Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современное техническое состояние водозаборных сооружений на Донском магистральном канале и пути повышения их эксплуатационной надежности
.pdf
По влиянию гидравлической структуры потока на характер движения
наносов в верхнем бьефе и их деление между источником питания (рекой и
водоприемником) плотинные водозаборные гидроузлы подразделяют
на следующие типы: боковые, фронтальные и донно-решетчатые.
Боковые водозаборные гидроузлы (рисунок 5) состоят из водопри-
емника, располагаемого на одном или обоих берегах, и водосбросной плотины. Водоприемник находится под углом 90-145° к направлению потока
в реке. Достоинство боковых водозаборных гидроузлов – простота конструкции. Недостаток простейших типов боковых водозаборов – поступление значительного количества донных наносов в водоприемники. Этот недостаток можно устранить путем устройства у водоприемника порогов,
размещения перед ними горизонтальных полков (плит) либо устройства
во входном пороге наносоперехватывающих галерей или траншей, а также
промыва верхнего бьефа.
Боковой водозабор с фронтальным промывом наносов (рисунок 5, а)
состоит из водоприемника по типу шлюза-регулятора, имеющего входной
порог высотой 1,5-2,5 м, водоподпорной плотины с промывными отверстиями, на отметке дна реки примыкающими к водоприемнику. В состав
плотины включен водослив практического профиля с отметкой гребня
на НПУ. Однако высокий входной порог у водоприемника не обеспечивает
защиту от поступления в него наносов. Наличие всего двух промывных отверстий в водоподпорной плотине не позволяет качественно промывать
наносы в пространстве перед водоприемником. А перед водосливной плотиной отложения наносов гидравлической промывкой вообще не удаляются. Поэтому основной недостаток этой схемы водозаборного сооружения –
невозможность эффективной защиты водоприемников от наносов путем
гидравлических промывов верхнего бьефа.
11
12
а – с фронтальным промывом наносов; б – с горизонтальным полком; в – с наносоперехватывающими галереями; г – с удаленными
промывными отверстиями; д – быковой; 1 – подводящее русло; 2 – водоприемник; 3 – магистральный канал; 4 – промывные отверстия
плотины; 5 – отводящее русло; 6 – автоматический водослив; 7 – горизонтальный полок; 8 – сбросные отверстия;
9 – наносоперехватывающие галереи; 10 – криволинейный порог; 11 – водопроводящие галереи; 12 – лоток
Рисунок 5 – Боковые водозаборные сооружения
Для предупреждения поступления наносов в канал перед водоприем-
ником устраивают горизонтальную плиту полок с отметкой, равной отметке входа шлюза-регулятора водоприемника (рисунок 5, б). Полок опирается на порог водоприемника и быки рядом расположенных промывных отверстий и делит водный поток на два слоя по глубине в верхнем бьефе.
Верхний слой, менее насыщенный наносами, поступает в водоприемник,
а нижний слой, транспортирующий основную долю наносов, непрерывно
сбрасывается в нижний бьеф. Это позволяет промывать пространство под
полком при закрытых верхних отверстиях промывной части плотины.
Верхний ярус промывных отверстий используют для смыва отложившихся
на полке наносов, а также при сбросе излишков воды. В состав плотины
может входить и автоматическая водосливная часть или низкопороговые
сбросные отверстия. К недостаткам данной схемы водозаборного гидроузла относятся возможность завала наносами пространства под плитойполком и засорение его корчами (донным плавником) [7].
В боковом водозаборном сооружении, который предложил и иссле-
довал Н. Ф. Данелия [8], во входном пороге размещены наносоперехватывающие галереи. К водоприемнику примыкают два и более промывных отверстия плотины (рисунок 5, в). За ними расположена автоматическая водосливная часть водоподпорной плотины. Подводящее русло у данного
водозабора может быть прямолинейным или криволинейным. В последнем
варианте водоприемник располагают на вогнутом берегу. В основу работы
данной схемы положено явление циркуляционного течения, возникающего
при натекании потока на преграду – закрытые затворы промывных отверстий плотины. Перед ними возникает избыточное гидростатическое давление, поэтому донные слои речного потока веером растекаются в противоположную основному направлению потока сторону, то есть к входу наносоперехватывающих галерей. Таким образом, верхний слой воды с малым
содержанием наносов входит в отверстия водоприемника, а нижний слой,
отгоняемый от плотины и водоприемника, устремляется вместе с придонными наносами в наносоперехватывающие галереи. Вход наносоперехва-
13
тывающих галерей располагают на отметке понура, а боковые стенки и
днище их облицовывают износостойким материалом, например гранитом
или чугунными плитами.
В боковом водозаборном гидроузле усовершенствованной конструк-
ции с удаленными промывными отверстиями (рисунок 5, г) борьба с наносами ведется с помощью поперечной циркуляции потока в верхнем бьефе.
У бокового водоприемника располагаются два сбросных отверстия плотины с отметкой порога, совпадающей с отметкой порога водоприемника и
возвышающейся на 1,5-2,5 м над дном реки. Рядом с ними находятся промывные отверстия плотины с отметкой порога, равной средней отметке
дна реки. С помощью раздельной стенки сбросная и промывная части перегораживающей плотины отделены от водосливной с отметкой гребня
на НПУ. В результате этого донные токи, транспортирующие большую
часть речных наносов, направляются в сторону участка с большими удельными расходами, то есть к промывным отверстиям плотины, а осветленные верхние слои – в пролеты водоприемника [7].
Водоприемные отверстия в бычковом водозаборном гидроузле раз-
мещены в лобовой части быков и береговых устоев (рисунок 5, д): по два
в быках и по одному в береговых устоях. Отверстия перекрыты грубыми
решетками. Через них вода поступает в водопроводящие галереи, затем
в сборный лоток и отсюда в магистральный канал. В водопроводящих галереях предусматривается безнапорное равномерное движение воды. Чтобы снизить забиваемость решеток водоприемников мусором и плавником,
их вверх заглубляют под НПУ на 0,15-0,30 м, а стержни решетки располагают вертикально. В таком гидроузле вода из реки забирается послойно,
а наносы отклоняются донными циркуляционными течениями, направленными от плоскости боковой поверхности быка.
Для обеспечения расхода одного водоприемника (5-6 м3/с) быки
утолщают до 3-4 м, что затрудняет пропуск паводковых расходов. По этой
причине бычковый водозаборный гидроузел нельзя применять на селеносных реках.
14
Он может быть исполнен как односторонним, так и двухсторонним.
Днище сборного лотка имеет уклон в сторону магистрального канала и
должно быть выше ФПУ на 0,5-1,0 м для беспрепятственного пропуска под
ним плавника и льда. Недостаток водозаборного бычкового гидроузла –
сложность регулирования расходов воды, забираемой из реки.
У фронтальных водозаборных сооружений совпадают направления
поступающего водного потока и потока в подводящем русле гидроузла.
Одна из старейших компоновок такого типа – водозабор с карманами.
Карманы располагают непосредственно у боковых шлюзов-регуляторов
водоприемников. В промежутке между карманами расположена автоматическая водосливная плотина. Речной поток поступает в карманы, которые
служат в качестве отстойников, проходит здесь стадию осветления от донных наносов и крупных фракций взвешенных наносов, после чего чистая
вода уходит в водоприемники. Чтобы в карманах-остойниках возникли
заиляющие скорости 0,4-0,6 м/с, их затворы закрывают. Для накопления
наносов создают емкость посредством устройства перед боковыми водоприемниками входных порогов высотой 1,5-2,5 м. После заполнения ее наносами открывают промывные отверстия плотины, и происходит смыв отложений. Фронтальные водозаборы с карманами, как правило, двухсторонние, однако они могут быть и односторонними [7].
Недостаток данной компоновки гидроузла – невозможность полного
промыва верхнего бьефа из-за наличия в составе плотины водосливной части.
В компоновке фронтального двухъярусного водозаборного сооруже-
ния (рисунок 6, б) использован принцип послойного деления воды по глубине. Нижние слои, насыщенные донными наносами, транзитом через промывные галереи сбрасываются в нижний бьеф. А верхние, осветленные, поступают в водоприемники и по водопроводящим лоткам в магистральные
каналы. Между водоприемниками размещают промывные отверстия плотины. Такие водозаборы могут быть двухсторонними и односторонними.
15
16
а – с карманами; б – двухъярусный; в – с отстойником; г – ферганский; д – с наносоперехватывающими галереями; 1 – подводящее русло;
2 – водоприемник; 3 – отверстия для сброса расходов реки и промывки бьефа; 4 – автоматический водослив; 5 – отводящее русло;
6 – магистральный канал; 7 – карман-отстойник; 8 – промывные галереи; 9 – многокамерный отстойник; 10 – отверстие для промывки
камеры отстойника; 11 – криволинейный автоматический водослив; 12 – криволинейный порог; 13 – наносоперехватывающие галереи
Рисунок 6 – Фронтальные водозаборные сооружения
Недостатки данной схемы – сложность конструкции, засорение про-
мывных галерей донным плавником и затруднения, возникающие с промывкой верхнего бьефа ввиду стесненного промывного фронта плотины.
Особенностью схемы фронтального водозабора (рисунок 6, в) явля-
ется наличие перед водоприемником отстойника с поперечными донными
промывными галереями траншейного типа, через которые наносы непрерывно сбрасываются в нижний бьеф. Такой отстойник позволяет постоянно очищать воду от донных и крупных взвешенных наносов при беспрерывной подаче ее потребителю. Кроме этого, крайнюю от водоприемника
камеру можно промывать через открытое промывное отверстие в ее конце.
К многокамерному отстойнику примыкают промывные отверстия плотины. Водозаборы по этой схеме выполняют как одно-, так и двухсторонние.
Сужение многокамерными отстойниками фронта водоподпорной плотины
приводит к необходимости повышать отметку ФПУ, а следовательно, и
всего сооружения. Этим же объясняются трудности качественных промывок верхнего бьефа от отложений наносов [7].
К конструктивным отличиям ферганского водозаборного сооруже-
ния (рисунок 6, г) относится криволинейное подводящее русло. Вследствие
этого в верхнем бьефе возникает циркуляция потока, при которой верхние
слои воды направлены к вогнутому берегу, а нижние – к выпуклому. На
вогнутом берегу размещен водоприемник, поэтому в него забирается более
осветленная вода, а нижние слои, влекущие большое количество наносного
материала, сбрасываются транзитом через промывные отверстия плотины
в нижний бьеф. Водоподпорная плотина располагается под углом к геометрической оси криволинейного подводящего русла, поэтому сброс воды
в нижний бьеф фактически является боковым, что снижает ее пропускную
способность. Недостаток водосливного фронта плотины компенсируется
путем строительства криволинейного автоматического водослива, выдвигаемого в верхний бьеф. Для более эффективной борьбы с наносами перед
водоприемником располагают сплошной вертикальный или Г-образный
17
криволинейный в плане порог, способствующий продвижению донных наносив в сторону промывных отверстий плотины. Последними исследованиями установлена неудовлетворительная работа ферганских водозаборов
в условиях дефицита оросительной воды, а также неэффективная промываемость в таких условиях верхнего бьефа. По сравнению с боковыми водозаборами на рассматриваемых водозаборах при прочих равных условиях
продолжительность промывки возрастает в 2 раза, поэтому, несмотря
на высокий процент водозабора, данная схема неперспективна.
Фронтальный двухсторонний водозабор с наносоперехватывающими
галереями состоит из открытого водоприемника и симметрично ему расположенного дюкерного водоприемника (рисунок 6, д). Оба водоприемника и
затворы промывных отверстий плотины образуют карман. Во входных порогах водоприемников располагают не менее двух наносоперехватывающих галерей. За карманом устроена автоматическая водосливная часть
плотины, через которую сбрасываются паводковые расходы реки. Как и
в боковом водозаборе, в данной схеме использован принцип обтекания потоком преграды. При натекании речного потока на закрытые промывные
отверстия плотины образуются обратные донные токи, направленные
в сторону входных отверстий наносоперехватывающих галерей. Через последние отгоняемые от водоприемников наносы непрерывно сбрасываются
в нижний бьеф. Зоны действия донных токов распространяются за пределы
верховой стенки водоприемников, поэтому питание их из кармана происходит только чистой водой. Отложившийся перед карманом бар наносов
периодически смывают в нижний бьеф через промывные отверстия плотины [7].
Донно-решетчатые водозаборы имеют такую компоновку, которая не
приспособлена к гидрологическим особенностям горных рек – большое
количество влекомых потоков донных наносов крупных фракций, большие
скорости водного потока, чрезвычайная изменчивость во времени стока
реки, внезапность прохождения паводков, селевые явления.
18
Простейшая схема донно-решетчатого водозабора – поперечная
траншея, устроенная в ложе реки и называемая водозаборной галереей.
Последняя сверху прикрывается грубой решеткой с направлением стержней вдоль движения потока в реке. В дальнейшем она была усовершенствована посредством повышения ее отметок, сопряжения ее с промывными
отверстиями, устройством перед решетчатой частью наносоотбойных порогов, использованием гидравлической структуры потока в верхнем бьефе.
В результате снизилась забиваемость решетки и поступление наносов
в водозаборную галерею. Существует много модификаций таких типов водозаборных сооружений. Хорошими показателями из усовершенствованных схем обладает донно-решетчатый водозабор, предложенный
А. И. Арыковой и Р. Ж. Жулаевым [9, 10]. Сооружение состоит из решетчатой части, промывного отверстия и автоматического водослива. В пределах решетчатой части размещается наносоперехватывающая траншея и
водозаборная галерея (рисунок 7, а). Наносы от водозаборной галереи отводят с помощью поперечной циркуляции потока, возбуждаемой перераспределением удельных расходов по ширине верхнего бьефа. Поскольку
порог промывного отверстия совпадает с дном реки, решетчатая часть
принята на 1,5-2,5 м выше, а водосливная плотина – на отметку НПУ,
то перед первым имеют место наибольшие удельные расходы. В силу этого донный слой воды в верхнем бьефе направляется в сторону промывного
отверстия плотины, а верхний, не изменяя первоначального направления –
на решетчатую часть. Далее вода проваливается через решетки в галерею и
поступает в магистральный канал. Наносоперехватывающая траншея, расположенная перед водозаборной галереей, дополнительно осветляет поступающую на решетчатую часть воду. Вода с наносами, перехваченными
траншеей, сбрасывается через торцевое отверстие в быке.
19
20
а – с наносоперехватывающей траншеей; б – с косонаправленным порогом; в – послойно-решетчатый;
1 – промывные (сбросные) отверстия; 2 – водозаборная галерея; 3 – магистральный канал; 4 – подводящее русло;
5 – автоматический водослив; 6 – наносоперехватывающая траншея; 7 – криволинейный порог; 8 – зимний водоприемник;
9 – отводящее русло; 10 – косонаправленный порог; 11 – решетки нижнего яруса
Рисунок 7 – Донно-решетчатые водозаборы
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]