Основные типы водоприемных устройств

Эффективность работы водоприемных отверстий, оборудованных сороудерживающими решетками, фильтрующими кассетами или рыбозащитными сетками, зависит от скорости втекания воды в них, их расположения относительно направления течения и поверхности уровня воды в водоисточнике, а также от наличия у отверстий козырьков, порогов, ребер и других элементов.

Наибольшее распространение получили водоприемники, водоприемные отверстия которых расположены вертикально. Применяют также водоприемники с наклонно и горизонтально расположенными отверстиями и поступлением воды сверху вниз и обратном направлении.

Для вертикально расположенных водоприемных отверстий необходимо различать схемы бокового, низовового (против направления течения речного потока) лобового (по направлению течения речного потока) и промежуточную схему.

Наиболее распространен боковой прием воды

Затопленные водоприемники

Затопленные водоприемники получили преимущество в практике проектирования. Их недостаток – недоступность обслуживания в аварийных ситуациях, засорениях, в период шуголедовых явлений.

Верх водоприемника размещается отметке не менее 0,2 м ниже минимальной отметки нижней поверхности льда.

Водоприемники с вихревой камерой, щелевые, раструбные позволяют обеспечить равномерность скоростей или удельных расходов по всей длине водоприемного фронта, улучшать условия селективного водоотбора, обратную промывку сороудерживающих решеток и фильтрующих элементов.

Гидравлические расчеты водоприемников выполняют для определения:

для оценки характеристик режима работы;

размеров водоприемных отверстий, диаметров самотечных и ли сифонных водоводов и других конструкционных элементов;

потерь напора в водоприемнике и подводящей системе водоводов;

степени неравномерности отбора воды.

Гидравлические расчеты производят для нормальных и особых условий эксплуатации.

При особых условиях одна из секций предполагается выключенной. На водозаборах 1 категории подача составляет 100%, а на 2 и 3 – 70%.

Размеры элементов определяются применительно к нормальным условиям работы, а потери напора - применительно к особым условиям.

Скорости втекания воды в сороудерживающие решетки, сетки или в поры фильтров определяются с учетом рыбозащиты.

Допустимые скорости втекания воды в водоприемные окна без учета требований рыбозащиты следует принимать для средних и тяжелых условий забора воды соответственно:

в береговые незатопленные водоприемники – 0,6 ¸ 0,2 м/с

в затопленные водоприемники - 0,3 ¸ 0,1м/с

С учетом требований рыбозащиты в водотоках со скоростями течения свыше 0,4 м/с допустимая скорость втекания J=0,25 м/с

менее 0,4 м/с - J=0,1 м/с

для очень тяжелых шуголедовых условий - J=0,06 м/с.

Площадь водоприемных отверстий

где

Р–пористость фильтра 0,3-0,5 для гравийно-щебеночной загрузки,

0,25-0,35 для пароэластовой, 0,3 - 0,45 для керамзитовой, 0,4-0,5для полиэтиленовой, 0,2-0,4 для керамзитобетонной загрузки;

для решеток К =

для сеток К = ( )2

а – расстояние между стержнями в свету, см;

с – толщина стержня , см.

Водоприемники должны быть защищены от подмыва обтекающим потоком.

Устойчивость ложа или крепления для равнинных рек определяют по формуле:

Jн = 1,65 Кr ( d10 )0.25 ,

Кr = ,

где Jн – неразмывающая скорость, м/с

d10 – наибольший диаметр отложений, содержащийся в смеси не более 10%, м

r - плотность материала или крепления , т/м3

Кr - коэффициент , учитывающий содержание взвеси в потоке.

Для горных и предгорных рек:

при каменном креплении дна

Jн = (lg )

для ложа, сложенного из связанных грунтов

Jн = (lg )

где m =1 для чистых потоков, m =1,4 – при наличии наносов;

n – коэффициент, учитывающий пульсацию потока

n = 1+ ,

Сk = 175/1010 – величина усталости прочности на разрыв материала;

К = 0,5-0,75 – вероятность отклонения показателя сцепления от его средней величины

Расчет диаметров водоводов производится по величинам допускаемых скоростей в условиях нормальной работы водозабора по формуле

D =

Скорости в самотечных водоводах должны быть проверены на незаиляемость по формуле:

где Кр – коэффициент, учитывающий содержание наносов

J* = 0,07 J

wг – гидравлическая крупность наносов, м/с

Водоприемные ковшы

Водоприемный ковш представляет собой искусственный залив, который образуется дамбой, вынесенной в русло реки, или специально открытой выемкой. Ковшы могут иметь верховой или низовой вход по течению реки. В отдельных случаях устраивают два входа в ковш – верховой и низовой.

Использование ковшей особенно эффективно на шугоносных реках. Малые скорости движения воды в ковше (порядка 5-15 см/с в среднем по сечению ковша) обусловливает более раннее образование ледяного покрова, что исключает возможность переохлаждения воды и образования глубинного льда.

Иногда при соответствующем заглублении дна и последующих очистках ковши могут быть использованы для увеличения глубины у места приема воды (Qвод /Qмин. реки < 0.25).

Бассейны водоприемных ковшей должны покрываться ледяным покровом на 2 –3 дня раньше речного потока и обладать длиной и скоростями течения, обеспечивающими всплывание к поверхности всех кристаллов ледяной взвеси, имеющей гидравлическую крупность wш >0.015-0.02 м/с.

Водоприемный ковш необходимо своевременно освобождать от отлагающихся в нем наносов. Ковш не должен изменять режим речного потока.

Устройство ковшей специально для отстаивания взвешенных наносов в отдельных случаях целесообразно, но требует особых обоснований.

Ковш следует располагать ниже слияния проток.

На шугоносных реках надежная защита водозабора от шуги достигается в результате применения ковша с низовым входом, частично или полностью выдвинутым в русло реки

Можно различать два основных характерных режима отбора – режим деления и режим водообмена.

Режим деления возникает при относительно больших количеств воды. При этом в реке ниже места отбора воды глубины и скорости течения уменьшаются, т.е. в русле реки образуется кривая спада.

Режим водообмена возникает при отборе из реки относительно малых количеств воды ( по сравнению с расходом воды в реке). При этом режиме на входе в ковш образуется система водоворотов, занимающих большую часть его ширины. Значительная часть воды, входящей в ковш, выходит из него обратно в русло реки. Создается застойная зона, в которой происходит как как всплывание шуги, так и выпадение взвеси.Это обеспечивает защиту ковша от занесения в него наносов и шуги.

Интенсивность водообмена зависит от угла j, образуемого осью ковша с направлением течения реки; она будет тем больше, чем меньше уголj.

В качестве численного критерия для определения режима отбора Образовским предложено использовать величину отношения

М=J/Jр,

где J - средняя скорость движения воды в ковше;

Jр – скорость течения воды в реке

Для ковшей, врезанных в берег при угле j=135о, - режим водообмена при М£0.44

Режим деления при угле j=135о, - М³0.132

Гидравлический расчет ковша заключается в определении его основных размеров по заданному количеству забираемой воды Qв

При заданном заложении откосов ширину водоприемного ковша по дну находят по формуле

Вд = Qв / (hжJк- m (2hн+ hж)

Вд принимается не меньше (5-8) м, необходимой для прохода снаряда для очистки ковша.

Полную длину водоприемного ковша, заглубленного в берег, вычисляют по формуле

L= lв +lш+lр

lв – длина входной части ковша, охватываемой водоворотом на входе в засоряющейся шугой еще в начале шугохода

lш – длина участка ковша, на котором откладываются взвесь и шуга

lр – длина рабочей части ковша, на которой всплывает все скопления кристаллов льда, имеющих гидравлическую крупность wш³0.015-0.02 м/с

Длину входной части lв водоприемного ковша приближенно определяют по формуле

lв = (1-1,5) Вв

Вв – ширина входа ковша по урезу воды

Длину отложений шуги в ковше при малых водоотборах lш принимают равной

5-10 м - для ковша с низовым входом

15-20 м - для ковша, заглубленного в берег

20-35 м - для ковша с верховым входом, полностью или частично выдвинутым в русло реки.

Для больших водоотборов приведенные значения необходимо увеличить в 1.25 – 1,5 раз.

Для ковшей заглубленных в берег

величина водоотбора Qвпр = 0.04 ВвН Jа= Qв / (hжJк- m (2hн+ hж)

Для ковшей с низовым входом, выдвинутым в русло на величину Вк

Qвпр = 0.137 ВвН Jа

Вв – ширина входной части ковша по урезу воды

Jа – средняя скорость течения в прибрежной зоне речного потока

Н – глубина на входе в ковш

Вк – ширина водоворота, возникающая ниже ковша

Длина рабочей части ковша lр

lр = 28.7( Qв – bн)

Qв – расход воды забираемый из ковша

wг = 0.015-0.02 м/с – гидравлическая крупность мелких скоплений кристаллов

Начальная ширина транзитной струи в ковше

bн = Qв/ (НJв)

Jв – скорость входа в ковш

при малых заборах Jв = (0.4-0.6) Jа, при больших заборах воды - Jв = (0.6-0.9) Jа,

22