§1. Водозабірні споруди водопроводу.

1.1. Джерела водопостачання. Зони санітарної охорони.

Джерелами водопостачання є підземні води (ґрунтові, артезіанські або джерельні), підрічищні води і поверхневі води рік, каналів, озер, водосховищ і морів. Основна маса підземних вод утворюється внаслідок просочування вглиб землі атмосферних і поверхневих вод. Умови залягання підземних вод залежать від характеру залягання водонепроникних шарів ґрунтових порід.

Ґрунтовими називаються води, які перебувають у безнапірному водоносному шарі. їх можна використовувати для водопостачання, якщо вони не забруднюються з поверхні землі. У глибших водоносних шарах, розташованих між водостійкими породами, вода перебуває під напором і називається напірною, або артезіанською (мал.8.1).

Мал. 8.1. Схема залягання водоносних горизонтів:

1 — надходження води; 2 — горизонт ґрунтових вод; 3 — горизонт міжпластових безнапірних вод; 4 — горизонт артезіанських вод; 5 — водонепроникні шари.

Артезіанські води не забруднюються з поверхні землі і можуть бути використані для господарсько-питного водопостачання без очищення. У тих місцях, де водоносні пласти виклинюються на поверхню, вода виходить у вигляді джерел.

Підрічищними називаються води, які фільтруються через водопроникні шари ґрунту з рік, каналів та інших водойм. Звичайно ці води потребують знезараження.

Води поверхневих джерел при використанні їх для господарсько-питного водопостачання, як правило, очищають і знезаражують.

Джерела водопостачання вибирають з урахуванням гігієнічних, технічних і економічних чинників. Особливо зважають на віддаль до джерела, потужність і надійність його, висоту підіймання води.

При будівництві системи господарсько-питного водопостачання мають бути вжиті заходи, що запобігають забрудненню джерел. З цією метою створюється зона санітарної охорони (8.1).

8.1. Зони санітарної охорони Зони санітарної охорони — це три кола (пояса), призначених для утворення захисту водопровідних споруджень від забруднень навколишнім середовищем.

Зона санітарної охорони поділяється на три пояси. У першому поясі (зона суворого режиму) забороняється будь-яке будівництво, що не стосується водопроводу, а також проживання і тимчасове перебування осіб, непричетних до водопроводу. Цей пояс охоплює місце забирання води, він оточений смугою зелених насаджень. У другому поясі санітарної зони забороняється використовувати територію поблизу джерел водопостачання, якщо це може зашкодити джерелам. Визначено санітарні вимоги, які не припускають і у цьому поясі скидання стічних вод і влаштування звалищ. У третьому поясі провадять спостереження за інфекційними захворюваннями, щоб запобігти потраплянню у воду їх переносників і поширенню інфекції через водопровід.

Проекти зон санітарної охорони подають на затвердження одночасно з проектом водопроводу міста.

1.2. Види споруд для забирання підземних вод.

Вибір типу споруд для забирання підземних вод залежить переважно від глибини їх залягання і потужності водоносного шару. Забирання підземних вод здійснюється через:

1) трубчасті колодязі (свердловини) (8.2) (для забирання безнапірних ї

напірних вод, що залягають на глибині понад 10 м);

8.2. Трубчасті колодязі Трубчасті колодязі (свердловини) — це споруди для забирання безнапірних і напірних вод, що залягають на глибині понад 10 м.

2) шахтні колодязі(8.3) (для забирання вод, що залягають на глибині від 10 до 30 м);

8.3. Шахтні колодязі Шахтні колодязі — це споруди з вертикальним стволом (шахтою) для забирання безнапірних і напірних вод, що залягають на глибині від 10 до 30 м.

3) горизонтальні водозбірники (8.4) (для збирання ґрунтових вод, які залягають до 8 м глибини вузькими пластами);

8.4. Горизонтальні водозбірники Горизонтальні водозбірники — це споруди для збирання ґрунтових вод, які залягають на глибині до 8 м вузькими пластами.

4) споруди для каптажу джерел (8.5).

8.5. Каптаж джерел Каптаж джерел — це конструктивне оформлення його виходу для використання джерела на водопостачання.

Трубчасті колодязі роблять, пробурюючи в землі вертикальні свердловини. У більшості порід стінки свердловини доводиться зміцнювати стальними обсадними трубами, що утворюють трубчастий колодязь. У межах водоносного шару для приймання води з ґрунту колодязь будують з перфорованих труб, які часто мають спеціальні фільтри. Водопостачання значних масштабів йде через кілька трубчастих колодязів, з'єднуваних у спільну систему водозабірних споруд.

У свердловині розрізняють водоприймальну частину — (фільтр), ствол (глуха частина свердловини, якою підіймається подавана вода) і устя (вихідна частина свердловини, належно обладнана в колодязі або спеціальному павільйоні).

Якщо водоносний шар складається із стійких скельних або напівскельних порід (вапняки, щільні піщаники, вивержені породи), то фільтр не роблять і вода надходить безпосередньо у свердловину. Якщо водоносні породи залягають на значній глибині, то використовують кілька послідовно з'єднаних обсадних труб, діаметр яких поступово зменшується (мал. 8.2). У твердих скельних породах закріплювати стінки обсадними трубами необов'язково. Якщо водоносних горизонтів кілька, робочі частини фільтра встановлюють у кожному з них. Фільтри трубчастих колодязів виконують із кольорових металів, пластмас, азбестоцементу і гравію. За конструкцією вони поділяються на дротові, сітчасті, каркасно-стержньові, щілинні і гравійні.

Шахтні колодязі мають вигляд вертикальної виробки і складаються з надземної частини (оголовок) ствола (шахта), водоприймальної частини, водозабірної частини (зумпф (8.6.)).

8.6. Зумпф Зумпф — конструктивне оформлення водоприймальної частини підземного джерела водопостачання з можливістю створення деякого запасу води.

Оголовок перекривається кришкою, над ним будують навіс або будку.

Водоприймальна частина влаштовується в дні, в стінках або в дні і стінках.

а) б) в)

Мал.8.2. Схема влаштування трубчастого колодязя:

а , б — при забиранні води у тріщинуватих породах; в — те саме в пісках

1 —цементний розчин міжтрубного простору; 2 — глини; 3 — тверді тріщинуваті

породи; 4 - перфоровані труби; 5—вапняк; 6 — водоносний пісок; 7—фільтр;

8 — пробка; 9 —башмак.

Для приймання води через дно на нього кладуть гравійний фільтр або плиту з пористого бетону. Якщо ж приймають воду через стінки, то в них мають бути зроблені вікна з пористого бетону або заповнені гравійним фільтром.

Зумпфи робляться в тому випадку, коли в колодязі треба мати деякий запас води.

Стіни колодязя роблять в основному із збірних залізобетонних елементів (мал.8.3), але вони можуть бути з кам'яної або цегляної кладки і навіть дерев'яні. Окремі шахтні колодязі обладнують насосами або з'єднують із сифонним трубопроводом і спільним збірним колодязем (резервуаром), звідки воду насосами подають споживачам.

Різновидом шахтних колодязів є променеві водозабірники, що являють собою шахту, з нижньої частини якої у водоносні шари кількома радіально розташованими променями вдавлені горизонтальні фільтрові труби (мал.8.4), завдяки чому зона забирання води збільшується й істотно зростає продуктивність.

Рис.8.3. Шахтний колодязь із залізобетонних кілець:

1—кришка; 2 — вентиляційна труба; 3 — вимощення; 4 — глиняний замок; 5 — залізобетонний елемент; 6 — металеве кільце; 7 — просмолене пасмо; 8 — цементний розчин; 9 — галька; 10 — гравій; 11 — пісок.

Рис. 8.4. Шахтний коло­дязь із радіальними дірчастими трубами: 1 — вертикальний відцентро­вий насос; 2 — дірчаста тру­ба; 3 — наконечник; 4 — водо­тривкі пласти; 5 — водонос­ний пласт.

Горизонтальні водозбірники застосовують, коли потрібно використати пласти відносно невеликої потужності, які неглибоко залягають. Горизонтальні водозбірники поділяються на траншейні (дренажі), із засипкою каменем або щебінкою, трубчасті і водозабірні галереї (біля гірських схилів). Для трубчастих водозабірників застосовують керамічні, азбестоцементні, бетонні і залізобетонні труби круглого й овального перерізу з гравійно-піщаною засипкою (мал. 8.5).

Каптаж джерел. Каптаж джерела — це конструктивне оформлення його виходу для використання джерела на водопостачання. Вихід напірної артезіанської води називається висхідним, а безнапірної — спадним джерелом. Для каптажу висхідних джерел споруджують шахтні колодязі, в яких замість днища влаштовують гравійні фільтри. Бічні виходи джерел називаються дериватами. Висхідні джерела виходять на поверхню найчастіше на більш-менш рівних ділянках території, через що їх називають іноді рівнинними. Спадні джерела звичайно виходять на поверхню на схилах лощин і ярів, особливо в їх верхній частині.

Мал. 8.5. Конструкції горизонтальних водозбірників із збірних залізобетонних елементів:

/ — чавунний люк; 2 — оглядовий колодязь; З — вентиляційна труба; 4 — водозбірний колодязь; 5 —галька; 6 — бетон; 7 - водозбірний трубопровід; 8 — щебенева підготовка; 9 —контур котловану; 10 — залізобетонні кільця; 11—водотривкий пласт.

Мал.8.6. Залізобетонна каптажна камера для спадного джерела: 1 — нагірна канава; 2 — водоносний пласт; 3 — водотривкий пласт; 4 — зворотний фільтр; 5 — витратна труба; 6 — переливна труба.

При спадних джерелах звичайно в бетонній шахті роблять отвір у стінці з боку виходу джерела (мал.8.6). Вода нагромаджується в резервуарі шахти. При влаштуванні каптажу водночас передбачають захист від забруднення: влаштовують нагірні канави, спеціальні дренажі і т. ін. Каптажі роблять із залізобетону, бетону, цегли і місцевого каменю.

3. Загальні відомості про поверхневі джерела.

Поверхневі джерела водопостачання — це здебільшого ріки, бо вони є проточними водоймами і при належній охороні їх від забруднень мають добру якість води. Поверхневі води, що їх використовують для господарсько-питного водопостачання, як правило, очищають і знезаражують.

Джерела водопостачання добирають з урахуванням гігієнічних, технічних і економічних факторів. Для промислових споживачів бактеріальна чистота води не має такого значення, як для господарсько-питного водопостачання. Винятком є виробництва, які споживають на технічні потреби воду питної якості. Проте велике значення має хімічний склад води, жорсткість її, кольоровість, вміст заліза та інших домішок, що впливають на довговічність устаткування і технологію деяких виробництв. Тому необхідність очищення води в таких випадках визначається видом виробництва, його технологією і якістю води джерела.

Джерелами водопостачання для промислових підприємств звичайно є великі ріки, озера, водоймища і моря. Великі озера відзначаються відносною постійністю якості води, особливо у віддаленій від берега зоні. Фізичні і біологічні процеси, які відбуваються в озерах, залежать від площі водного дзеркала, глибини і місцевих умов. Мілкі озера добре прогріваються сонцем, внаслідок чого в них бурхливо розвивається рослинність, що, відмираючи, забруднює воду. Інтенсивність випаровування вологи з поверхні дзеркала води позначається на концентрації солей. Хімічний склад озерної води залежить від живлячих озера вод. Температура вод поверхневих джерел різко змінюється протягом року.

В ряді випадків на ріках із швидкою течією утворюється глибинна крига (донна крига ї шуга). Глибинна крига утворюється внаслідок зіткнення переохолодженого шару води з твердою поверхнею дна ріки на ділянках порожистих та з швидкою течією. При зіткненні переохолодженої води усередині потоку з твердими частинками (центрами кристалізації), які перебувають у завислому стані, утворюється губчаста крижана крихка маса — шуга (8.7). Шуга, легко прилипаючи до твердих предметів, часто забиває вхідні отвори водопровідних споруд і може вивести їх із ладу.

8.7. Шуга Шуга — це губчаста крижана маса, яка утворюється у поверхневому водному потоці при зіткненні переохолодженої води з твердими частинками-центрами кристалізації. Легко прилипаючи до твердих предметів, часто забиває вхідні отвори (шугозатори) водопровідних споруд і може вивести їх із ладу.

1.4. Водоприймальні споруди для забирання води з поверхневих джерел.

Як поверхневі джерела для водопостачання найчастіше використовуються ріки. Водозабірні споруди на них проектують таким чином, щоб вони забезпечували безперебійне постачання споживача водою в різні пори року, а розташування і форма їх якнайменше стискували річище і не впливали на потік води. Для захисту водозабірних споруд від глибинної криги і шуги вживають таких заходів: розташовують водозабірні споруди в місцях, де і утворюється шуга (шугозатори);

зменшують швидкість протікання води через водоприймальні отвори; обігрівають грати водоприймальних отворів; влаштовують плавучі заводі і короби, що огороджують водоприймальні отвори; споруджують водоприймальні ковші.

Грати водоприймальних отворів можна очищати спеціальними скребковими механізмами або промивати їх зворотним струменем води.

Водозабірні споруди розташовують вище від населеного пункту за течією ріки на ділянках із стійким річищем і достатніми глибинами. Доцільно вибирати місце водозабирання на увігнутому березі. Щоб запобігти розмиванню річища, береги ріки біля водозабірника закріплюють. Конструкцію водозабірників із відкритих джерел вибирають залежно від гідрологічних, геологічних, ґрунтових та інших умов.

За конструкцією водоприймальні споруди можуть бути: річищні, берегові, суміщені або роздільні з насосною станцією; ковшові; інфільтраційні та підрічищні; пересувні, плавучі і спеціальні. Залежно від джерел водопостачання (ріка, море, озеро, водоймище), на яких влаштовують водоприймальні споруди, їх конструкції можуть змінюватися. У зв'язку з цим водоприймальні споруди поділяють на річкові, морські, озерні та во-доймищні.

1.5. Водозабірні споруди річищного типу.

Характерною особливістю водозабірних споруд річищного типу є винесення точки приймання води в річище. Водоприймальники такого типу застосовують при відносно похилому березі, коли немає достатніх глибин, при можливості забруднення води або при слабких грунтах біля берега.

Схему річищного водозабирання наведено на мал.8.7. Береговий колодязь розділений на окремі секції (за кількістю всмоктувальних ліній). Кожна секція розділена перегородкою на дві камери: приймальну, куди вводять самопливні труби із заслінками на кінцях, і всмоктувальну, де розміщено всмоктувальні труби насосів. У прорізі перегородки між камерами встановлюють сітку 3 з вічками від 2х2 до 5x5 мм. Водозбірні споруди більших розмірів обладнують обертовими сітками з безперервним промиванням.

Мал. 8.7. Загальна схема річищної водозабірної споруди:

1— оголовок; 2 — самопливні лінії; 3 —плоскі сітки; 4— насосна станція; 5 —всмоктувальні труби; 6 — береговий колодязь.

Мал. 8.8. Занурений оголовок найпростішого типу:

1— бруси 15х20 см; 2 — каміння; З — болти; 4 — кріплення з штабової сталі.

Незатоплювані оголовки ( 8.8.) мають форму опор мостів кригорізами. їхні верхівки виступають над найвищим рівнем води.

Різновидом водозабірників річищного типу є криб. Конструктивно його роблять подібно до берегового водоприймальника і влаштовують у річищі. Водоприймальники-криби розміщують на деякій відстані від берега, де водойма глибша і менш забруднена вода.

Мал. 8.9. Незатоплюваний оголовок-криб.

1— вікно; 2 — підіймальний кран; З — напрямні швелери № 10; 4 — грубі грати; 5 — самопливна галерея; 6 — засипка із шлаку (16 см); 7 —стіна; 8-грубі грати нижніх водоприймальних вікон; 9 — залізобетонна самопливна галерея; 10— бетон; 11— крига; 12— найнижчий горизонт льодоставу; 13— найнижчий горизонт льодоходу; 14 —найвищий горизонт льодоходу.

8.8. Оголовок Оголовок — це водоприймальна частина річищного поверхневого водозабірного спорудження, розміщена у руслищі джерела. Бувають затоплювані та незатоплювані (криби).

Продуктивність таких водоприймальників дуже велика.

Зважаючи на розміщення крибу (мал.8. 9) в глибоких місцях, треба надавати його будівельним елементам великих розмірів і ваги для протидії спливанню. Вода у криб надходить через вхідні вікна, які мають грубі грати і розташовані в кілька поверхів по периметру споруди. З крибу вода спрямовується до берегового колодязя самопливними трубами або тунелем під дном ріки. Іноді в крибі влаштовують насосні станції.

Самопливні лінії річищних водозабірників виконують із сталевих, залізобетонних чи азбестоцементних труб або у вигляді залізобетонних галерей (не менше двох). Швидкість руху в лініях необхідно приймати не менш як 0,7—0,9 м/сек для запобігання їх засмічуваності. Очищують самопливні лінії від відкладень прямим або зворотним промиванням водою.

1.6. Водозабірні споруди берегового типу.

Берегові водоприймальники роблять в тих випадках, коли глибоке біля берега джерело водопостачання має круті і міцні береги. Такі водоприймальники можуть бути суміщені з насосною станцією. Конструктивно (мал.8.10) береговий водозабірник виконаний подібно до берегового колодязя річищних водозабірників. Вода із джерела надходить у колодязь через приймальні вікна, перекриті ґратами, розташованими на різних відмітках, щоб можна було забирати воду з різних рівнів залежно від пори року. Верхні отвори служать для забирання верхніх порівняно чистих шарів води під час повеней. Береговий колодязь розділений на секції для забезпечення безперебійного приймання води в разі ремонту або аварії. Верхня частина водоприймального колодязя має виступати над високим рівнем води не менш як на 0,5 м. Над колодязем споруджують павільйон, з якого керують устаткуванням для промивання сіток.

Мал. 8.10. Береговий водозабірник роздільного типу: 1 — вхідне вікно; 2 — приймальне відділення; 3 — всмоктувальне відділення; 4 — всмоктувальний трубопровід; 5 — сітки; 6 — ежектор;. 7 — галерея всмоктувальних трубопроводів; 8 — дрібний пісок; 9 — пісок середньозернистий; 10 — пісок крупнозернистий.

Мал. 8.11. Схеми берегової водозабірної споруди з насосною

станцією.

1— водоприймальне відділення; 2 — насосний зал; 3 — водоприймальні сітки; 4 — горизонтальний відцентровий насос; 5 — вертикальний відцентровий насос.

На мал.8.11 показано схему берегового водозабірника суміщеного типу. При щільних грунтах водоприймальна частина і насосне приміщення можуть бути розташовані на різних рівнях (мал. 8.11, а). Якщо ґрунтові умови можуть спричинити нерівномірне осідання водоприймальної і насосної частин споруд, водозабірник роблять за схемами, показаними на рис. 13( б, в).

1.6. Ковшові водоприймальні споруди (8.9).

8.9. Ковшові водоприймальні споруди Ковшові водоприймальні споруди — це споруди у штучних затоках, відритих у товщі берега або в самому річищі й огороджену дамбою.

Ківш являє собою штучну затоку, відриту у товщі берега або в самому річищі й огороджену дамбою.

Завдяки малій швидкості течії води в ковші швидше встановлюється крижаний покрив, під яким вода має додатну температуру, що запобігає утворенню шури і донної криги.

Ковшові водоприймальники роблять на ріках, де спостерігається утворення шуги і глибинної (підводної) криги. Крім того, їх влаштовують в тих випадках, коли вода з джерела водопостачання містить велику кількість завислих речовин.

Мал.8.12. Схеми водоприймальних ковшів.

1— водозабірна споруда; 2 — дамба.