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:

Скважина на дачном участке
Скважина на дачном участке. Приобретая дачный участок, каждый человек надеется на то, что он комфортно проведет время и отдохнет. Поэтому одним из вопросов, которые должны обеспечить комфорт является водоснабжение дачного участка ...  >>>
Выбор и экономичная эксплуатация насосов
Выбор и экономичная эксплуатация насосов
Экономичная эксплуатация насоса начинается на стадии его приобретения. Оптимально выбранный для конкретных условий эксплуатации насос во многом обеспечивает минимизацию затрат на производство ... >>>
Использование вибрационных насосов
Использование вибрационных насосов
Среди огромного разнообразия бытовых и промышленных насосов, предназначенных для конкретно определенных потребностей, семейство бытовых вибрационных насосов является уникальным, заслуживающим отдельного внимания ...  >>>

все статьи  >>>