Агроводком
(347) 281-65-13
(347) 216-65-13
  Главная / Статьи / Водоснабжение, водопотребление /

Устройство водозаборов

Устройство водозаборов

За последние десятилетия в системах коммунального водоснабжения почти всех городов России построены или реконструированы водозаборные сооружения различных типов. В большинстве водозаборы из поверхностных источников строились с русловыми затопленными водоприемными оголовками, наиболее крупные из них (производительностью до 500 тыс. м3/сут и более) - в Саратове, Ульяновске, Перми, Тюмени, Хабаровске и других городах.

Широкое внедрение получили ковшовые водозаборы, построенные в этот период в системах коммунального водоснабжения Ростова-на-Дону, Омска, Новосибирска, Барнаула, Кемерово и других городов, а также приплотинные и водохранилищные водозаборы в Пензе, Челябинске, Рубцовске, Прокопьевске, Владивостоке и т. д. На этих водозаборах применены наиболее совершенные конструкции водоприемников, оборудование и технология, благодаря чему достигнута высокая надежность их работы.

Роль водозаборов в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения и принципы их размещения

Водозабор является первым звеном сложной системы водоснабжения, обеспечивающим питание всех водопотребителей. Занимая головное положение в системе, водозабор имеет определяющую роль в ее функционировании. Современный водозабор для водоснабжения крупного города представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений, оснащенных энергетическим и механическим оборудованием, системой автоматического и телемеханического управления. Такой водозабор должен работать бесперебойно при любых условиях забора воды, существенно изменяющихся по сезонам года.

Судоходство, лесосплавы, шугоход и ледоход, резкие колебания уровней воды, а также непредвиденные обстоятельства нарушают работу водозаборов. Даже небольшие нарушения режима работы водозабора влекут за собой крупные осложнения в водоснабжении, аварии же могут принести материальный ущерб, многократно превышающий стоимость самих водозаборных сооружений. Поэтому строительство и эксплуатация водозаборов обязательно должны сочетаться со всеми другими видами водопользования.

Учение о водозаборах из поверхностных источников, разработка их конструкций и технологии были заложены по существу только в послереволюционный период. Здесь почти полностью отсутствует заимствование зарубежного опыта, ибо условия забора воды на реках России значительно сложнее, чем на реках Западной Европы. Уже в годы первой пятилетки были проведены эксперименты и натурные исследования по открытым водозаборам в Кузбассе и Донбассе, на Волге и т. д., что в значительной степени обусловливалось высокими темпами роста водопотребления. Особенно бурный рост коммунального водопотребления имел место во второй половине прошлого столетия благодаря массовому жилищному строительству в нашей стране и коренному улучшению благоустройства городов.

Все это влечет расширение масштабов строительства водопроводов в целом и как составного их звена - водозаборных сооружений. Очевидно, и в дальнейшем исходя из ожидаемого роста водопотребления, будет происходить интенсивное развитие водозаборов. С ростом водопотребления менялись не только масштабы отбора воды из поверхностных источников, не только возрастало число водозаборов, но (что особенно существенно) изменялся их тип, совершенствовалась технология с учетом специфики рек отдельных регионов и требований рыбоохраны, увеличивалась водозахватная способность водоприемных устройств.

С укрупнением (увеличением мощности) водозаборов возрастают требования к надежности (бесперебойности) их работы, ибо многократно увеличивается возможный материальный ущерб при аварийных ситуациях, а это требует в свою очередь более глубокого изучения гидрологических и иных условий забора воды, усовершенствования конструкций и технологии водозаборов. Большие эксперименты и теоретические разработки в этой области, проверка их в натурных условиях дают огромный материал для обобщения исследований, более широкого внедрения в производство их результатов.

С созданием водохранилищ на Волге, Каме, Днепре, Оби, Енисее, Ангаре, со строительством крупных каналов существенно изменились условия (технические и правовые) забора воды, возникли комплексные решения водохозяйственной проблемы с учетом различных водопользователей: хозяйственно-питьевое и промышленное водоснабжение, гидро- и теплоэнергетика, орошение, рыбоводство и т. д.

Важное значение всесторонней оценки источников хозяйственно-питьевого водоснабжения вытекает из того, что выбор источника, места расположения водозабора на нем и отдаленность водозабора от населенного пункта в большой степени отражаются на устройстве системы водоснабжения в целом, на всех иных видах водопользования и на водоохранных мерах.

По существу выбор того или иного источника для хозяйственно-питьевого водоснабжения устанавливает систему водопользования и основные принципы взаимоотношения водопользователей с водными объектами на далекую перспективу, и тем более сейчас, когда из-за бурного роста городов, освоения новых территорий, активного экологического воздействия на источники водозаборы приходится удалять на многие десятки километров от населенных пунктов, например в Риге, Иванове, Ижевске, Владивостоке, Саранске и во многих городах за рубежом.

Так, для водоснабжения Праги построен уникальный водозабор в комплексе с плотиной высотой 58 м, длиной 620 м и вместимостью водохранилища 264 млн. м3. Подача воды с водозабора осуществляется по системе водоводов и подземному туннелю на расстояние более 70 км. Для водоснабжения Хельсинки построен водозабор с подачей воды по подземному туннелю на 120 км.

Строительство водозаборов и всего комплекса головных сооружений водопровода с производственными, административными и жилыми зданиями помимо чисто строительных работ включает нередко переселение на новые места (из зоны затопления) населенных пунктов, оздоровление территории, облесение, снятие растительного слоя, расчистку русел малых водотоков и т.д. В крупных городах строительство водозаборов нередко дает начало развитию нового производственно-административного комплекса и жилого поселка со всей его инфраструктурой (например, поселки на водозаборах в Кемерове, Прокопьевске, Новосибирске и т.д.). Строительство таких водозаборов осуществляется не только для одного города, но и для нескольких населенных пунктов, включая сельскохозяйственные комплексы и сельские населенные пункты. Например, водозабор из Невы в Ленинградской обл. обеспечивает водой города Пушкин, Павловск, Гатчину, Ломоносов, Красное Село и несколько сельских населенных пунктов; запроектирован водозабор из Дона для Ростова-на-Дону, Новочеркасска, Батайска и т. д.

В связи с территориальным перераспределением стока рек и строительством крупных водохозяйственных систем (например, системы на базе каналов Иртыш - Караганда, Северский Донец - Донбасс и т. д.) построено большое число новых водозаборов общего назначения: коммунальное, промышленное и сельскохозяйственное водоснабжение, а также орошение земель. Головной водозабор на канале Иртыш - Караганда имеет расчетную производительность 75 м3/с с подачей воды на расстояние свыше 500 км, причем отбор столь большого расхода воды из Иртыша осуществляется без зарегулирования стока (бесплотинным водозабором).

На самом канале построено несколько водозаборов берегового типа (совмещенных с насосными станциями), наиболее крупные из которых обеспечивают подачу воды в Экибастузский, Карагандинский и Темиртауский промышленные районы. Строительство этого водохозяйственного комплекса сочеталось с использованием и модернизацией водозаборов на местных маловодных источниках (подземных и поверхностных). За счет сброса воды из канала в р. Нуру и поступления ее в Самаркандское водохранилище достигнуто увеличение производительности ранее построенных водозаборов. Ниже этого водохранилища в 180 км предусмотрен приплотинный водозабор для подачи воды в район Джезказгана.

Массовое строительство водозаборов большой производительности стало возможным благодаря не только новым технологическим средствам, но и выпуску мощного насосно-энергетического оборудования, запорной и регулирующей арматуры, средств управления и автоматики. Массовое использование рек, особенно малых, для централизованного водоснабжения, отрицательное антропогенное воздействие на их водность и качество воды привели к необходимости комплексного решения задач водопользования, включая не только устройство водозаборов, но и регулирование стока, сохранение и улучшение качества воды в источниках. На этой основе уже созданы крупные водопроводные системы в Свердловске, Владивостоке, создается в Челябинске.

Согласно Основам водного законодательства [26, ст. 32], при проектировании, строительстве и эксплуатации водохранилищных водозаборов режим пополнения и сработки водохранилищ должен устанавливаться с учетом интересов всех водопользователей и землепользователей, находящихся в зоне влияния водохранилища. Данное положение распространяется также и на водозаборы из озер.

Типы водозаборов и условия их применения

водозабор

Устройство водозаборов определяется совокупностью факторов: потребным расходом воды и его соотношением с дебитом источника, типом источника (река, озеро, водохранилище, канал и др.), его гидрологическим и шуголедовым режимом, переформированием ложа и транспортированием наносов, условиями строительства в акватории и прибрежной части и т. д. В коммунальном хозяйственно-питьевом водоснабжении наиболее распространены речные водозаборы с русловыми и реже с береговыми водоприемниками различных типов. Практика эксплуатации показывает, что наиболее часто осложнения в работе водозаборов происходят из-за неполадок на водоприемных устройствах.

Известно более 30 типов затопленных водоприемных оголовков, применяемых, в зависимости от требуемой надежности водоснабжения, в различных природно-климатических условиях. На небольших реках, не используемых для лесосплава и судоходства, с относительно легкими природными условиями при малой производительности (0,02 - 0,2 м3/с) водозабора применяют простейшие раструбные оголовки на сваях, а при производительности до 0,5 м3/с - трубчатые или тарельчатые незащищенные оголовки. На реках с небольшими глубинами и средними природными условиями применяют ряжевые оголовки с боковым приемом воды производительностью до 1 м3/с, а при тяжелых шуголедовых условиях - фильтрующие ряжевые оголовки.

На лесосплавных реках с легкими и средними природными условиями применяют железобетонные раструбные оголовки с боковым приемом воды при производительности водозаборов до 1 м3/с и железобетонные двухсекционные с вихревыми камерами при большей производительности (до 3 м3/с). Оголовок с трубчатой вихревой камерой применяют на реках с тяжелыми природными условиями для малой и средней производительности водозаборов.

Массивные бетонные и железобетонные оголовки, монолитные или сборные рекомендуются для судоходных и лесосплавных рек при больших скоростях течения и любой производительности. Фильтрующие (простые и комбинированные) оголовки применяют при малых глубинах потока, большом количестве донных и взвешенных насосов в чрезвычайно тяжелых шуголедовых условиях как при малой, так и при большой производительности водозаборов. В отдельных случаях - при особо тяжелых шуголедовых условиях и малых глубинах потока - невозможно обеспечить устойчивую работу водозаборов с русловыми водоприемниками даже при малой их производительности (>0,5 м3/с), и в этом случае возникает необходимость устройства ковшей. Чаще же всего ковши применяют при производительности >2...3 м3/с.

На шугозажорных реках со значительными подъемами уровней в предледоставный период и при ледоставе, на реках с тяжелым весенним ледоходом применяют незатопляемые ковши, частично или полностью выдвинутые в русло. Если к тому же речным потоком транспортируются насосы (до 0,75 кг/м3) и возможен подсос загрязненных вод, на таких ковшах делают затапливаемые при паводках шпоры. На реках, не допускающих стеснения русла в периоды паводков, а также при недостаточных глубинах в межень и возможных береговых шугозажорах применяют затапливаемые ковши частично или полностью выдвинутые в русло. А если, кроме того, необходимо поддержание у входа в ковш или на подходе к нему глубин, превышающих бытовые, рекомендуется: применять ковши с самопромывающимся входом. Заглубленные в берег ковши с углом отвода 135° применяют на реках с ограниченной интенсивностью шуголедовых явлений, русла которых сложены слабыми или мелкозернистыми грунтами. Ковши с верховым входом сейчас не рекомендуются.

Наиболее отработанной технологией строительства оголовков является погружение металлического кожуха с последующим заполнением его стенок бетоном. Сложности производства подводных работ не всегда позволяют установить оголовок в строгом соответствии с проектом. Тем не менее совершенно недопустима установка его выше расчетных отметок, с наклоном в ту или иную сторону, с разворотом к направлению потока и т. д. При грядовом перемещении наносов высота гряд может достигать 1...1,5 м, следовательно, порог водоприемных окон по возможности должен быть высоким и исключать захват наносов, в любом случае он должен быть не менее 0,5 м.

Уровень воды над водоприемником даже в самых неблагоприятных условиях должен исключать образование водоворотной воронки, через которую подсасывались бы воздух и плавник. В этой связи следует строго ограничивать высоту водоприемных окон и самого водоприемника. Но даже при самых ограниченных возможностях недопустимо заглубление верха окон менее 0,3 м от поверхности воды и верха оголовка менее 0,2 м от нижней плоскости льда. Снижение уровня в источнике с уменьшением этих параметров ниже допустимых значений на действующих водозаборах должно расцениваться как аварийная ситуация, требующая принятия неотложных мер.

Оголовки, масса которых может достигать 200 т, а габариты внушительных размеров (высота до 5 м, площадь основания до 75 м2), устанавливают на естественное скальное основание или, если русло сложено слабыми грунтами, на каменную подсыпку. При строительстве водоприемных оголовков и ковшей нередко возникает необходимость углубления дна реки и выполнения связанных с этим трудоемких работ, в особенности когда русло сложено скальными породами. Целесообразно в таких случаях использовать плавучие буровые установки (ПБУ) и скважинный метод взрывных работ. ПБУ представляет собой металлическое сборно-разборное сооружение, состоящее из платформы, двух понтонов и опорных колонн. На платформе смонтированы буровые станки, лебедки и вспомогательное оборудование. Применяют ПБУ при глубине воды в источнике-1,8...8 м. Применение буровзрывного метода с использованием ПБУ позволяет, в сравнении с ранее применявшимся методом накладных зарядов, существенно сократить сроки строительства водозаборов и уменьшить вредное воздействие взрывов на фауну водоема.

Самотечные и сифонные трубопроводы водозаборов прокладывают, как правило, из стальных труб диаметром 250...1420 мм с толщиной стенки 12...14 мм. Длина таких трубопроводов составляет чаще всего 50...150 м, но иногда достигает 800 м и более. Укладывают их на глубину до 10 и даже до 25 м в береговой части и не менее 0,5 м в русле. На многих действующих сейчас водозаборах самотечные линии уложены секционным способом с муфтовым соединением труб. В последние два десятилетия укладку их производят чаще всего способом свободного погружения (аналогично дюкерам), что существенно сократило сроки строительства и объем ручного труда водолазов. Трубопроводы эти в обязательном порядке должны быть присыпаны защитным слоем из камня толщиной не менее 0,5 м вровень с поверхностью дна реки.



ВАШ КОММЕНТАРИЙ:

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:

Введите символы: *

captcha
Обновить

   Статьи по теме:

Подбор насосной установки повышения давления
Подбор насосной установки повышения давления
Подбор установок следует производить после того, когда рассчитан максимальный часовой расход. Именно этот параметр определяет установленную производительность насосной установки. Расход ниже данного параметра является малопрогнозируемым ...  >>>
Ремонт колодцев
Ремонт колодцев
Повреждения деревянных колодцев чаще всего бывают вызваны преждевременным загниванием одного или нескольких бревен в срубе ...  >>>
Автоматика  и защита для насосов
Автоматика и защита для насосов
Помимо защиты от гидроударов и частых отключений-включений в различных моделях насосов могут быть предусмотрены и другие виды защиты: от перегрева и перегрузки, от "сухого хода", от "скачков" напряжения....  >>>

все статьи  >>>