Учебное пособие 1474

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

А.В. Бахметьев Л.К. Бахметьева

ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Учебное пособие

для студентов 3-5 курсов направления подготовки 08.03.01 «Строительство» (профиль «Водоснабжение и водоотведение»)

всех форм обучения

Воронеж 2017

УДК 628.113(07) ББК 38.774 я73 Б303

Бахметьев, А.В.

Б303 Водозаборные сооружения из поверхностных источников: учебное пособие для студентов 3-5 курсов направления подготовки 08.03.01 «Строительство», профиль «Водоснабжение и водоотведение» всех форм обучения / А.В. Бахметьев, Л.К. Бахметьева. – Воронеж : ВГТУ., 2017. – 82 с.

В работе дана классификация водозаборных сооружений, а также указаны рекомендации по выбору различных типов водозаборов в зависимости от условий приема воды из источника и категории надежности будущей системы водоснабжения. Представлены необходимые справочные и нормативные сведения для проектирования поверхностных водозаборных сооружений.

Приводятся основные методические рекомендации для расчета береговых и русловых водозаборов. Достаточное внимание уделено санитарному благополучию населенных мест, в виде рекомендаций по устройству зон санитарной охраны. С целью предотвращения изменения экологического состояния местности в виде изменения русла водоема или размывания берега, в работе также рассмотрены вопросы берегоукрепления.

Ил. 16. Табл. 7. Библиогр.: 12 назв.

УДК 628.113(07) ББК 38.774 я73

Рецензенты:

кафедра гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Воронежского государственного университета

(зав. каф. д.г-м.н., профессор В.Л. Бочаров); Ю.А. Устименко, заместитель директора научно-исследовательского института геологии ВГУ

Печатается по решению учебно-методического совета ВГТУ

© Бахметьев А.В., Бахметьева Л.К., 2017

© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование водозаборных сооружений является ответственным этапом в организации водоснабжение в целом.

От правильности принятых решений в большой степени зависит бесперебойность снабжения водой потребителей, поэтому проектирование водозаборов производят на основании многолетних гидрологических, геологических и топографических изысканий.

Проектирование водозаборных сооружений должно осуществляться с учетом их работы в нормальных и аварийных условиях.

Надежность работы водозаборных сооружений в значительной степени определяет надежность функционирования всей системы водоснабжения.

Для целей водоснабжения используют поверхностные воды рек, озер, каналов, водохранилищ и прудов, но поскольку в преобладающем большинстве забор воды осуществляется из рек, чаще всего приходится решать задачи устройства и эксплуатации речных водозаборов.

В последние годы все большее значение приобретает опыт модернизации действующих водозаборов с увеличением их производительности, повышением надежности работы и обеспечением бесперебойности работы в целом.

Проектирование водозаборов хозяйственно– питьевого назначения необходимо вести с учетом санитарных требований. Место расположения водозаборного узла должно позволять организацию зон санитарной охраны. Они должны быть простыми в строительстве, удобными в эксплуатации и экономичными.

Учебным планом дисциплины «Водоснабжение», согласно рабочей программе, отводится 90 часов на изучение водозаборных сооружений, в том числе предусмотрена самостоятельная работа студентов и выполнение курсового проекта объемом 1 лист графической части с пояснениями и расчетами в прилагаемой записке.

Учебное пособие предназначено для приобретения необходимых знаний и навыков в проектировании водозаборных сооружений из поверхностных источников. Оно составлено с использованием последних достижений научных исследований отечественного и зарубежного опыта, на основании информаци- онно-справочных данных по оборудованию и материалам для систем водоснабжения, поставляемых в последние годы на российский рынок зарубежными фирмами [2,3].

3

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1.Классификация

Водозаборные сооружения могут различаться по следующим основным признакам:

1)по виду источника – речные, водохранилищные, озерные, канальные, морские;

2)по назначению – хозяйственно-питьевые и производственные;

3)по требуемой категории надежности подачи воды. Все категории надежности водозаборов (I, II, III) соответствуют категориям надежности подачи воды системам водоснабжения объектов и принимаются по [1, табл. 9, п. 4.4];

4)по производительности: малой – меньше 1 м3/с, средней – от 1 до 6 м3/с, большой – больше 6 м3/с;

5)по взаимному расположению водозаборных устройств и насосной станции

–раздельные и совмещенные;

6)по месту расположения водоприемника – береговые и русловые;

7)по способу приема воды – открытый, поверхностный, глубинный, донный и т.д.;

8)по конструктивным особенностям водоприемника – трубчатый, ряжевый бетонный и железобетонный, затопленный и незатопленный, с водоотводящим каналом или ковшом;

9)по подвижности – стационарные, плавучие и фуникулерные;

10)по длительности эксплуатации – постоянные и временные.

1.2. Характеристика природных условий забора воды из поверхностных источников

Природные условия в месте водозабора из поверхностных источников по степени возможных затруднений в заборе воды подразделяются на легкие, средние, тяжелые и очень тяжелые.

Легкие – характеризуются мутностью ≤ 500 мг/л, ледостав устойчивый, умеренной (≤ 0,8м ) мощности;

средние - мутность ≤ 1500 мг/л, русло и берега устойчивые, ледостав устойчивый < 1,2м, наличие сора, водорослей, лесосплав, судоходство;

тяжелые - мутность ≤ 5000 мг/л, русло подвижное с переформированием берегов и дна, вызывающих изменение отметок дна на 1-2м, шуга с заполнением русла до 60-70%, водоросли, лесосплав, судоходство;

очень тяжелые – мутность > 5000 мг/л, русло неустойчивое, систематически и

случайно меняющее свою форму, формирование ледяного покрова

4

только при шугозажорах, тяжелые шуголедовые условия при наличии приливов.

Общая характеристика условий забора воды определяется по наиболее тяжелому виду.

1.3. Выбор места расположения

Выбор места расположения водозаборных сооружений является весьма ответственной задачей и производится на основе тщательного изучения всех местных природных условий (гидрологических, геологических, топографических) и комплексного их учета.

Место расположения речного водозабора должно удовлетворять следующим основным условиям:

-иметь необходимую глубину и расход воды в реке;

-обеспечивать забор воды возможно более чистой, отвечающей предъявляемым требованиям;

-гарантировать бесперебойность работы водозабора;

-находиться на участке русла реки, который близко расположен к потребителю и устойчив к разрушению в течение многолетнего периода;

-обеспечивать для водозабора системы питьевого водоснабжения возможность организации зон санитарной охраны и находиться по течению реки выше выпусков сточных вод, стоянок судов, складов и т.п.;

-находиться вне зоны движения судов и плотов;

-иметь благоприятные геологические и топографические условия для строительства и эксплуатации водозабора, от которых зависят затопляемость участка в паводок, глубина заложения сооружений, способ производства работ и т.п.;

-обеспечивать возможность применения наиболее простого и дешевого способа забора воды из реки;

-соответствовать предполагаемому плану комплексного использования водоема, чтобы в последующем не потребовалось переустройство водозабора и перенос его на другое место.

Водозаборные сооружения, как правило, располагают у вогнутого берега, т.к. такие берега меньше подвержены наносам.

Выбор места водозабора должен быть обоснован прогнозом качества воды в источнике, переформирования русла или побережья, изменения границы многолетнемерзлых грунтов, гидротермического режима.

Место расположения водозабора должно быть согласовано с соответствующими организациями водного транспорта, рыбоохраны, водоохраны и санитарно-эпидемиологической службы.

5

2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

2.1.Оценка условий водозабора

При проектировании водозабора в первую очередь оценивают величину его производительности (малая, средняя, большая) и устанавливают требуемые категорию надежности подачи воды и степень надежности забора воды.

Централизованные системы водоснабжения по степени обеспеченности подачи воды подразделяются на три категории:

I - допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30 % расчетного расхода и на производственные нужды до предела, устанавливаемого аварийным графиком работы предприятий; длительность снижения подачи не должна превышать 3 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускаются на время выключения поврежденных и включения резервных элементов системы (оборудования, арматуры, сооружений, трубопроводов и др.), но не более чем на 10 мин;

II - величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 10 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускаются на время выключения поврежденных и включения резервных элементов или проведения ремонта, но не более чем на 6 ч;

III - величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 15 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время проведения ремонта, но не более чем на 24 ч.

Объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы населенных пунктов при числе жителей в них более 50 тыс. чел. следует относить к I категории; от 5 до 50 тыс. чел. - ко II категории; менее 5 тыс. чел. - к III категории.

Обеспеченность среднемесячных расходов воды поверхностных источников должна приниматься по табл.1 в зависимости от категории системы водоснабжения.

Таблица 1

Обеспеченность расходов воды в зависимости от категории системы водоснабжения

6

Конструктивная схема водозабора должна приниматься в зависимости от требуемой категории, гидрологической характеристики водоисточника с учетом максимальных и минимальных уровней воды, указанных в табл.2, а также требований органов по регулированию использования и охране вод, санитарно-эпидемиологической службы, охраны рыбных запасов и водного транспорта.

Таблица 2

Категория водозабора и гидрологические характеристики водоисточника

Далее производится оценка сложности природных условий забора воды и проверяется возможность забора из реки без устройства специальных водозахватных и русловыправительных сооружений.

Характеристика природных условий забора воды (легкие, средние, тяжелые и очень тяжелые) устанавливается по наиболее тяжелому виду затруднений в работе водозабора путем сопоставления данных изысканий со сравнительными характеристиками (стр.4).

Возможность забора необходимого количества воды из реки без устройства специальных сооружений проверяется по величине относительного водоотбора, которая представляет собой отношение производительности водозабора Qв к минимальному расчетному расходу воды в реке Qмин, т.е. Qв Qмин .

По практическим данным при Qв Qмин ≤ 0,25 не требуется устройство специальных сооружений, при 0,25 ≤ Qв Qмин ≤ 0,75 надежный отбор возможен только из незашугованного открытого потока особо благоприятных форм и состояния русла.

При этом глубина реки должна быть достаточной. В случае отсутствия благоприятных условий для забора воды при Qв Qмин > 1,25 или наличия тяжелых природных условий необходимо применять дополнительные специальные сооружения (плотины, каналы, ковши и др.).

2.2. Гидравлический расчет водоприемного ковша

Для борьбы с шуголедовыми условиями устраиваются водоприемные ковши. Вода из ковшей забирается, как правило, водоприемниками берегового типа, расположенными в конце ковша. Ледостав в ковше должен установиться на 2-3 дня раньше чем в речном потоке.

7

Водоприемный ковш представляет собой гидротехническое сооружение, выполненное в виде своеобразного залива (ковша) с вынесенной в русло дамбой или отрытой в береге соответствующей выемкой.

Водоприемные ковши в водозаборных узлах применяют для:

1)улучшения местных условий забора воды из шугоносных рек в целях предохранения водоприемных отверстий от закупорки донным льдом и шугой, так как вследствие малой скорости в ковше поверхность воды быстро покрывается льдом и предохраняет от образования донного льда, а шуга всплывает и примораживается ко льду;

2)борьбы с донными наносами, поскольку при малой скорости движения

воды (Vковша = 0,05...0,1 м/с) наносы оседают в ковшах;

3)создания больших глубин у места приема воды;

4)забора больших количеств

воды.

Ковши устраивают с верховым входом или с верховым питанием (рис.

1,а) и с низовым входом или с низо-

вым питанием (рис. 1,б). Иногда

устраивают ковши с верховым и низовым входом одновременно

(рис. 1, в).

В ковш верхового питания посту-

пают поверхностные слои речного потока, а донные его обходят. Таким образом, если требуется умень-

шить поступление наносов и взве-

сей в ковш, его делают по принципу верхового питания. Для защиты от шуги, которая обычно всплывает и

плывет с поверхностным слоем

воды, устраивают ковши с низовым

питанием.

Для защиты от наносов и шуги строят ковши двустороннего питания: вода при шугоходе забирается снизу (низовой вход), а в остальное

время - сверху (верховой вход). Гидравлический расчет выпол-

няется для определения основных размеров по заданной величине забора воды. Ковш рассчитывается как

шугоуловитель ( рис.2).

Рис. 1. Схемы водоприемных ковшей

8

где Lвх − длина входной части ковша, забиваемая шугой еще в начале шугохода, определяемая по формуле:

где ω − гидравлическая крупность, принимаемая равной ω = 0,02 м/с; вн − начальная ширина транзитной струи:

где Vвх − скорость входа в рабочую часть ковша, принимаемая равной

Vвх = 0,05 м/с.

2.3. Выбор типа и схемы водозабора

Для выбора типа водозабора по генплану и исходным данным необходимо начертить поперечный профиль (в масштабе 1:200) дна и берега реки в створе водозабора (рис.3), нанести на него все расчетные уровни воды, ледостава и ледохода, указать толщину ледяного покрова и отметку площадки для строительства. При реальном проектировании, такие профили для нескольких створов источника содержатся обычно в материалах изысканий.

По поперечному сечению реки в назначенном месте производится выбор схемы водозабора. Выбор типа и схемы, принятых к проектированию, водозаборных сооружений осуществляется, также, в зависимости от требуемой категории надежности, производительности и природных условий в месте предполагаемого размещения водозабора.

10