§1. Водозаборные сооружения водопровода.

1.1. Источника водоснабжения. Зоны санитарной охраны.

Источниками водоснабжения являются подземные воды (грунту, артезианские или родниковые), подречныеводы и поверхностные воды рек, каналов, озер, водохранилищ и морей. Основная масса подземных вод образовывается вследствие просачивания вглубь земли атмосферных и поверхностных вод. Условия залегания подземных вод зависят от характера залегания водонепроницаемых пластов грунтовых пород.

Грунтовыми называются воды, которые находятся в безнапорном водоносном пласте. их можно использовать для водоснабжения, если они не загрязняютсяот поверхности земли. В глубоких водоносных пластах, расположенных между водостойкими породами, вода находится под напором и называется напорной, или артезианской (рис.8.1).

Рис. 8.1. Схема залегания водоносных горизонтов:

1 - поступление воды; 2 - горизонт грунтовых вод; 3 - горизонт межпластовых безнапорных вод; 4 - горизонт артезианских вод; 5 - водонепроницаемые пласты.

Артезианские воды не загрязняются из поверхности земли и могут быть использованы для хозяйственно-питьевого водоснабжения без очистки. В тех местах, где водоносные пласты выходят на поверхность, вода появляется в виде источников.

Подречными называются воды, которые фильтруются через водопроницаемые пласты грунта из рек, каналов и других водоемов. Обычно эти воды нуждаются в обеззараживании.

Воды поверхностных источников при использовании их для хозяйственно-питьевого водоснабжения, как правило, очищают и обеззараживают.

Источник водоснабжения выбирают с учетом гигиеничных, технических и экономических факторов. Особенно учитывают расстояние от источника, мощность и надежность его, высоту подъема воды.

При строительстве системы хозяйственно-питьевого водоснабжения должны быть приняты меры, которые предотвращают загрязнение источников. С этой целью создается зона санитарной охраны (8.1).

8.1. Зоны санитарной охраны Зоны санитарной охраны —это три круга (пояса), предназначенные для образования защиты водопроводных сооружений от загрязнений окружающей средой.

Зона санитарной охраны делится на три пояса. В первом поясе (зона сурового режима) запрещается любое строительство, которое не касается водопровода, а также проживание и временное пребывание лиц, непричастных к водопроводу. Этот пояс охватывает место забора воды, он окружен полосой зеленых насаждений. Во втором поясе санитарной зоны запрещается использовать территорию близ источников водоснабжения, если это может повредить источникам. Определены санитарные требования, которые не допускают и в этом поясе сброс сточных вод и устройство свалок. В третьем поясе ведут наблюдение за инфекционными заболеваниями, чтобы предотвратить попадание в воду их переносчиков и распространению инфекции через водопровод.

Проекты зон санитарной охраны представляют на утверждение одновременно с проектом водопровода города.

1.2. Виды сооружений для забора подземных вод.

Выбор типа сооружений для забора подземных вод зависит преимущественно от глубины их залегания и мощности водоносного пласта. Забор подземных вод осуществляется через:

1) трубчатые колодцы (буровые скважины) (8.2) (для забора безнапорных и

напорных вод, которые залегают на глубине свыше 10 м);

8.2. Трубчатые колодцы Трубчатые колодцы (буровые скважины) —это сооружения для забора безнапорных и напорных вод, которые залегают на глубине свыше 10 г.

2) шахтные колодцы(8.3) (для забора вод, которые залегают на глубине от 10 до 30 м);

8.3. Шахтные колодцы Шахтные колодцы —это сооружения с вертикальным стволом (шахтой) для забора безнапорных и напорных вод, которые залегают на глубине от 10 до 30 г.

3) горизонтальные водосборники (8.4) (для сбора грунтовых вод, которые залегают до 8 м глубины узкими пластами);

8.4. Горизонтальные водосборники Горизонтальные водосборники —это сооружения для сбора грунтовых вод, которые залегают на глубине до 8 м узкими пластами.

4) сооружения для каптажа источников (8.5).

8.5. Каптаж источников Каптаж источников — это конструктивное оформление его выхода для использования источника для водоснабжения.

Трубчатые колодцы делают, буря в земле вертикальные буровые скважины. В большинстве пород стенки буровой скважины приходится укреплять стальными обсадными трубами, которые образовывают трубчатый колодец. В пределах водоносного пласта для приема воды из грунта колодец строят из перфорированных труб, которые часто имеют специальные фильтры. Водоснабжение значительных масштабов идет через несколько трубчатых колодцев, соединенных в общую систему водозаборных сооружений.

В буровой скважине различают водоприемную часть - (фильтр), ствол (глухая часть буровой скважины, которой поднимается подаваемая вода) и устье (исходная часть буровой скважины, надлежащих образом оборудованная в колодце или специальном павильоне).

Если водоносный пласт состоит из стойких скальных или полускальных пород (известняки, плотные песчаники, изверженные породы), то фильтр не делают и вода поступает непосредственно в буровую скважину. Если водоносные породи залегают на значительной глубине, то используют несколько последовательно соединенных обсадных труб, диаметр которых постепенно уменьшается (рис. 8.2). В твердых скальных породах закреплять стенки обсадными трубами необязательно. Если водоносных горизонтов несколько, рабочие части фильтра устанавливают в каждом из них. Фильтры трубчатых колодцев выполняют из цветных металлов, пластмасс, асбестоцемента и гравия. По конструкции они делятся на проволочные, сетчатые, каркасно-стержневые, щелевые и гравийные.

Шахтные колодцы имеют вид вертикальнойв ыработки и состоят из надземной части (оголовок) ствола (шахта), водоприемной части, водозаборной части (зумпф (8.6.)).

8.6. Зумпф Зумпф — конструктивное оформление водоприемной части подземного источника водоснабжения с возможностью создания некоторого запаса воды.

Оголовок перекрывается крышкой, над ним строят навес или будку.

Водоприемная часть устраивается в дне, в стенках или в дне и стенках.

а) б) в)

Рис.8.2. Схема устройства трубчатого колодца:

а , б - при заборе воды в трещиноватых породах; в – то же в песках

1 -цементный раствор межтрубного пространства; 2 - глины; 3 - твердые трещиноватые

породы; 4 - перфорированные трубы; 5 -известняк; 6 - водоносный песок; 7 -фильтр;

8 - пробка; 9 -башмак.

Для приема воды через дно на него кладут гравийный фильтр или плиту из пористого бетона. Если же принимают воду через стенки, то в них должны быть сделаны окна из пористого бетона или заполненные гравийным фильтром.

Зумпфы делаются в том случае, когда в колодце необходимо иметь некоторый запас воды. Стены колодца делают в основном из сборных железобетонных элементов (рис.8.3), но они могут быть из каменной или кирпичной кладки и даже деревянные. Отдельные шахтные колодцы оборудуют насосами или соединяют с сифонным трубопроводом и общим сборным колодцем (резервуаром), откуда воду насосами подают потребителям.

Разновидностью шахтных колодцев являются лучевые водозаборы, которые представляют собой шахту, из нижней части которой в водоносные пласты несколькими радиально расположенными лучами вдавлены горизонтальные фильтровые трубы (рис.8.4), благодаря чему зона забора воды увеличивается и существенным образом возрастает производительность.

Рис.8.3. Шахтный колодец из железобетонных колец:

1 -крышка; 2 - вентиляционная труба; 3 - отмостка; 4 - глиняный замок; 5 - железобетонный элемент; 6 - металлическое кольцо; 7 - просмоленная прядь; 8 - цементный раствор; 9 - галька; 10 - гравий; 11 - песок.

Рис. 8.4. Шахтный колодец с радиальными дырчатыми трубами: 1 - вертикальный центробежный насос; 2 - дырчатая труба; 3 - наконечник; 4 - водоупорные пласты; 5 - водоносный пласт.

Горизонтальные водосборники применяют, когда необходимо использовать пласты относительно небольшой мощности, которые неглубоко залегают. Горизонтальные водосборники делятся на траншейные (дренаж), с засыпкой камнем или щебенкой, трубчатые и водозаборные галереи (возле горных склонов). Для трубчатых водозаборов применяют керамические, асбестоцементные, бетонные и железобетонные трубы круглого и овального сечения с гравийно-песчаною засыпкой (рис. 8.5).

Каптаж источников.Каптаж источника - это конструктивное оформление его выхода для использования источника водоснабжения. Выход напорной артезианской воды называется восходящим, а безнапорной - нисходящем источником. Для каптажа восходящих источников сооружают шахтные колодцы, в которых вместо днища устраивают гравийные фильтры. Боковые выходы источников называются дериватами. Восходящие источники выходят на поверхность чаще всего на более или менее ровных участках территории, из-за чего их называют иногда равнинными. Нисходящие источники обычно выходят на поверхность на склонах лощин и яров, особенно в их верхней части.

Рис. 8.5. Конструкции горизонтальных водосборников из сборных железобетонных элементов:

1- чугунный люк; 2 - обзорный колодец; С - вентиляционная труба; 4 - водосборный колодец; 5 -галька; 6 - бетон; 7 - водосборный трубопровод; 8 - щебеночная подготовка; 9 -контур котлована; 10 - железобетонные кольца; 11 -водоупорный пласт.

Рис.8.6. Железобетонная каптажная камера для нисходящего источника: 1 - канава; 2 - водоносный пласт; 3 - водоупорный пласт; 4 - обратный фильтр; 5 - заборная труба; 6 - переливная труба.

При нисходящих источниках обычно в бетонной шахте делают отверстие в стенке со стороны выхода источника (рис.8.6). Вода накапливается в резервуаре шахты. При устройстве каптажа вместе с тем предусматривают защиту от загрязнения: устраивают канавы, специальные дренажи и т.п. Каптажи делают из железобетона, бетона, кирпича и местного камня.

3. Общие сведения о поверхностных источниках.

Поверхностные источники водоснабжения - это большей частью реки, так как они являются проточными водоемами и при надлежащей охране их от загрязнений имеют хорошее качество воды. Поверхностные воды, которые используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения, как правило, очищают и обеззараживают.

Источник водоснабжения выбирают с учетом гигиеничных, технических и экономических факторов. Для промышленных потребителей бактериальная чистота воды не имеет такого значения, как для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Исключением являются производства, которые потребляют на технические нужды воду питьевого качества. Тем не менее большое значение имеет химический состав воды, жесткость ее, цветность, содержание железа и других примесей, которые влияют на долговечность оборудования и технологию некоторых производств. Поэтому необходимость очистки воды в таких случаях определяется видом производства, его технологией и качеством воды источника.

Источниками водоснабжения для промышленных предприятий обычно являются большие реки, озера, водохранилища и моря. Большие озера отмечаются относительной постоянностью качества воды, особенно в отдаленной от берега зоне. Физические и биологические процессы, которые происходят в озерах, зависят от площади водного зеркала, глубины и местных условий. Мелкие озера хорошо прогреваются солнцем, вследствие чего в них бурно развивается растительность, которая, отмирая, загрязняет воду. Интенсивность выпарывания влаги из поверхности зеркала воды влияет на концентрацию солей. Химический состав озерной воды зависит от живящих озера вод. Температура вод поверхностных источников резко изменяется на протяжении года.

В ряде случаев на реках с быстрым течением образовывается глубинный лед (донный лед и шуга). Глубинный лед образовывается вследствие столкновения переохлажденного пласта воды с твердой поверхностью дна реки на участках порожистых и с быстрым течением. При столкновении переохлажденной воды внутри потока с твердыми частичками (центрами кристаллизации), которые находятся в зависшем состоянии, образовывается губчатая ледяная крохкая масса - шуга (8.7). Шуга, легко прилипая к твердым предметам, часто забивает входные отверстия водопроводных сооружений и может вывести их из строя.

8.7. Шуга Шуга — это губчатая ледяная масса, которая образовывается в поверхностном водном потоке при столкновении переохлажденной воды с твердыми частичками-центрами кристаллизации. Легко прилипая к твердым предметам, часто забивает входные отверстия (шугозазагродители) водопроводных сооружений и может вывести их из строя.

1.4. Водоприемные сооружения длязабора воды из поверхностных источников.

Как поверхностные источники для водоснабжения чаще всего используются реки. Водозаборные сооружения на них проектируют таким образом, чтобы они обеспечивали бесперебойное снабжение потребителя водой в разную пору года, а расположение и форма их как можно меньше загромождали русло и не влияли на поток воды. Для защиты водозаборных сооружений от глубинного льда и шуги принимают такие меры: располагают водозаборные сооружения в местах, где и образовывается шуга (шугозагродители); уменьшают скорость протекания воды через водоприемные отверстия; обогревают сетки водоприемных отверстий; устраивают плавучие заводи и короба, которые огораживают водоприемные отверстия; сооружают водоприемные ковши.

Сетки или решетки водоприемных отверстий можно очищать специальными скребковыми механизмами или промывать их обратной струей воды.

Водозаборные сооружения располагают выше от населенного пункта по течению реки на участках со стойким руслом и достаточными глубинами. Целесообразно выбирать место водозабора на вогнутом берегу. Чтобы предотвратить размывание русла, берега реки возле водозабора закрепляют. Конструкцию водозаборов из открытых источников выбирают в зависимости от гидрологических, геологических, грунтовых и других условий.

По конструкции водоприемные сооружения могут быть: русловые, береговые, совмещенные или раздельные с насосной станцией; ковшовые; инфильтрационные и подрусловые; передвижные, плавучие и специальные. В зависимости от источников водоснабжения (река, море, озеро, водохранилище), на которых устраивают водоприемные сооружения, их конструкции могут изменяться. В связи с этим водоприемные сооружения разделяют на речные, морские, озерные и водохранилищные.

1.5. Водозаборные сооружения руслового типа.

Характерной особенностью водозаборных сооружений руслового типа есть вынесения точки приема воды в русло. Водоприемники такого типа применяют при относительно пологом берегу, когда нет достаточных глубин, при возможности загрязнения воды или при слабых грунтах возле берега.

Схему руслового водозабора приведено на рис.8.7. Береговий колодец разделен на отдельные секции (за количеством всасывающих линий). Каждая секция разделена перегородкой на две камеры: приемную, куда вводят самотечные трубы с заслонками на концах, и всасывающую, где размещены всасывающие трубы насосов. В прорезе перегородки между камерами устанавливают сетку 3 с дверными глазками от 2х2 до 5x5 мм. Водосборные сооружения больших размеров оборудуют вращающимися сетками с беспрерывным промыванием

Рис. 8.7. Общая схема руслового водозаборного сооружения:

1- оголовок; 2 - самотечные линии; 3 -плоские сетки; 4- насосная станция; 5 -всасывательные трубы; 6 - береговой колодец.

Рис. 8.8. Погруженный оголовок простейшего типа:

1- брусья 15х20 см; 2 - камни; С - болты; 4 - крепление из штабной стали.

Незатопляемые оголовки ( 8.8.) имеют форму опор мостов ледорезами. их верхушки выступают над высоким уровнем воды.

Разновидностью водозаборов руслового типа есть криб. Конструктивно его делают подобно береговому водоприемнику и устраивают в русле. Водоприемники-криби размещают на некотором расстоянии от берега, где водоем глубже и менее загрязненная вода.

Рис. 8.9. Незатопляемый оголовок-криб.

1- окно; 2 - подъемный кран; С - направляющие швеллеры № 10; 4 - грубые сетки; 5 - самотечная галерея; 6 - засыпка из шлаков (16 см); 7 -стена; 8-грубые сетки нижних водоприемных окон; 9 - железобетонная самотечная галерея; 10- бетон; 11- лед; 12- наиболее низкий горизонт ледостава; 13- наиболее низкий горизонт ледохода; 14 -высокий горизонт ледохода.

8.8. Оголовок Оголовок — это водоприемная часть руслового поверхностного водозаборного сооружения, размещенная в русле источника. Бывают затопляемые и незатопляемые (криби).

Производительность таких водоприемников очень большая.

Учитывая размещение криба (рис.8.9) в глубоких местах, необходимо придавать его строительным элементам большие размеры в противодействие течению. Вода в криб поступает через входные окна, которые имеют грубые сетки и расположены в несколько этажей по периметру сооружения. От криба вода направляется к береговому колодцу самотечными трубами или туннелям под дном реки. Иногда в крибе устраивают насосные станции.

Самотечные линии русловых водозаборов выполняют из стальных, железобетонных или асбестоцементных труб или в виде железобетонных галерей (не меньше двух). Скорость движения в линиях необходимо принимать не менее чем 0, 7-0,9 м/сек для предотвращения их загрязнения. Очищают самотечные линии от отложений прямым или обратным промыванием водой.

1.6. Водозаборные сооружения берегового типа.

Берегу водоприемники делают в тех случаях, когда глубина источника водоснабжения возле берега имеет крутые и крепкие берега. Такие водоприемники могут быть совмещенные с насосной станцией. Конструктивно (рис.8.10) береговой водозабор выполнен подобно береговому колодцу русловых водозаборов. Вода из источника поступает в колодец через приемные окна, перекрытые решеткой, расположенными на разных отметках, чтобы можно было забирать воду из разных уровней в зависимости от поры года. Верхние отверстия служат для забора верхних сравнительно чистых пластов воды во время наводнений. Береговой колодец разделен на секции для обеспечения бесперебойного приема воды в случае ремонта или аварии. Верхняя часть водоприемного колодца должна выступать над высоким уровнем воды не менее чем на 0,5м. Над колодцем сооружают павильон, из которого руководят оборудованием для промывки сеток.

Рис. 8.10. Береговой водозабор раздельного типа: 1 - входное окно; 2 - приемное отделение; 3 - всасывающее отделение; 4 - всасывающий трубопровод; 5 - сетки; 6 - эжектор;. 7 - галерея всасывающих трубопроводов; 8 - мелкий песок; 9 - песок середнезернистый; 10 - песок крупнозернистый.

Рис. 8.11. Схемы берегового водозаборного сооружения с насосной

станцией.

1- водоприемное отделение; 2 - насосный зал; 3 - водоприемные сетки; 4 - горизонтальный центробежный насос; 5 - вертикальный центробежный насос.

На рис.8.11 показана схема берегового водозабора совмещенного типа. При плотных грунтах водоприемная часть и насосное помещение могут быть расположены на разных уровнях (рис. 8.11, а). Если грунтовые условия могут послужить причиной неравномерного оседания водоприемной и насосной частей сооружений, водозабор делают по схемам, показанными на рис. 13( бы, в).

1.6. Ковшовые водоприемные сооружения (8.9).

8.9. Ковшовые водоприемные сооружения Ковшовые водоприемные сооружения — это сооружения в искусственных заливах, отрытых в толще берега или в самом русле, огражденные дамбой.

Ковш представляет собой искусственный залив, отрытый в толще берега или в самом русле и огражденный дамбой.

Благодаря малой скорости течения воды в ковше быстрее устанавливается ледяной покров, под которым вода имеет дополнительную температуру, которая предотвращает образование шуги и донного льда.

Ковшовые водоприемники делают на реках, где наблюдается образование шуги и глубинного (подводного) льда. Кроме того, их устраивают в тех случаях, когда вода из источника водоснабжения содержит большое количество взвешенных веществ.

Рис.8.12. Схемы водоприемных ковшей.

1- водозаборное сооружение; 2 - дамба.