1973

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

__________________________________________

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет

архитектуры и строительства»

ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Рекомендовано Редсоветом университета в качестве учебного пособия

для использования студентами дневной и заочной форм обучения специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение»

при изучении курса «Водоснабжение», а также для студентов, обучающихся в магистратуре по направлению 270800 «Строительство»

Пенза 2013

УДК 628.11:556.5(075.8) ББК 38.774:26.22я73

В62

Рецензенты: кандидат технических наук, доцент кафедры «Водоснабжение, водоотC ведение и гидротехника» ПГУАС И.Г. Ладайкина;

заместитель технического директоC ра по новой технике и инвестициям

ООО «Горводоканал» г.Пензы П.В. Пивоваров

Авторы: Б.М. Гришин, С.А. Кусакина, М.А. Сафронов, М.В. Бикунова, Е.А. Титов

Водозаборные сооружения из поверхностных источников: В62 учеб. пособие / Б.М. Гришин [и др.]. – Пенза: ПГУАС, 2013. –

196 с.

Изложены схемы и типы водозаборов, вопросы гидравлического расчета водозаборных сооружений, проектирования и расчета самотечных и сифонных водоводов. Рассмотрены особенности расчета, конструирования и проектирования водоприемников водозаборных сооружений, вопросы конструирования береговых колодцев. Приведены расчеты основного оборудования насосных станции первого подъема, а также принципы подбора основного и вспомогательного оборудования водозаборных сооружений. Даны сведения о зонах санитарной охраны водозаборных сооружений из поверхностных источников водоснабжения.

Учебное пособие подготовлено на кафедре «Водоснабжение, водоC отведение и гидротехника» и предназначено для использования студентами дневной и заочной форм обучения специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение» при изучении курса «Водоснабжение», а также для студенC тов, обучающихся в магистратуре по направлению 270800 «Строительство» (программы «Совершенствование методов водоподготовки» и «ВодоснабжеC ние населенных пунктов и промышленных предприятий»).

© Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2013

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Всоответствии с государственным образовательным стандартом дисциплина «Водоснабжение» является одной из основных специальC ных дисциплин, изучаемых студентами профиля «Водоснабжение и водоотведение» всех форм обучения. Программа дисциплины включает изучение природных источников водоснабжения, водозаборных сооруC жений из подземных и поверхностных источников. Курс «ВодозаборC ные сооружения» является одним из специальных разделов дисципC лины «Водоснабжение». Усвоение данного курса базируется на знаC ниях, полученных при изучении гидравлики, гидротехнических сооруC жений, гидрологии, геологии, насосов и насосных станций, химии воды

иряда других дисциплин. В процессе изучения данной дисциплины студенты выполняют курсовой проект по водозаборным сооружениям.

Внастоящем учебном пособии представлены материалы, необхоC димые для расчета и проектирования водозаборных сооружений из поC верхностных источников.

Учебное пособие состоит из девяти разделов и шестнадцати прилоC жений.

Первый раздел посвящен выбору поверхностного источника водоC снабжения и места расположения водозаборных сооружений.

Во втором разделе приведены схемы и типы водозаборов, а также методика построения профиля дна и береговой зоны в створе водозабора.

Втретьем разделе рассмотрены вопросы гидравлического расчета водозаборных сооружений, связанные с определением производиC тельности водозаборных сооружений, и размеров водоприемных окон береговых колодцев.

Четвертый разделе посвящен проектированию и расчету самоC течных и сифонных водоводов.

Впятом раздел представлены особенности расчета, конструироваC ния и проектирования водоприемников водозаборных сооружений.

Вшестом разделе проанализированы и рассмотрены вопросы конструирования береговых колодцев.

Вседьмом разделе приведены расчеты основного оборудования насосных станций первого подъема, а также принципы расчета трубопроводов насосных станций и напорных водоводов.

Ввосьмом разделе изложены вопросы подбора основного и вспомогательного оборудования водозаборных сооружений.

Вдевятом разделе даны сведения о зонах санитарной охраны водоC заборных сооружений из поверхностных источников водоснабжения.

3

ВВЕДЕНИЕ

Целью настоящего пособия является оказание помощи студентам очной и заочной форм обучения по специальности «Водоснабжение и водоотведение» при разработке курсового проекта по водозаборным сооружениям из поверхностных источников.

Впособии даются рекомендации по выбору типа водозаборных сооружений, их расчету и конструктивному оформлению.

Курсовой проект должен состоять из расчетноCпояснительной записки объемом 25–30 страниц машинописного текста и графической части в виде чертежей объемом 1–1,5 листа формата А1.

ВрасчетноCпояснительной записке должны быть представлены:

1)исходные данные для проектирования;

2)обоснование выбранного типа водозаборного сооружения с описанием его конструкции и основных элементов;

3)данные гидравлических расчетов;

4)определение габаритных размеров водозаборного сооружения и его элементов;

5)выбор параметров основного и вспомогательного оборудования;

6)расчет водозаборного сооружения на устойчивость и всплытие;

7)мероприятия по рыбозащите, борьбе с шугой, донным льдом, наносами и другими помехами;

8)обоснование выбора и расчет способа промывки решеток, сеток

исамотечных линий;

9)методы производства работ по строительству основных сооруC жений;

10)мероприятия по берегоукрепительным работам вблизи водозабора;

11)мероприятия по организации зон санитарной охраны. Графическая часть проекта включает:

1)генеральный план водозаборных сооружений с нанесением зон

санитарной охраны, подъездных путей, зеленых насаждений и необходимых подземных коммуникаций в масштабе 1:500;

2)схему комплекса водозаборных сооружений (профиль по оси сооружений и их план) в масштабе 1:200 или 1:500;

3)план и разрезы водозаборных сооружений в масштабе 1:50, 1:100;

4)план и разрезы деталей элементов водозаборного сооружения в масштабе 1:100, 1:50, 1:25;

5)рабочие чертежи одного из элементов оборудования (решетки, сетки, рыбозащитные устройства и т.п.) в масштабе 1:5, 1:10;

6)спецификацию материалов (труб, фасонных частей) и оборудоC вания водозабора.

4

1. ВЫБОР ПОВЕРХНОСТНОГО ИСТОЧНИКА ВОДОСНАБЖЕНИЯ И МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Поверхностными источниками водоснабжения для хозяйственноC питьевого водопользования и производственных целей служат реки, водохранилища, озера и моря. Вид источника определяет тип водоC заборного сооружения, а цель использования воды – его назначение. При выборе источника водоснабжения учитывают требования к составу и свойствам воды поверхностных источников, используемых для целей хозяйственноCпитьевого водоснабжения (табл. 1.1), соответC ствие качества воды требованиям потребителей, условия забора воды, а также техникоCэкономические показатели, определяющие эффективC ность принятого решения.

Т а б л и ц а 1.1 Требования к составу и свойствам воды поверхностных источников,

используемых для целей хозяйственноCпитьевого водоснабжения

5

Качество воды в реке оценивают в створе, удаленном от намеченC ного водозаборного узла на расстояние не менее 1 км выше по течению, а на непроточных водоемах и водохранилищах – на расстояние 1 км в обе стороны от водозабора.

На тип водозабора большое влияние оказывают природные условия источника водоснабжения: количество взвешенных веществ, инженерC ноCгеологические характеристики берега и дна водоема, наличие цирC куляционных течений воды, форма русла в поперечном сечении и круC тизна берега, наличие шуги и льда в потоке, а также наличие лесоC сплава и судоходства (табл.1.2).

Т а б л и ц а 1.2 Природные условия забора воды из поверхностных источников

6

О к о н ч а н и е т а б л . 1.2

П р и м е ч а н и е . Общая характеристика условий забора воды определяется по наиболее тяжелым из них.

Дебит поверхностного источника при естественном его стоке или регулировании должен обеспечивать потребность в воде с учетом перспективного роста водопотребления. Поверхностные источники используются для хозяйственноCпитьевого водоснабжения только при недостаточном дебите подземных источников.

Относительный водоотбор из реки определяется по формуле

– относительный водоотбор из реки.

Считается, что при водоотборах из рек равнинного типа, не преC вышающих 25 % расчетного минимального расхода воды в источнике, можно применять обычные береговые или русловые водозаборы с затопленным или незатопленным водоприемником. При водоотборах,

7

достигающих 25…75 % минимального расчетного расхода воды в источнике, использование таких водозаборных сооружений возможно только на незашугованных открытых участках источника с особо благоприятными формой и состоянием русла.

Чаще бывает необходимо строительство русловыправительных и руслорегулирующих сооружений. Значение относительного водоотбоC ра зависит от типа водоприемника, глубины воды при Qminp и её уменьC шения после отбора воды, особенностей русла и шуголедовых условий.

При производительности водозабора, превышающей предельный относительный водоотбор, или при недостаточной глубине воды в реке в состав сооружений включают водоподъемную плотину либо в отдельных случаях водоприемный ковш.

Расчетная обеспеченность максимальных и минимальных уровней воды в поверхностном источнике находится в зависимости от катеC гории надежности подачи воды. Необходимо учитывать, что колиC чество отбираемой воды должно назначаться с учетом минимальных расчетных расходов воды в реке.

По характеру водопотребления и требуемой обеспеченности подачи воды водозаборные сооружения разделяют на три категории (табл.1.3). Категория некоторых типов водозаборных сооружений может быть повышена или понижена в связи с изменением условий забора воды, с применением специальных устройств, повышающих надежность работы водозаборных сооружений.

На выбор источника водоснабжения, конструкцию водозаборных сооружений влияет и характеристика самого водотока в зимний период времени.

Льдообразование в водоисточнике имеет место при скоростях теC чения V<0,4C0,5 м/с при температуре Т от 0 °С до –10 °С. Неустойчивое состояние бывает при 0,5<V<0,7 м/с при Т от –10 °С до –20 °С; при V>0,7C0,8 м/с образование льда практически невозможно. В непроC точном водоеме ледяной покров образуется при охлаждении всей массы воды до температуры Т=4 °С, при которой плотность воды максимальная ρ=1000 кг/м3 (удельный вес воды γ = 9806,65 Н/м3).

В водотоках с открытой водной поверхностью при скоростях течеC ния V<0,5C0,7 м/с происходит переохлаждение воды до температуры, близкой к нулю, и создаются благоприятные условия для образования шуги и донного льда. Двигаясь внутри потока, шуга забивает отверстия входных решеток водоприемников, затрудняет доступ в них воды и вызывает дополнительные потери напора.

8

П р и м е ч а н и е . Объединенные хозяйственноCпитьевые и производственные системы водоснабжения населенных пунктов при числе жителей в них более 50 тыс. человек следует относить к категории; от 5 до 50 тыс. человек – кокатегории; менее 5 тыс. человек – к категории.

9

Шуговые явления оцениваются по табл. 1.4.

При проектировании водоприемников водозаборных сооружений разрабатываются мероприятия по защите от льда сооружений, подверженных действию поверхностного, глубинного или же того и другого льда.

Гидробиологические процессы, происходящие в источниках, могут оказывать влияние на работу водозаборных сооружений. К гидробиоC логическим процессам относится наличие в водоемах:

планктонных организмов растительного (фитопланктон) и животC ного (зоопланктон) происхождения, наличие губок, моллюсков дрейсC сены и т.п.;

полупогруженных и погруженных растений, водорослей и другой водной растительности (хвощ топяной, камыш, рдест блестящий, синеC зеленые водоросли и т. п.)

болезнетворных (патогенных) бактерий.

Согласно правилам выбора и оценки источников водоснабжения, количество кишечных палочек в 1 л воды (колиCиндекс) не должно превышать: 1000 – для источников, намечаемых к использованию тольC ко с хлорированием воды, и 10000 – для источников с полной очисткой

ис хлорированием воды.

Сучетом роста водопотребления выбор источника водоснабжения, его рациональное использование, защита от загрязнения и истощения

10