2165
.pdf∑hдм = ∑hд + ∑hм , |
(21) |
∑hдм - общие потери напора по длине ∑hд и местные сопротивления ∑hм в
самотечных или сифонных водоводах на участке от входа воды в водовод до выхода в колодец.
Здесь
∑hд |
= ∑ il , |
(22) |
||
∑hм |
= ∑ζ |
V 2 |
, м, |
|
2g |
||||
|
|
|
||
V - скорость в водоводах при нормальном режиме;
∑ζ - сумма коэффициентов местных сопротивлений, величина которых принимается по [4, табл. 1.4].
При аварийном режиме в береговых водоприемниках Z максав , Z максав будут такими же, как и при нормальном режиме, т.к. ∑h = hp = 0,05м.
Врусловых водоприемниках при определении Z максав , Z максав потери напора
∑hвав , ∑hдав , ∑hмав вычисляются в зависимости от расчетных скоростей
движения воды при аварийном режиме; б) во всасывающем отделении отметки уровней воды будут меньше, чем в
приемном, на величину потерь напора в сетке hc, которая принимается для нормального режима равной 0,1 м; для аварийного режима hсав = (0,15 − 0,20) м.
Тогда при нормальном режиме
|
|
Z ` |
= Z |
макс |
− h , м; |
|
(23) |
||||
|
|
макс |
|
|
|
c |
|
|
|
||
|
|
Z ` |
= Z |
мин |
− h , м; |
|
|
||||
|
|
мин |
|
|
c |
|
|
|
|||
при аварийном режиме |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z `ав |
= Z |
ав |
|
− h , м; |
|
(24) |
|||
|
|
макс |
|
|
макс |
|
c |
|
|
|
|
|
|
Z `ав |
= Z |
ав |
− h , м; |
|
|
||||
|
|
мин |
|
мин |
|
c |
|
|
|
||
б) отметка оси насоса вычисляется по формуле |
|
|
|||||||||
Z |
|
= Z ав + Нвак |
− h |
− |
vвх2 |
− (0,5...1,5) |
, м; |
(25) |
|||
он |
|
||||||||||
|
мин |
доп |
|
|
вc |
|
2g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где: Ндопвак - допустимая вакуумметрическая |
высота |
всасывания |
насоса, |
||||||||
принимаемая по каталогу; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hвc - общие потери напора (по длине и местные) во всасывающем трубопроводе;
21
Vвх2 - скоростной напор во всасывающем патрубке насоса.
2g
Проверка устойчивости водозаборных сооружений на всплывание
осуществляется [7] при самом высоком горизонте воды в реке и отсутствии воды в колодце. Проверка производится при определении коэффициента устойчивости по следующей зависимости:
η= Рк ³1,4 ,
Рв
где Рк - вес сооружения, Pк=mg, H;
Рв - взвешивающее давление воды, которое находится как
Рв = H × F × ρ × g , Н
Н - высота столба воды от отметки ВУВ до подошвы сооружения, м;
F- площадь основания берегового водоприемника или колодца, м2;
ρ- плотность воды ( ρ = 1000 кг/м3).
(26)
(27)
2.5. Конструирование водозаборных сооружений
Проектирование водозаборов производится на основании данных гидравлических расчетов и правил конструирования их отдельных элементов.
Береговые водоприемники
Глубину заложения водоприемника принимают с таким расчетом, чтобы он никогда не был подмыт течением реки. Основание водоприемника принимают на 0,5-1,0 м ниже наибольшей глубины у берега, взятой из данных изысканий о работе реки по подмыву берега на несколько километров выше и ниже места водозабора по течению реки.
Водоприемник выполняется из железобетона. Размеры отделений (приемного и всасывающего) зависят от типа сеток (плоские, съемные или вращающиеся), а также от способа подвода воды к вращающимся сеткам (с лобовым подводом, с внутренним, внешним или комбинированным подводом) [5].
Пример определения основных минимальных необходимых конструктивных размеров берегового водоприемника с плоскими съемными сетками приведен на рис. 9.
22
Рис. 9. Схема берегового водоприемника с плоскими съемными сетками
Необходимая минимальная глубина реки у водоприемных окон должна быть не менее суммы трех высот: S – забрала, Hp – окна, P – порога. Высота забрала от нижней кромки льда при зимнем низшем уровне воды (ЗНУВ) или от отметки летнего низшего уровня воды (ЛНУВ) принимается 0,2-0,3 м, чтобы исключить возможность вмерзания решеток в ледяной покров и предохранить решетки от закупорки шугой или сором. Высота подбирается по данным расчетов водоприемных отверстий (решеток) и по размерам затворов.
Порог Р необходим для уменьшения захвата донных осадков. Его высота принимается в зависимости от количества наносов (взвеси) в воде, производительности водозабора, устойчивости русла, направлений придонных течений и должна быть не менее 0,5 м (от 0,5 до 1,5 м). Глубина приемного отделения ниже входных окон должна соответствовать емкости, в которой поместился бы весь выпавший из воды песок за период между чистками секций. Для малых колодцев глубина принимается 0,5 ÷ 0,8 м при небольшом количестве наносов, для больших до 1,5 м. Если в водоприемнике устанавливаются вращающиеся сетки, глубина его назначается в зависимости от их размеров, но не менее указанных.
Между приемным и всасывающим отделениями в перегородке устроены окна, в которых устанавливаются сетки. Верх окон должен быть затоплен под аварийный уровень на 0,2 м. Высота окна и сетки подбирается по данным расчетов [5, табл. 1.4]. Снизу под окном в перегородке оставляется порог, высота которого принимается 0,5-1,0 м со стороны приемного отделения и 0,3- 0,5 м со стороны всасывающего. Дно во всасывающем отделении должно быть выше, чем в приемном на 0,2-0,5 м для уменьшения поступления песка к всасывающим трубам.
23
2.6. Водозаборные сооружения руслового типа
Водозаборные сооружения руслового типа применяются при пологом строении берега с широкой заполняемой поймой, отсутствии достаточных глубин у берега и загрязненности воды у берега (рис.10).
Русловые водоприемники могут быть затопленными и незатопленными. Для водозаборов малой и средней производительности наиболее широко применяются затопленные водоприемники различной конструкции.
4
Zmax
Zmin
3
1
2
Рис. 10. Водоприемник руслового типа: 1 – оголовок; 2 – самотечная линия; 3 – береговой колодец; 4 – насосная станция
Затопленные водоприемники всех типов, удаленные от берега и практически недоступные для обслуживания в отдельные периоды года (шугоход, ледоход, половодье), относятся к водоприемникам II категории надежности забора воды в средних природных условиях. В легких условиях забора воды степень надежности работы всех видов водоприемников будет первой, в тяжелых условиях – третьей. Такая оценка степени надежности приведена для водозаборов средней производительности. При малой производительности и всех других равных условиях принимают более высокую степень надежности водозабора, при большой производительности – меньшую степень.
При проектировании русловых водозаборов в зависимости от производительности (qв, м3/с), требуемой категории надежности и природных условий выбираются тип и схема водозабора. Схемы и конструкции различных оголовков, область их применения, характеристики и сравнительный анализ приведены в табл. 6.
24
Таблица 6
Схемы и конструкции водоприемных оголовков
Тип и конструкция оголовка. |
Область применения. |
Основные элементы |
Характеристика |
На небольших реках, не используемых для лесосплава и судоходства с относительно легкими природными условиями при малой (от 0,02 до 0,2 м3/с) производительности водозабора.
Достоинства: простой,
компактный, экономичный.
Недостатки: вносит возмущения в поток, труднодоступный, боится ударов, требует установки рыбозаградителей.
Раструбный свайный незащищенный оголовок: 1 - раструб; 2 - самотечный или сифонный водовод; 3 - сваи; 4 - сороудерживающая решетка Рекомендуемые размеры, м: А=3,5...5 м; Б=3,6...4,1 м; Г=2,5...2,7 м; Д=1,6,..1 м, Н=1,3....1,5 м
Простейшими и самыми дешевыми являются раструбные свайные незащищенные оголовки. Их раструб может располагаться не только
вертикально, как показано на схеме, но и наклонно или горизонтально. Иногда для их защиты от плывущих предметов выше по течению забивают защитные сваи.
25
Продолжение табл. 6
На реках, не используемых
|
для лесосплава и судоходства с |
|
|
относительно легкими |
|
|
природными условиями, при |
|
|
небольшой (до 0,4 м3/с) |
|
|
производительности водозабора. |
|
|
Достоинства: сборные, |
|
|
простые, недорогие, |
|
|
быстросменяемые. |
|
|
Недостатки: вносят |
|
|
значительные возмущения в |
|
Стальные незащищенные оголовки: |
поток, труднодоступные, |
|
требуют устройства |
||
а - трубчатый; б - тарельчатый; 1 - заглушка, |
||
рыбозаградителей. |
||
2 - сороудерживающая решетка; 3 - |
|
|
водоприемная труба; 4 - приемный раструб; |
|
|
5 - вертикальный патрубок; 6 - врезной |
|
|
соединительный патрубок; 7 - фланец |
|
|
|
|
Ряжевые оголовки изготавливаются в виде сруба из бревен на берегу со смонтированными раструбами и концами самотечных линий. Такая плавучая конструкция буксиром транспортируется к месту установки и затапливается с пригрузом камнями.
Деревянный ряжевый оголовок с боковым приемом воды:
1 - сороудерживающие решетки; 2 - водоприемный раструб; 3 - каменная наброска; 4 - ряж; 5 - самотечные или сифонные водоводы. Рекомендуемые размеры, м:
А=6,5...17,4 м; Б=2,5...3,5 м; Г=2,7...3,1 м; Д=1,8...2,2 м; Н=1,5...1,9 м.
На реках с небольшими глубинами, средними природными условиями при небольшой (до 1 м3/с) производительности водозабора.
Достоинства: простой,
недорогой.
Недостатки: трудоемкий в изготовлении, неиндустриальный, труднодоступный для осмотра и замены сороудерживающих решеток, требуют устройства рыбозаградителей.
26
Ряжевый оголовок может быть устроен без раструбов, а с фильтрующей засыпкой из гравия или щебня в полости сруба. Такой оголовок частично осветляет воду и обеспечивает рыбозащиту. Прием воды осуществляется передним фронтом сооружения, который может иметь большую площадь и обеспечивать среднюю производительность водозабора.
Продолжение табл. 6
|
|
|
На небольших реках с |
|
|
|
|
тяжелыми шуго-ледовыми |
|
|
|
|
условиями при небольшой (до 1 |
|
|
|
|
м3/с) производительности |
|
|
|
|
водозабора. |
|
|
|
|
Достоинства: простой, |
|
|
|
|
недорогой, не требует |
|
|
|
|
устройств рыбозаградителей. |
|
|
|
|
Недостатки: трудоемкий в |
|
|
|
|
изготовлении, |
|
|
|
|
неиндустриальный, |
|
|
|
|
труднодоступный, подвержен |
|
Деревянный ряжевый фильтрующий оголовок: 1 |
||||
- ряж; 2 - самотечные или сифонные водоводы; 3 |
засорению и заилению. |
|||
- каменная наброска. Рекомендуемые размеры, |
|
|||
м: А=10,2...17,2 м; Б=3 м; Г=3,3 м; Д=2,4 м; |
|
|||
Н=2,1 м. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
На небольших лесосплавных |
|
|
|
|
реках с легкими и средними |
|
|
|
|
природными условиями при |
|
|
|
|
небольшой (до 1 м3/с) |
|
|
|
|
производительности |
|
|
|
|
водозаборов. |
|
|
|
|
Достоинства: надежно |
|
|
|
|
защищает концы самотечных |
|
|
|
|
или сифонных водоводов, |
|
|
|
|
позволяет забирать воду с |
|
|
|
|
||
Железобетонный раструбный защищенный |
небольшими входными |
|||
скоростями, может |
||||
оголовок с боковым приемом воды: |
||||
выполняться индустриальным |
||||
1 - сороудерживающая решетка; 2 - раструб: 3 - |
||||
железобетонный корпус оголовка; 4 - |
способом. |
|||
самотечный или сифонный водовод; 5 - |
Недостатки: громоздкий и |
|||
крепление русла камнем; 6 - загрузка |
тяжелый в монтаже, требует |
|||
галечником, щебнем или тощим бетоном. |
установки рыбозаградителей, |
|||
Рекомендуемые размеры, м: |
труднодоступен. |
|||
А=5,5...15,8 м; В=2,5..4 м; В=2,6...3 м, Д=1,7...2,1 |
|
|||
м; Н=1,4...1,8 м. |
|
|||
|
|
|
|
|
27 |
|
|||
Железобетонный оголовок устраивается в виде железобетонной скорлупы на берегу, оснащается раструбами, транспортируется в русло, затапливается в проектном месте и утяжеляется каменной наброской. Получившаяся конструкция стойка к ударам, обтекаема потоками воды. Находит широкое применение на практике.
Продолжение табл. 6
|
|
|
|
На лесосплавных реках с |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
тяжелыми шуго-ледовыми |
|
|
|
|
|
условиями или средней |
|
|
|
|
|
производительности (от 1 до 3 |
|
|
|
|
|
м3/с) водозабора. |
|
|
|
|
|
Достоинства: хорошо |
|
|
|
|
|
обтекаемая форма, малые входные |
|
|
|
|
|
скорости, что дает возможность |
|
|
|
|
|
забирать воду из сильно |
|
|
Железобетонный двухсекционный |
шугоносных рек, хорошо |
|||
защищенный оголовок конструкции |
промывается |
||||
ВНИИВодгео: |
Недостатки: сложный в |
||||
1 - водоприемные отверстия; 2 - |
монтаже, дорогостоящий, |
||||
самотечные или сифонные водоводы; 3 - |
труднодоступный, требует |
||||
железобетонное днище и стенки оголовкя; |
установки рыбозаградителей. |
||||
4 - водоприемные раструбы; 5 - |
|
||||
соединительные фланцы; 6 - смотровые |
|
||||
люки; 7 - заглушки; водоприемная камера |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На реках со средними и |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
тяжелыми природными условиями |
|
|
|
|
|
при малой и средней |
|
|
|
|
|
производительности водо забора. |
|
|
|
|
|
Достоинства: обеспечивает |
|
|
|
|
|
небольшие одинаковые по всей |
|
|
|
|
|
длине входного отверстия скорости |
|
|
|
|
|
входа воды в оголовок, может |
|
|
Водоприемник с вихревой камерой |
работать при шуге, хорошо |
|||
конструкции ВНИИВодгео: |
промывается. |
||||
1 - сороудерживающая решетка на |
Недостатки: сложный в |
||||
водоприемном отверстии; 2 - |
исполнении, недоступный для |
||||
подрешетчатая камера; 3 - вихревая |
осмотра, требует устройства |
||||
камера; 4 - входная щель; 5 - |
|||||
рыбозаградителей. |
|||||
струенаправляющий патрубок; 6 - |
|||||
|
|||||
струенаправляющий козырек. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
28 |
|
||||
Продолжение табл. 6
|
|
|
На реках со средними и |
|
|
|
|
||
|
|
|
тяжелыми природными условиями, |
|
|
|
|
с топняком в потоке при |
|
|
|
|
производительности водозабора 1,5 |
|
|
|
|
м3/с. |
|
|
|
|
Достоинства: устойчивый |
|
|
|
|
против ударов, хорошо обтекаемый |
|
|
|
|
потоком; не подвержен |
|
|
|
|
обледенению, сороудерживающие |
|
|
|
|
решетки с электрообогревом. |
|
|
|
|
Недостатки: сложный в |
|
|
Бетонный оголовок в металлическом |
изготовлении (бетонирование под |
||
кожухе конструкции |
водой), труднодоступный для |
|||
Гипрокоммунводканала: 1 - металлический |
осмотра и замены решеток, требует |
|||
кожух; 2 - водоприемные отверстия; 3 - |
установки рыбозаградителей |
|||
сороудерживающие решетки с |
||||
|
||||
электрообогревом; 4 - коробка |
|
|||
электрокабеля; 5 - крепление дна реки |
|
|||
вокруг оголовка; 6 - водоприемные |
|
|||
воронки; 7 - самотечные или сифонные |
|
|||
водоводы. |
|
|||
|
|
|
|
|
Бетонный оголовок выполняется на берегу в виде корыта из листовой стали с распорками и раструбами. В таком виде он транспортируется к месту установки, затапливается и под водой заполняется бетоном. Его особенностью является двухстороннее расположение входных окон (2...4 окна в одной секции), что позволяет принимать большие расходы воды.
Продолжение табл. 6
|
|
|
На реках с легкими и средними |
|
|
|
|
|
|
|
природными условиями с большими |
|
|
|
скоростями течения воды при малой |
|
|
|
производительности водозабора. |
|
|
|
Достоинства: хорошо |
|
|
|
обтекаемый, устойчивый, |
|
|
|
индустриальный |
|
|
|
Недостатки: сложный в |
|
Эллиптический монолитный |
изготовлении, недоступный для |
|
железобетонный оголовок: |
осмотра; требует установки |
||
1 - тело оголовка; 2 - сороудерживающие |
рыбозаградителей. |
||
решетки на водоприемных отверстиях; |
|
||
3 - крепление дна вокруг оголовка; |
|
||
4 - самотечные или сифонные водоводы. |
|
||
|
|
|
|
29 |
|
||
Продолжение табл. 6
На реках с легкими и средними природными условиями при неустойчивом направлении течения воды с малой и средней производительностью водозаборов.
Достоинства: хорошо обтекаемый, устойчивый.
Недостатки: сложный в изготовлении, недоступный для осмотра, требует устройства рыбозаградителей.
Круглый монолитный железобетонный оголовок:
1 - самотечный или сифонный водовод;
2- сороудержи вающие решетки;
3- наклонная стойка; 4 - загрузка щебня, галечника или камня; 5 - верхнее кольцо оголовка.
На реках судоходных и лесосплавных с легкими и средними природными условиями при средней производительности водозаборов.
Достоинства: хорошо обтекаемый, устойчивый, индустриальный.
Недостатки: сложный в изготовлении и монтаже, недоступный для осмотра, требует устройства рыбозаградителей.
Сбор
ный железобетонный оголовок конструкции Гипрокоммунводканала: 1 - верхний блок; 2 - нижний блок; 3 - самотечные или сифонные водоводы;
4- сороудерживающие решетки;
5- консоли нижнего блока; 6 - опорный бортик; 7 - отверстия для выпуска воздуха
30