Лекция 7 ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Вопросы лекции:
1. Водозаборные сооружения: назначение, условия применения, выбор створа водозабора.
2. Конструкции водозаборов: бесплотинные, плотинные.
3. Защита молоди рыб при водозаборе: принципы рыбозащиты, конструкции РЗУ.
7.1 Водозаборные сооружения: назначение, условия применения, выбор створа водозабора
Водозаборные сооружения устраивают с целью забора воды из источника питания и подачи её в каналы или водоводы для последующего транспортирования в оросительную, обводнительную, гидросиловую и другие системы. Так как эти сооружения устраивают в голове водохозяйственной системы, то их иногда называют головными.
Головные сооружения, устраиваемые для забора воды из реки, должны удовлетворять следующим требованиям:
1) обеспечивать бесперебойный забор воды в водохозяйственную систему согласно графикам потребления;
2) защищать каналы от поступления в них донных наносов, шуги, льда, плавника;
3) иметь простые и экономичные конструкции;
4) быть удобными в эксплуатации и для автоматизации;
5) иметь хорошие и устойчивые водомерные свойства.
Головные сооружения обычно устраивают совместно с другими гидротехническими сооружениями, и общий комплекс этих сооружений называется водозаборным узлом.
По гидравлическому принципу речные водозаборные (головные) сооружения делятся на:
─ бесплотинные боковые, фронтальные;
─ плотинные боковые, фронтальные и донные (решетчатые).
Выбор месторасположения водозаборного узла – очень важная и ответственная задача. Наиболее удобным местом для строительства водозаборного узла является участок реки где:
а) поток течет в стабильном русле (хотя бы один берег из прочного грунта);
б) поток имеет у берега достаточную глубину, а берег не затопляемый;
в) очертания реки в плане благоприятно для решения задач водозабора (из условий движения наносов, льда, шуги);
г) выше по течению отсутствуют пороги и стремнины, на которых в половодье взмучиваются наносы, а зимой образуется шуга;
д) выше водозабора нет подвижных островов и осередков, которые при смещении вниз могут блокировать водозабор;
е) ниже места водозабора уклон реки не должен быть меньше, чем на участке водозабора.
7.2 Конструкции водозаборов: бесплотинные, плотинные
Бесплотинные водозаборы
Согласно
СНиП II-И.3-62
бесплотинный водозабор применяют, если
уровни воды в реке обеспечивают
командование над уровнями в канале и
забираемые расходы воды не превышают
20 % при
расхода реки; при благоприятных
топографических и геологических условиях
при фронтальном водозаборе имеется
возможность забрать из реки более 20 %.
Конструктивные схемы бесплотинного водозабора представлены на рис. 7.1.
а) боковой без головного сооружения; б) боковой с головным сооружением;
в) фронтальный с водозахватной шпорой; г) фронтальный с промывной песко-гравиеловкой; 1 – канал; 2 – головное сооружение (водозаборный шлюз);
3 – промывной шлюз; 4 – промывной карман
Рисунок 7.1 – Схемы бесплотинных водозаборов
Забор воды из реки по схеме на рис. 7.1 а, в ограничивает борьбу с наносами при водозаборе.
Применение головного сооружения (водозаборного шлюза) рис. 7.1 б позволяет регулировать забираемый расход воды и проводить активную борьбу с поступлением наносов в водозабор с использованием технического решения – порога.
Водозабор из реки по схеме на рис. 7.1 г позволяет вести двухступенчатую борьбу с наносами при водозаборе: на водозаборном шлюзе (2) и в промывном «кармане», выполняющий роль отстойника; при заилении отстойника имеется возможность его промыть с помощью промывного шлюза (3).
Конструкция водозаборного шлюза (водоприемника) при бесплотинном водозаборе приведена на рис. 7.2.
1 – решетка; 2 – шандоры; 3 – затвор; 4 – диафрагма; 5 – пазы для склада шандор;
6 – паз для низовых шандор; 7 – дырчатые плиты; 8 – обратный фильтр; 9 – понур из глины или глинобетона; 10 – бетонные плиты; 11 – бруски искусственной шероховатости
Рисунок 7.2 – Конструкция водоприемника
Из рисунка видно, что для уменьшения поступления наносов из реки в канал используют шандоры (2), которые позволяют забрать воду из реки в водозабор из верхних слоев, где меньше находится наносов.
Плотинные водозаборы
Плотинные водозаборные гидроузлы обеспечивают гарантированную подачу воды потребителю в любое время.
Боковой водозабор характеризуется компоновкой, в которой ось водозаборного шлюза расположена под прямым или тупым углом к фронту водосбросной плотины. Основная схема бокового плотинного водозабора представлена на рис. 7.3 и 7.4.
1 – водозаборный шлюз; 2 – промывной шлюз; 3 – водосливная плотина;
4 – земляная плотина; 5 – магистральный канал; 6 – струенаправляющие дамбы
Рисунок 7.3 – Боковой водозабор с промывным шлюзом
Назначение сооружений гидроузла: водозаборный шлюз – для забора воды из верхнего бьефа гидроузла и подачи в магистральный канал; промывной шлюз – для промыва наносных отложений перед водозаборным шлюзом; земляная плотина – для сопряжения водосбросной части плотины с правым берегом поймы; струенаправляющие дамбы – для плавного подвода потока к гидроузлу.
Меры борьбы с наносами: порог и промывной шлюз.
Рисунок 7.4 – Боковой водозабор Зеленчукской ГЭС.
Если
в простом боковом плотинном водозаборе
повысить входной порог и устроить в нем
под водоприемником и до водоприемника
наносоперехватывающие галереи, можно
практически полностью перехватить
донные наносы и сбросить их в нижний
бьеф (рис. 7.5). Расход галереи (0,2-0,25)
;
;
=
4-7 м/с.
Фронтальный плотинный водозабор устраивают на прямолинейных зарегулированных участках русел рек. В основу его работы положен принцип послойного разделения потока. Верхние, более чистые слои воды фронтально забираются водоприемником и далее поступают в канал. Нижние слои потока с большим содержанием донных наносов сбрасываются через донные промывные галереи в нижний бьеф.
Двухсторонний фронтальный водозабор (рис. 7.6) рекомендуется только в случае подачи воды на оба берега близких по значению расходов.
1 – магистральный канал; 2 – затвор на входе в магистральный канал; 3 – аванкамеры; 4 – промывные отверстия аванкамеры; 5 - наносоперехватывающие галереи; 6 – водозабор; 7 – промывные отверстия плотины; 8 – водосбросная плотина; 9 – глухая плотина.
Рисунок 7.5 – Боковой водозабор с наносоперехватывающими галереями
Такой водозабор считается одним из наилучших, однако он имеет следующие недостатки: стеснение водосбросного фронта плотины, сложность конструкции двухярусного сооружения с криволинейными лотками, затруднительность борьбы с ледошуговыми помехами, плавающими телами.
Водозабор с искусственным криволинейным подводящим руслом (рис. 7.7), названным ферганским типом. Криволинейное русло для усиления естественной поперечной циркуляции создается путем устройства земляной струенаправляющей дамбы (3) с мощным креплением напорного откоса. Предназначен он для предгорных участков рек с большим отбором воды.
1 – отстойник черед водозаборными пролетами; 2 – водозаборные лотки;
3 – промывные отверстия; 4 – водосбросная плотина; 5 – магистральный канал
Рисунок 7.6 – Фронтальный двухярусный водозабор
Основной недостаток водозабора этого типа состоит в необходимости проведения сравнительно больших регулировочных работ на реке.
Разрез
II
1 – плотина; 2 – головное сооружение; 3 – регулировочная дамба; 4 – порог;
5 – Г-образный криволинейный порог; 6 – канал
Рисунок 7.7 – Водозабор с искусственным криволинейным подводящим руслом