3.2. Водозаборные сооружения из поверхностных источников

Место расположения водозабора выбирается исходя из усло­вий, обеспечивающих его бесперебойную работу. Поэтому реко­мендуется располагать водоприемники выше населенных мест и других источников загрязнения реки с учетом гидрологического режима:

• достаточной глубины, обеспечивающей требуемое заглуб-­ ление водоприемника;

• устойчивого русла в течение многих лет;

• отсутствия отложений, наносов и образования взвеси;

• благоприятных ледовых условий (поверхностного и глубин­- ного льда).

В крупных реках с малым содержанием взвеси для этого могут служить прямые участки реки, наличие коренного незатопленного берега, к которому прижимается русло реки с достаточными глуби­нами. Следует избегать расположения водозабора в широкой зали­ваемой в половодье пойме, на участках разделения основного русла на рукава, ниже островов и устьев притоков и оврагов, влияющих своими наносами на устойчивость русла реки.

В практике водоснабжения встречаются различные по конст­рукции сооружения. Так, при наличии широкой поймы и пологого

Рис. 3.1. Русловой водозабор раздельного типа: 1 - приемные окна;

2 - оголовок; 3 - самотечные линии; 4 – пьезометрические линии; 5-трубопровод промывки; 6 - береговой колодец; 7- сетки; 8 - перегородка;

9 - задвижки; 10 - кран-балка; 11 - здание; 12 - всасывающие трубы; 13 - насосная станция I подъема; 14 - здание; 15 - напорные водоводы; 16- камера переключений; 17-задвижки; 18- насосы; 19 -обратный клапан

По технико-экономическим соображениям русловые водозабо­ры рекомендуется совмещать с насосной станцией I подъема при лю­бой амплитуде колебаний воды, производительности 1-6 м³/с и вы­соте всасывания насосов не более 3-4 м. Оголовки делаются из бе­тона или железобетона. Они имеют водоприемную камеру, пере­крытую решетками с вертикальными стержнями для предупрежде­ния попадания в трубы крупных предметов и рыб. Размеры труб и водоприемных окон определяются в результате гидравлических расчетов. Для защиты решеток от обмерзания льдом применяют электрообогрев, а металлические стержни покрывают жидким стеклом, резиной или выполняют и из гидрофобных материалов.

Самотечные или сифонные трубопроводы устанавливаются из стальных, чугунных, железобетонных или асбестоцементных труб. Чтобы обеспечить бесперебойную работу системы водоснабжения таких линий должно быть не менее двух. Самотечные или сифон­ные трубы укладываются без каких либо поворотов. Диаметр тру­бопровода определяют гидравлическим расчетом в зависимости от заданного расходы воды и принимаемой скорости течения воды. Для самотечных трубопроводов расчетная скорость составляет 0,7-1,5 м/с, для сифонных линий 0,6-0,75 м/с.

Береговые водозаборы, в отличие от русловых, применяют при высоких и достаточно крутых берегах, а также при наличии у берега глубин, обеспечивающих нормальный забор воды. Водоза­боры берегового типа располагают в толще берега, а вода в них по­ступает непосредственно через водоприемные окна. Насосы станции I подъема могут размещаться совместно с водозабором или в от­дельном здании. По технико-экономическим соображениям берего­вые водозаборы раздельного типа рекомендуется сооружать при ам­плитуде колебаний уровней в реке до 6-8 м, высоте всасывания на­сосов более 3-4 м и производительности водозабора 1—1,5 м /с.

Береговые колодцы водозаборов представляют собой железо­бетонную камеру, передняя стенка которой обращена к руслу реки. Вода в него поступает через входные окна, перекрываемые решет­ками, предупреждающими попадание плавающих предметов. Пря­моугольная форма колодцев предпочтительнее. Береговой колодец делится перегородкой на две камеры - водоприемную и всасываю­щую. Из всасывающей камеры воду забирают насосами I подъема. Размеры берегового колодца определяют гидравлическим расчетом,

а также конструктивно, исходя из условий размещения оборудова­ния и условий эксплуатации. Размеры и конструкция водозабора должны обеспечивать забор воды наилучшего качества, беспере­бойную работу, осаждение крупных фракций наносов, задержание крупных предметов, рыбы, водорослей и мусора, нормальные усло­вия работы всасывающих труб и насосов.

3.3. Водозаборные сооружения для подземных вод

Подземные воды залегают на различных глубинах в водонос­ных породах. В зависимости от этого для забора воды используют сооружения следующих типов:

• трубчатые буровые колодцы, или артезианские скважины, для захвата воды в напорных пластах, залегающих на глубине свы­- ше 10 м;

• шахтные колодцы, которые отрываются в маломощных во­- донапорных пластах, залегающих на глубине до 10 м от поверхно­ сти земли;

• лучевые водозаборы строятся для захвата подземных вод в пластах мощностью до 20 м, располагающихся на глубине до 20 м вблизи рек и озер;

• горизонтальные водозаборы строятся для перехвата отдель­- ных струй подземных вод при неглубоком залегании и небольшой мощности пластов, а также при перехвате потоков воды в местах их разгрузки на склонах оврагов, балок, речных и морских террас;

• инфильтрующие водозаборы предназначены для захвата во­- ды поверхностных вод, фильтрующихся через грунт; конструктив­ но оформляются так же, как горизонтальные водозаборы;

• каптажные устройства для забора подземных вод, имеющих концентрированный выход в виде ключей или родников.

Приток воды к водозаборным сооружениям зависит от многих факторов, в том числе от водообильности и вида водоносного пла­ста, который может быть напорным или безнапорным, типа сква­жины по условиям совершенства, количества водозаборных сква­жин и условий их взаимодействия между собой, с водоносными слоями и водоемами. Подземные воды, которые насыщают водо­носный слой не на всю его толщину, называют безнапорными, а

для совершенной скважины

для несовершенной скважины

воды, которые насыщают полностью водоносный слой и образуют некоторый напор, называют напорными.

Путем бурения в земле скважин (рис. 3.2) устраиваются труб­чатые колодцы. Если скважины вскрывают водоносный пласт на полную его мощность, тогда ее называют совершенной, а если на неполную - несовершенной. Когда вода не забирается, уровень во­ды в трубчатом колодце будет на статическом уровне. Откачка во­ды из колодца приводит к понижению уровня вод. Переход уровней воды вокруг скважины имеет вид плавной кривой, называемой де-прессионной. При этом вокруг колодца образуется депрессионная воронка, за счет разностей уровней воды вне воронки и у трубчато­го колодца организуется движение воды к колодцу.

Рис. 3.2. Оборудование водозаборной скважины:

1 - оголовок; 2 — обсадная труба; 3 - обсадим колонна; 4 - насос;

5 - всасывающие отверстия, 6 - погружной электродвигатель; 7 - надфильтровая труба; 8 - фильтр; 9 - сальник; 10 - водоподъемная труба

При установившемся движении подземного потока приток во­ды к одиночной совершенной скважине, питаемой напорными во­дами, приток воды Q, м³ /сут., можно определить по формулам:

где т - мощность пласта, м;

к_ф - коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут.;

r - радиус скважины, м;

R - радиус влияния скважины (депрессионной воронки, обра­зуемой вокруг скважины при откачке воды), м;

q_уд - удельный дебит скважины, м³/сут.м, т. е. расход воды из скважины при понижении статического уровня на один метр;

S = S_ст – S_дин - понижение статического уровня воды в скважи­не с S_ст до S_дин, м;

k - коэффициент, учитывающий совершенство скважины.

Значения т, к_ф, R устанавливаются гидрологическими изыска­ниями. Удельный дебит скважины q_ya определяют по результатам опытных откачек.

Потребное количество рабочих скважин определяют по фор­муле

h = Q_р /Q₁

где Q_р - расчетный расход воды из скважин;

Q₁= qS_возм - возможный дебит скважины;

S_возм = (0,2...0,3)H_в - возможное понижение статического уровня воды в зависимости от высоты столба воды в скважине.

Фильтры являются одним из наиболее ответственных элемен­тов водозаборных сооружений и служат для предупреждения выно­са частиц водоносной породы при подаче воды. Фильтр должен об­ладать достаточной механической прочностью, необходимой хими­ческой стойкостью, хорошей пропускной способностью и долго-

вечностью. Тип и конструкцию фильтра выбирают в зависимости от характера водоносных пород, глубины скважины, расхода и ка­чества воды, условий и режима эксплуатации скважин (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Область применения различных фильтров

Водоносная порода	Крупность частиц, мм	Применяемый тип и конструкция фильтра
Полускальные	-	Дырчатые, щелевые, каркасно-
		стержневые
Щебенистые и галеч-	20-100	То же
ные
Гравий	2-5	Дырчатые, щелевые, проволочные
Пески:
крупные	1-2	Проволочные с поверхностью из
		стального листа
средние	0,25-0,5	Сетчатые из сетки гладкого плетения
мелкие	0,1-0,25	Тоже

Шахтные колодцы применяются для забора воды из мало-дебитных водоносных пластов, залегающих на глубине до 20 м. Шахтный колодец состоит из водоприемной части, ствола и над­земной части (оголовка). Для создания запаса воды и ее отстаива­ния внизу шахтного колодца устраивают отстойную часть, глубина которого достигает 10 м. Ствол предназначен для крепления стенок колодца от обрушения и для размещения трубопроводов и обору­дования. Шахтные колодцы выполняются из сборных железобетон­ных колец, бетона, камня или дерева. Для приема воды дно колодца устраивают в виде обратного фильтра путем засыпки послойно крупнозернистых материалов с постепенным увеличением фрак­ций. Оголовок должен возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,8 м и закрываться крышкой. Для предохранения ко­лодца от загрязнения вокруг него устраивается глиняный замок глубиной 1,5-2 м, шириной 0,5 м, который сверху закрывается от-мосткой шириной 1-2 м с уклоном 0,1 от колодца. Дебит шахтного колодца определяется по формуле

где k_ф - коэффициент фильтрации, м/сут.;

S - понижение уровня воды при откачке, м;

r = D/2 - внутренний радиус колодца, м;

R - радиус влияния колодца, м;

H - мощность водоносного пласта, м.

При R/H < 10 дебит шахтного колодца определяют по формуле

По сравнению с трубчатыми колодцами шахтные колодцы доступны для осмотра и ремонта, имеют большую поверхность во­доприемной части, что обеспечивает приток воды с небольшой скоростью и, следовательно, предупреждает вынос водоносной по­роды. Шахтные колодцы позволяют устанавливать насосы больших габаритов с более высоким КПД. Они обладают большей долговеч­ностью и надежностью, что позволяет аккумулировать большие за­пасы воды. Недостатком шахтных колодцев является более высокая стоимость и затруднения в поддержании их хорошего санитарного

состояния.

Лучевые водозаборы являются разновидностью шахтных ко­лодцев и состоят из трех основных элементов: шахтного колодца, системы горизонтальных скважин, выходящих из нижней части шахты радиально в виде лучей и подземного павильона, в котором размещается оборудование водозабора. Лучевые водозаборы целе­сообразно применять для приема воды из маломощных водоносных пластов мощностью до 10 м, расположенных на глубине до 50 м, а также для приема вод, фильтрующихся из открытых водоемов че­рез русловое дно и берега.

Горизонтальные водозаборы применяются при глубине зале­гания водоносных пластов до 5 м и малой мощности до 2-3 м. Чаще всего их размещают вблизи открытых водоемов. Водоприемная часть выполняется в виде каменно-щебеночной дрены размером 30x30 или 50x50 см, которая укладывается на дно траншеи в водо­носном пласте. Более совершенным является водоприемное уст­ройство в виде перфорированных труб или галерей, которые могут

быть бетонными, железобетонными, кирпичными, асбестоцемент-ными или пластмассовыми. Для исключения выноса частиц породы вокруг дрен устраивают фильтр из двух-трех слоев гравийной за­сыпки. Для систематического наблюдения за работой водоприем­ной части и для своевременной очистки необходимо устраивать смотровые колодцы. Смотровые колодцы выполняют обычно из бе­тонных или железобетонных колец диаметром 1 м. Сборная камера служит для приема воды, осаждения взвеси, наблюдения за работой водозаборных сооружений и регулирования подачи воды потреби­телям. Вода потребителям из сборной камеры подается потребите­лям самотеком или насосной станцией.

Для приема родниковых вод строятся специальные каптажные сооружения. Родниками и ключами называются естественные вы­ходы подземных вод на поверхность земли. Родниковые воды, как правило, прозрачные, имеют высокое санитарное качество и про­сты в добывании. Родники разделяют на восходящие, когда напор­ные подземные воды выходят на поверхность через трещины в кровле пласта, и безнапорные, когда происходит выход безнапор­ных вод на склоне гор, оврагов, террас и других мест.

Процесс сбора родниковой воды называют каптажем родни­ков. Выбор конструкции каптажного сооружения зависит от типа родника, характера водоносного пласта (трещиноватые, гравийные или песчаные породы), характера выхода родника (отдельная жила, группа), толщины слоя грунта, закрывающего выход родниковых вод. геологических и местных условий. Конструкции каптажных сооружений могут быть самыми разнообразными: от простейших каменных набросок и естественных бассейнов до сложных кирпич­ных или железобетонных камер. В камеры восходящих родников вода поступает через днище, а для нисходящих - через отверстия в стенах камер. Для предотвращения выноса грунта из водоносного пласта через входные отверстия укладывается обратный фильтр. Камеры оборудуются расходной, переливной и вентиляционной трубами.

Для более полного захвата нисходящих родников устанавли­вают улавливающие стенки, располагаемые перпендикулярно на­правлению движения воды. Эти стенки устраиваются из водоупор­ных материалов. Они перехватывают воду и направляют ее к при­емной камере. Собранная вода отводится потребителям самотеком

или накапливается в сборном резервуаре, а затем подается насоса­ми потребителям.