоне, где скорость потока= привлекающей.

Сносящая скорость – минимальная скорость при которой рыба не может удержаться в потоке и сноситься(скатывается)= 1м/с. У донных рыб сносящие скорости выше. В быстротекущих водоемах имеются очень высокие сносящие скорости. Uпор-пороговая скорость. Uпр=0,5-0,8 м/с – привлекающая скорость. Uсн – сносящая. Сносящая скорость – скорость при которой рыба не может находиться в потоке и сносится(скатывается).

Uрыв=1,5-1,7 м/с.

Рывковые скорости - наиб скорсть потока при которой рыба м. совершать рывок в течении доли секунды. В быстротекущих водоемах имеются более высокие сносящие скорости. Рывковая скорость – (1,5-1,7м/с).

а)Рыбозаградительные сооружения.

Рыбозаградительные сооружения предусматривают использование различных непроницаемых экранов(сетчатых и перфорированных заграждений, фильтрующих кассет) и проницаемых экранов(воздушно-пузырковых завес, электрических, акустических, основ на зрительно-световых эффектах). Применение загродительных экранов возможно только в тех случаях, когда скорость фильтрации потока ч/з плоскость заграждения (экрана) меньше сносящей. Наилучшие условия защиты рыб обеспечиваются при скоростях: Uз = (0,33-0,5)Uсн. Длина рыб 10-40 мм, их сносящая скорость: 0,1-0,4 м/с, и сред занч скорости фильтрации: 0,15-0,25 м/с. Размер ячейки заграждения d, мм рекомендуется принимать в зависимости от длины тела рыбы l, мм.

Фильтрующие кассеты выполняются в виде рамы с решетчатыми стенками, м/у которыми уложен фильтрующ материал. Кассеты устанавливают в пазы отгораживающего сооружения. Их периодически необходимо поднимать над уровнем воды для очистки и промывки. Для загрузки кассет применяют керамзит с поверхностью зерен 20-25мм, щебень – 20-30мм и 40-60мм, пластмассовые, резиновые и деревянные шарики. Недостаток:У фильтрующ кассет с увеличением скорости фильтрации воды быстро возрастает кольматация(заиление). Поэтому скорость фильтрации ч/з кассеты не д. превышать 0,1м/с. Недостаток рыбозагродительных устройств с непроницаемым экраном – постоянное загрязнение экрана сором, взвесями и тд. А различного типа промывные устройства значительно усложняют эксплуатацию РЗУ.

Все заградительные проницаемые экраны способны при определенной интенсивности раздражителей вызывать у особей болевые или неприятные ощущения и как следствие стойкую р-ию избегания. При небольшой интенсив раздражителей р-ия избегания у рыбы не стабильна, однако ее увеличение м. привести к массовой гибели молоди. Сущенственный недостаток проницаемых экранов в виде различных физических полей является то, что при их применении не решается вопрос об отводе молоди рыбы от источника опасности. Такие заградители м. применяться в комплексе с рзу экологического(отводящего) способа защиты, обеспечивая дополнительный отпугивающий эффект.

б)Рыбоотгораживающие устройства.

Основаны на экологическом способе защиты молоди рыб с помощью специальных устройств(запоней, стационарных и перемещающихся зонных ограждений, зонтичных оголовков, глубинных и поверхностных оголовков водозабора), отделяющих зону обитания рыб от места водозабора. Для реализации этого способа необходимо знать горизонтальное и вертикальное распределение рыб в водоеме, сезонный и суточный ритмы ската, изменение распределения рыб по сезонам в зависимости от гидрологических и температурных факторов. Для преграждения пути потоку и молоди из зоны обитания рыб применяют как простые устройства(запони, забральные стенки, различные зонные ограждения, зонтичные оголовки), так и более сложные(водозаборы с перемещающимися по высоте оголовками, вертикальноперемещающиеся водонепроницаемые ограждения). Простые отгораживающие рыбозащитные устройства м. использоваться только в таких экологических ситуациях, когда распределение рыб в водоеме, главным образом вертикальное, известно и незначительно изменяется во времени. В механизме вертикального распределения мальков рыб, на ряду с пассивными свойствами, связанными в основном с определенной плотностью и плавучестью рыб, принимают участие и активные, т.е. видоспецифические комплексы поведенческих реакций, связанные с дыханием, питанием и защитой от хищников. Обычно при компоновке рыбозащитного сооружения положение и размер зоны ограждения выбирают из условия, чтоб скорости течения в сфере ограждения при работе водозабора не превышали: Vз<0,35Vсн(сносящая скорость). Ограждение д. размещаться в водоеме, где глубина: H=hогр(высота ограждения)+hв(водозаборного окна, при которой обеспечивается пропуск наибольшего расхода при скоростях Vз и Vсн). Запони или забральные стенки – опущенные под уровень воды на 1-1,5м водонепроницаемые щиты или экраны(бетонные перегородки, полотна или мембраны из прорезиненной ткани, пленок), закрепленные на несущей конструкции. Вертикальные перемещающиеся экраны отличаются от стационарных тем, что при изменении их вертикального положения изменяется местоположение водозаборного окна. Экраны ограждения д.б. снабжены козырьками и устройствами для создания течения вдоль экрана с целью отвода рыбы.

в)Рыбоотводящий(экологический) способ защиты рыб.

Основан на использовании естественно образующегося или искусственно создаваемого в определенной зоне подвода воды к водозабору с повышенной концентрацией рыб с целью их отбора из этих зон в рыбоотводящий тракт и отвеление по нему от водоприемника в рыбообитаемый водоем. Отводящий способ защиты основан на использовании воздействия продольно-поперечных горизонтальных и вертикальных течений на сносимую молодь. Для этого надо так скомпоновать водозаборную часть и рыбоотводящий узел и подобрать их геометрические и скоростные параметры, чтоб организовать пропуск скатывающейся молоди по специально устраиваемому отводному рыбоотводящему тракту, минуя место забора воды.

2.Подземные водозаборы: основные типы сооружений и условия их применения; схемы и составные части. Устройство водозаборных скважин и шахтных колодцев, горизонтальных и лучевых водозаборов, сооружений для каптажа родниковых вод.

Подземные воды добывают специальными устройствами, водозаборами различных типов с учетом условий залеганий подземных вод, их формирования и обеспечения потребного расхода в течении расчетного срока, а в ряде случаев и в перспективе.

Основные типы сооружений и условия их применения:

Выбор типа сооружений для забора подземных вод зависит от глубины и условий залегания водоносных пластов, их мощности и способности водоотдачи Подземные воды, согласно п.5.3. СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и канализация.», водоприемные сооружения (чаще употребим: подземный источник водоснабжения) подразделяются на:

• Водозаборные скважины (чаще употребим термин: артезианская скважина) для добычи артезианской воды; Для забора воды из напорных и безнапорных водоносных пластов, залегающих на глубине более 15-50 м от поверхности земли.

• Шахтные колодцы для добычи по большей части грунтовых вод; Для забора воды из маломощных пластов, залегающих на глубинах до 40м от поверхности земли.

• Горизонтальные водозаборы, которые в свою очередь подразделяются на: Для забора воды из маломощных пластов, залегающих на глубине 6-8 м от поверхности земли, вблизи водотоков и водоемов.

• траншейные сооружения используются для сравнительно небольшого водопотребления при малой глубине залегания подземных вод;

• галерейные (собственно галереи и штольни), которые применяются для постоянного водоснабжения относительно крупных водопотребителей, сооружаемые при значительной глубине залегания водоносных горизонтов;

• кяризы — примитивно устроенные водозаборные сооружения, применяемые для сельскохозяйственного водоснабжения и орошения небольших земельных участков в полупустынных районах с невыдержанным залеганием водоносных горизонтов;

• Комбинированные водозаборы;

• Лучевые водозаборы применяются для более полного захвата подземной воды — комбинация шахтного колодца с горизонтальными буровыми скважинами, заложенными в разные стороны водоносного пласта; Для забора воды из маломощных (до 10 м) водоносных пластов, залегающих на глубинах до 15-20 м от поверхности земли в песчано-галечниковых отложениях с незначительным содержанием валунов.

• Каптажи родников; Применяются при наличии концентрированного выхода подземных вод на поверхность земли.

Конструкция и устройство водозаборных скважин.

Их применяют в самых разнообразных гидрогеологических условиях для добычи подземных вод из водоносных пластов мощностью более 6м, залегающих на глубинах 10-1000м и более.

Сооружение скважины – это процесс, при котором выполняется ряд операций и работ, связанных с формированием ствола и закреплением его стенок с помощью буровой установки. Водозаборная водозаборная скважина должна иметь такую конструкцию, чтобы обеспечивалась многолетняя ее работа надежной защиты водоносного горизонта от проникновения загрязнений вместе с верховодными водами из вышележащих водоносных горизонтов.

Скважина крепится обсадными трубами. Они опускаются до верхней границы водоносного горизонта. В обсадную трубу пропускается техническая колона труб, которая заглубляется в подстилающий водонепроницаемый слой. Затем в колону опускается фильтр, после чего техническая колона извлекается, а пространство между стенками герметизируется. При большой глубине бурения, когда достичь водоносного горизонта обсадной трубой одного диаметра невозможно, применяется телескопическая конструкция обсадных труб с уменьшением их диаметра по мере заглубления. Разница между диаметром предыдущей и последующей колоны обсадных труб не менее 50мм.

Начало скважины, то есть её верхняя часть, называется устьем, дно скважины называется забоем. Стенкой скважины называется её боковая поверхность, а стволом – пространство, ограниченное стенкой. Длиной скважины является расстояние по оси ствола от устья до забоя, глубиной скважины – проекция длины на вертикальную ось. Если скважина не наклонная и не искривлённая, то длина её численно равна глубине.

Конструкция скважины состоит из следующих элементов:

• У часток скважины I – направление. Так как устье скважины располагается в зоне мягких, легкоразмываемых пород, то его требуется укреплять. Алгоритм выполнения направления следующий: бурится шурф до залегания устойчивых пород (4-8 м), после чего в него ставится труба нужных параметров (длина и диаметр), а всё пространство между стенками шурфа и трубой (межтрубное пространство) заполняют бутовым камнем и заливают цементным раствором 2.

1 – обсадные трубы;

2 – цементный камень;

3 – пласт;

4 – перфорация в обсадной трубе и цементном камне;

I – направление;

II – кондуктор;

III – промежуточная колонна;

IV – эксплуатационная колонна.

• Ниже направления бурят участок диаметром до 900 мм и глубиной от 50 до 400 м, который закрепляют обсадной трубой 1, называемой кондуктором II (состоит из свинченных стальных труб). Пространство за трубами кондуктора также цементируют. Кондуктор служит для изоляции неустойчивых пород, которые осложняют бурение.

• Промежуточную колонну III устанавливают и цементируют в том случае, если не удаётся после установки кондуктора пробурить скважину до проектной глубины. Причины этого могут быть разными – осложняющие горизонты, необходимость перекрытия не планируемых в эксплуатации продуктивных пластов. Промежуточных колонн в зависимости от условий залегания пласта может быть несколько.

• Эксплуатационная колонна IV предназначена непосредственно для подъёма нефти и газа к устью скважины от забоя, а также для нагнетания воды в продуктивный пласт для поддержки в нём необходимого давления. Пространство между стенками скважины и эксплуатационной колонны также цементируют.

Существуют разные методы извлечения из пластов нефти и газа. Обычно в нижней части эксплуатационной колонны перфорируют несколько отверстий 4 в стенке обсадных труб и цементной пробке.

Если породы устойчивы, то зону скважины при забое не цементируют, а оборудуют различными фильтрами или опускают обсадную колонну только до кровли продуктивного пласта. В этом случае разбуривание и соответственно эксплуатацию скважины производят без крепления ствола скважины.

В зависимости от назначения скважины, её устье оборудуют арматурой (задвижки, колонная головка, крестовина и т.д.).

Конструкция и устройство шахтных колодцев.

Шахтные колодцы используют для приема воды из относительно неглубоко залегающих (до 30м) водоносных пластов. Обычно прием воды в шахтные колодцы осуществляется через их дно и частично стенки. Шахтные колодцы применяют для приема небольших количеств воды при индивидуальном пользовании, в ВД сельских местностей и во временных водопроводах. В крупных централизованных системах ВД применяют редко. Шахтные колодцы бывают Бе, ЖБ, каменные, деревянные. При небольшом диаметре колодца их можно сделать сборными из ЖБ колец. Строят шахтные колодцы опускным способом, так же применяют механизированный способ при помощи установленного на автомашине механизма, представляющего устройство для бурения и опускания ЖБ колец, образующих шахту колодца.

Существуют три вида шахтных колодцев: несовершенный, или неполный; совершенный, или полный; совершенный с подствольником (зумпфом).

В несовершенном колодце крепление шахты не достигает подстилающего пласта, лежащего ниже водоносного; приток воды здесь возможен через дно и боковые стенки. В совершенном колодце крепление достигает водоупорного пласта и опирается на него; приток воды - только через боковые стенки. Зумпф в совершенном колодце - это дополнительный резервуар, выполняемый в подстилающей водоупорной породе для увеличения запаса воды. Кроме зумпфа, запас воды в колодце может быть увеличен в результате расширении его подводной части в виде шатра (рис. 3). При высоте водоносного пласта до 2-3 м устраивают зумпфы, а при большей высоте - шатры.

Конструкция и устройство горизонтальных водозаборных сооружений.

Горизонтальные водозаборы:

• траншейные каменно-щебеночные – применяют при захвате подземных вод на глубине 2-3м от поверхности земли.

• трубчатые – при глубине залегания подземных вод до 4-5м.

• в виде галерей – не более 6-8м.

5.33. Горизонтальные водозаборы следует предусматривать, как правило, на глубине до 8 м в безнапорных водоносных пластах, преимущественно вблизи поверхностных водотоков. Они могут проектироваться в виде каменно-щебеночной дрены, трубчатой дрены, водосборной галереи или водосборной штольни.

5.34. Водозаборы в виде каменно-щебеночной дрены рекомендуется предусматривать для систем временного водоснабжения.

5.38. Водоприемную часть водозаборов из трубчатых дрен следует принимать из керамических, асбестоцементных, железобетонных и пластмассовых труб с круглыми или щелевыми отверстиями с боков и в верхней части трубы; нижняя часть трубы (не более 1/3 по высоте) должна быть без отверстий. Минимальный диаметр труб надлежит принимать 150 мм.

5.39. Определение диаметров трубопроводов горизонтальных водозаборов следует производить для периода низкого стояния уровня грунтовых вод, расчетное наполнение принимать 0,5 диаметра трубы.

Скорость течения воды в трубах должна приниматься не менее 0,7 м/с.

5.41. Водоприемные галереи надлежит принимать из сборного железобетона с щелевыми отверстиями или окнами с козырьками.

5.43. Горизонтальные водозаборы должны быть защищены от попадания в них поверхностных вод.

5.46. Насосные станции горизонтальных водозаборов следует, как правило, совмещать с водосборным колодцем.

Лучевые водозаборы являются разновидностью горизонтальных водосборов и состоят из систем горизонтальных лучей и скважин, радиально присоединенных к сборному шахтному колодцу. Их применяют для добычи воды из водоносных пластов мощностью 3-20м, залегающих как в близи поверхности земли или по дну водоема, так и на глубине 15-20м. Лучевые водозаборы устраивают в песчано-галечных грунтах с содержанием валунов меньше 10%, а 60% фракций в грунте должно быть менее 70мм.

Комбинированные водозаборы – горизонтальные галереи с рядом вертикальных скважин или шахтные колодцы с трубчатыми горизонтальными водосборами. Их применяют при необходимости забора воды из неглубоко расположенных маломощных пластов или подрусловых вод с одновременным использованием глубоко расположенных водоносных пластов, если эти пласты в отдельности не обеспечивают расчетной производительности водозабора или по технико-экономическим показателям.

5.47. Комбинированные горизонтальные водозаборы необходимо принимать в двухпластовых системах с верхним безнапорным и нижним напорным водоносными пластами. Водозабор следует предусматривать в виде горизонтальной трубчатой дрены, каптирующей верхний безнапорный пласт, к которой снизу или сбоку подключены патрубки фильтровых колонн вертикальных скважин-усилителей, заложенных в нижнем пласте.

Конструкция и устройство сооружений для каптажа родниковых вод.

Каптажи представляют собой сооружения по сбору естественных выходов подземных вод на дневную поверхность из различных пород.

Под каптажом родниковых вод понимают оборудование естественного места выхода подземных вод на поверхность земли с целью использования их для небольших объ­ектов водоснабжения. При этом осуществляют две основные операции:

- расчищают место выхода родника и устраняют препятствия, которые мешают вы­ходу воды на поверхность;

- оборудуют этот выход специальными колодцами или водоприемными камерами, предохраняющими родник от загрязнений с поверхность земли и из атмосферы.

Конструкция каптажных сооружений должна обеспечивать наиболее благоприятный гидравлический режим поступления воды из водоисточника в приемный колодец, сохранять родник от истощения, заиления и подпора, быть простой и прочной, не ухудшать качества воды.

Различают каптажи восходящих и нисходящих родников. Образование первых обусловлено наличием в кровле напорного водоносного пласта трещин, по которым во­да поднимается на поверхность земли. При этом нередко выход перекрывают 2-3-мет­ровые слои наносных грунтов. Эти слои удаляют, расчищают место выхода воды и за­сыпают его отмытым гравием или щебнем с целью предотвращения загрязнения родника. После этого сооружают железобетонную камеру и оборудуют ее промывной и водо-отводящей трубой, вентиляционным стояком (рис.):

1 – водоносный горизонт;

2 – обратный гравийно-песчаный фильтр;

3 – водозаборная труба;

4 – переливная труба;

5 – водоупор;

6 – дренажная канава;

7 – железобетонная каптажная камера,

8 – венстояк

Нисходящие родники образуются на склонах балок и долин в местах выклинивания на поверхность земли водоносных горизонтов. В зависимости от условий выхода родников на поверхность земли их каптаж может осуществляться по следующим схемам:

1. Если родник представляет собой ручеек, вытекающий из трещин скальных грунтов, то каптажная камера пристраивается непосредственно к скале и оборудуется переливной, водозаборной и спускной трубами.

2. При образовании водоносным пластом на склонах гор или балок нескольких не­больших родников, расположенных примерно на одинаковом уровне. Для них после расчистки мест выхода устраивают общую горизонтальную (в виде коллектора) каптажную камеру, укрепляя ее на случай возможных оползневых процессов, ливневых потоков, смыва верхних пластов земли и других нежелательных явлений. Камеру оборудуют, как и в первом случае, всеми необходимыми трубами и смотровыми люками-лазами.

3. Наконец, в случаях, когда водоносный пласт размещен под мощными делювиаль­ными наносами, а отдельные небольшие родники размещены на различных по высоте уровнях, каптажные камеры галереи устраивают для наиболее мощных родников, со­единяя их с общим резервуаром чистой воды. Могут применяться и комбинированные камеры, и галереи, принимающие воду от 2-3 родников одновременно.

Каптажные бетонные, железобетонные (реже бутовые) камеры с наружной стороны грунтуют праймером и покрывают битумом. Перед водоприемной поверхностью устраивают обратный песчано-гравийный фильтр, предотвращающий вынос водоносной породы в водоприемную камеру.

Вода из каптированных родников самотеком собирается в общий резервуар чистой воды, обеззараживается, если это необходимо, а оттуда насосами подается в сеть или водонапорную башню. Следует отметить, что для небольших объектов водопотребления при наличии стабильных родниковых водоисточников это самый дешевый, экологически чистый подземный водозабор, обеспечивающий в большинстве случаев воду с хорошими вкусовыми качествами.

Конструкция и устройство лучевых водозаборов.

Лучевые водозаборы являются разновидностью горизонтальных водосборов и состоят из систем горизонтальных лучей и скважин, радиально присоединенных к сборному шахтному колодцу. Их применяют для добычи воды из водоносных пластов мощностью 3-20м, залегающих как в близи поверхности земли или по дну водоема, так и на глубине 15-20м. Лучевые водозаборы устраивают в песчано-галечных грунтах с содержанием валунов меньше 10%, а 60% фракций в грунте должно быть менее 70мм.

Системы радиальных самоизливающихся скважин, забирающих воду из водоносного слоя и отводящих ее в центральный водосборный колодец, представляют собой лучевые водозаборы (рис.6), используемые при крупных и длительных водопонизительных работах.

1- шахта; 2 -лучевые скважины; 3- центробежные насосы

3.Режим работы сооружений систем водоснабжения в отношении расходов. Роль резервуаров чистой воды, водонапорных башен и гидропневматических установок. Определение объемов резервуаров чистой воды и водонапорных башен. Принцип работы гидропневматической установки.

Рассмотрим связь между режимом работы отдельных элементов водопровода на примере простейшей схемы городского водопровода. Вдесь вода подается от одной насосной станции второго подъема. Башня расположена в начальной точке сети. Предположим, что рассматриваемая сеть не имеет других источников питания. Пусть режим расходования воды городом в течение суток задан графиком водопотребления , приведенным на:

Водопроводная сеть подает воду непосредственно к водоразборным устройствам, через которые население получает воду. Следовательно, режим работы сети в целом определяется режимом водоразбора и может характеризоваться тем же графиком водопотребления.

График работы насосной станции второго подъема должен назначаться в зависимости от принятого графика водопотребления. Однако это не значит, что график подачи воды может или должен в точности совпадать с графиком ее расходования. При подаче воды насосами определенной производительности в отдельные часы суток количество поданной воды не будет совпадать с количеством израсходованной.

Роль резервуаров чистой воды, водонапорных башен и гидропневматических установок.

К регулирующим и запасным сооружениям в системах водоснабжения относят:

водонапорные башни, водонапорные колонны, резервуары и гидропневматические установки (воздушно-водяные котлы), содержащие объемы воды для регулирования работы системы водоснабжения, а также запасы на случай пожара или аварии. Регулирование заключается в согласовании различных режимов подачи и потребления воды при помощи аккумулирующих емкостей. При подаче воды в избытке она накапливается в емкостях, а при недостатке - забирается из них. Регулирование обеспечивает сравнительно равномерную работу водозаборов, очистных сооружений и насосных станций.

Емкости, используемые в системах водоснабжения, могут быть классифицированы