Для просмотра сайта используйте Internet Explorer
|
|
2.2.Сооружения для забора подземной воды
Тип и схемы размещения сооружений для забора подземных вод зависит от глубины залегания и мощности водоносного горизонта. Выбор их производится по геологическим и гидрогеологическим изысканиям и другим природным особенностям района.
Водозаборные сооружения для приема подземных вод подразделяются на водозаборные скважины, шахтные колодцы, горизонтальные и лучевые водозаборы.
Водозаборные скважины используются для приема безнапорных и напорных подземных вод с глубин более 10 м. Устраиваются они путем бурения колодцев, стенки которых крепятся обсадными трубами. В нижней части скважины в пределах водоносного пласта устанавливается фильтр, который может быть дырчатым, щелевым, сетчатым, проволочным, гравийным, каркасностержневым, блочным. Тип фильтра выбирается в зависимости от глубины скважины и характера водоносных пород. Учитывается также качество забираемой воды, условия и режим эксплуатации скважины.
Шахтные колодцы применяются для забора подземных вод, залегающих на глубине до 30 м.
Сооружаются колодцы из бетона, железобетона, кирпича, гранитных камней или дерева. Шахтные колодцы дороже водозаборных скважин и при их эксплуатации труднее поддерживать надлежащее санитарное состояние.
Горизонтальные водозаборы применяются для приема грунтовых вод, залегающих на глубине до 8 м и при малой мощности водоносного горизонта. Чаще всего их размещают вблизи открытых водоемов. Водозаборы выполняют из бетонных, железобетонных, асбестоцементных или керамических труб с круглыми или щелевыми отверстиями. В состав сооружения горизонтального водозабора входят: водоприемная часть, водоводы, смотровые колодцы и сборная камера. Для предотвращения выноса частиц грунта водосборные трубы обсыпают гравием (дренажная обсыпка). Горизонтальные водозаборы работают эффективно при наличии широкого потока подземных вод.
Лучевые водозаборы применяются для приема воды из водоносных горизонтов небольшой мощности (до 10 м), распо-ложенных на глубине до 50 м, а также при возникновении необходимости в использовании инфильтрационных вод (из рек и искусственных бассейнов). Эти водозаборы являются разновидностью шахтных колодцев и состоят из камеры, системы горизонтальных скважин, отходящих от камеры в радиальных направлениях (в виде лучей), и наземного павильона.
При наличии нескольких водоносных горизонтов применяются многоярусные лучевые водозаборы.
Недостатком лучевых водозаборов являются трудоемкость бурения горизонтальных скважин и необходимость сооружения для надежного снабжения потребителей водой минимум двух шахт.
2.3.Оборудование водозаборов
На водоприемных окнах устанавливают решетки, которые представляют собой раму с металлическими стержнями круглого или прямоугольного сечения (50х6 мм). Расстояние между прутьями принимается от 50 до 200 мм.
Сетки устанавливают между береговой сточной камерой и всасывающей камерой. Применяют сетки с мелкой ячейкой (от 2х2 мм до 5х5 мм) при толщине проволоки 1-1,5 мм и с более крупной: 25х25 мм из проволоки толщиной 2-3 мм.
Для отключения отдельных секций водозаборных сооружений с целью их очистки или ремонта применяют затворы различного типа: щитовые и дроссельные.
Щитовые или шиберные затворы состоят из чугунной рамы и щита, который можно поднимать или опускать штангой, приводимой в действие специальным механизмом.
Дроссельный затвор – это круглый диск, закрепленный на поворачивающейся оси. Штанга, поворачивающая ось, выведена на незатопляемое перекрытие.
Плоские (съемные) сетки представляют собой проволочное сетчатое полотно, натянутое на стальную раму из уголковой стали. Сетчатое полотно, как правило, из проволоки диаметром 1—2 мм из нержавеющей стали или другого коррозионностойкого материала с размером ячеек 5х5 мм и менее закрепляется по контуру рамы. Оно дополнительно опирается на жесткие стержни поддерживающей сетки (из проволоки 2—3 мм с ячейками 20х20 мм или 25х25 мм), исключающей возможность его прорывов давлением воды при загрязнении. Очищают и промывают плоскую сетку вручную в служебном павильоне над водоприемным колодцем, для чего ее периодически поднимают с помощью ручной тали. Способ этот трудоемок и ненадежен, ограничивает область применения плоских сеток водозаборами производительностью не более 0,5—1,0 м3/сек, забирающими воду из относительно чистых не засоренных водоемов.
При заборе больших расходов воды, а также использовании загрязненных водоемов применяют ленточные вращающиеся сетки, которые имеют значительное преимущество перед плоскими (съемными) сетками, так как их промывка и удаление загрязнения полностью механизированы.
Забор воды из берегового сетчатого колодца осуществляется всасывающими трубопроводами насосов из всасывающего отделения, т. е. после процеживания воды через сетки. Для предотвращения заиливания колодца взвешенными частицами, поступающими вместе с водой и выпадающими в осадок вследствие резкого уменьшения скорости движения воды в колодце, береговой сетчатый колодец должен быть оборудован удаляющими ил устройствами — эжекторами, всасывающими трубопроводами грязевых насосов, специальными приямками, а при больших расходах — и взмучивающими трубопроводами, для разрыхления слежавшегося осадка.
При небольшой и средней производительности водозаборов, слабом основании, незначительных амплитудах колебания воды в реке (до 6—8 м) и использовании насосов с допустимой высотой всасывания более 3—4 м устраивают водозаборный узел берегового типа раздельной компоновки. При такой компоновке насосная станция первого подъема располагается в отдалении от берегового водоприемного колодца, на участке с более надежным основанием, с незначительным заглублением, а поэтому с лучшими условиями работы электросилового оборудования. Оба сооружения, и в особенности береговой сетчатый колодец, имеют незначительную площадь и соединяются между собой всасывающими трубопроводами, обычно уложенными в проходной галерее. Существенным недостатком такой компоновки водозаборного узла берегового типа являются сложность обслуживания сооружений. Невозможность ее осуществления при использовании насосов с малой высотой всасывания ограничивают область ее применения. Поэтому при значительных колебаниях уровней воды, хороших основаниях и средней и большой производительности водозаборов применяют схему берегового водозабора, совмещенного с насосной станцией первого подъема. Такая схема компоновки значительно упрощает условия эксплуатации водозаборного узла, характеризуется наиболее благоприятным гидравлическим режимом, обеспечивает максимальное использование объема сооружения, снижает его строительную стоимость, однако значительно усложняет технологию его возведения и условия эксплуатации электросилового оборудования.
Размеры берегового водоприемного колодца в плане определяются габаритами водоприемных отверстий и сеток, числом и диаметром всасывающих трубопроводов. Размеры водоприемников, совмещенных с насосными станциями, зависят также от числа и типа установленных насосов. Вертикальные параметры водозабора зависят от амплитуды колебания уровней воды в реке. Толщина ледового покрова, грунтовые условия и метод производства работ по его возведению также определяют вертикальные параметры водозабора. Независимо от схемы компоновки водозаборного узла его проектирование следует увязывать с проектированием насосной станции и подбором насосного оборудования. Это позволяет наиболее рационально выбрать число и тип насосных агрегатов, а также определить число секций водоприемного колодца, а, следовательно, и его размеры.
Водозаборный узел руслового типа представляет собой комплекс сооружений по приему воды из реки или канала в отдалении от берега, транспортирование ее к водоприемному сетчатому колодцу, грубой ее очистки и подачи на очистные сооружения или в сеть. Состоит русловый водозабор из водоприемного устройства — оголовка, расположенного непосредственно в реке или канале. Оголовок самотечными или сифонными водоводами соединяется с водоприемным сетчатым колодцем берегового водоприемного колодца, в котором осуществляется грубая механическая очистка воды.
Устройство и эксплуатация русловых водозаборных узлов значительно сложнее, чем береговых водозаборов, а надежность в работе меньше, так как их водоприемная часть труднодоступна для осмотра, самотечные или сифонные водоводы могут заиливаться, засоряться и забиваться шугой. Оборудование берегового колодца намного сложнее. Применение их ограничено небольшой и средней производительностью водозаборов, если по природным условиям невозможно устройство водоприемников берегового типа.
Оголовок служит не только для непосредственного приема воды из источника, но и для укрепления и защиты от повреждений концов самотечных, сифонных и всасывающих трубопроводов в русле реки. От конструкции, места расположения и надежности работы оголовков в значительной степени зависит бесперебойность подачи воды в систему водоснабжения.
В настоящее время имеется большое количество конструктивных решений по устройству оголовков в различных природных условиях. Все они могут быть разделены на три основные группы: постоянно затопленные, затапливаемые высокими водами и не затапливаемые.
Постоянно затопленные оголовки располагают ниже минимального расчетного уровня воды и нижней кромки ледяного покрова при ледоставе. Они наиболее дешевы, менее трудоемки при строительстве и широко применяются при устройстве систем хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения. В то же время невозможность осмотра и очистки сороудерживающих решеток водоприемных отверстий при высоких уровнях воды, шугоходе и ледоходе делает их менее надежными в отношении обеспечения бесперебойности подачи воды потребителю. Они должны быть оборудованы вспомогательными средствами для наблюдения за их работой и состоянием и для промывки сороудерживающих решеток обратным током воды, а также для борьбы с оледенением и обрастанием.
Конструкция и расположение затопленных водоприемных оголовков не должны нарушать движение водного потока и донных наносов, для чего их формы должны быть удобообтекаемыми. Водоприемные отверстия следует располагать так, чтобы в них практически не завлекались донные наносы, шуга и сор, плывущие в разных слоях потока, а также рыба.
Постоянно затопленные оголовки следует устраивать с боковым или низовым приемом воды. При таком расположении, как показала практика эксплуатации, сор и шуга, закупорившие решетки, при прекращении забора воды постепенно смываются потоком. Создание обратного тока воды через решетку ускоряет смыв сора.
Конструкция оголовка должна отвечать также требованиям рыбозащиты. Для этого в зависимости от режима водоисточника, его рыбохозяйственного значения и особенностей поведения в нем молоди рыб должны быть предусмотрены соответствующие рыбозащитные устройства и мероприятия.
Затапливаемые оголовки по устройству аналогичны постоянно затопленным. Но в отличие от последних при минимальных и меженных уровнях их верх возвышается над водой, поэтому значительно проще их осматривать, заменять сороудерживающие решетки или рыбозаградительные устройства. Однако они трудно вписываются в русло реки, существенно затрудняют ее использование для судоходства и лесосплава, приводят к резким переформированиям гидравлического режима реки, не повышая существенно надежность работы водоприемника. Поэтому их крайне редко устраивают для забора воды из рек в хозяйственно-питьевых системах водоснабжения.
Не затапливаемые оголовки обеспечивают наибольшую надежность в приеме воды и бесперебойной ее подаче. Кроме того, они наиболее удобны в эксплуатации, но представляют собой массивные дорогостоящие сооружения и поэтому могут быть рекомендованы только при средней и большой производительности водозаборов в тяжелых природных условиях, когда устройство берегового водозабора или невозможно, или экономически нецелесообразно. Такие оголовки состоят из нескольких независимых друг от друга секций с расположением водоприемных отверстий в два и даже три яруса, что позволяет забирать воду наилучшего качества.
Размеры водоприемных отверстий или фильтрующей поверхности оголовков русловых водозаборов следует определять, учитывая, что допустимая скорость втекания в водоприемные отверстия в этих условиях должна быть не более 0,3—0,1 м/сек, а для очень тяжелых шуголедовых условий может приниматься равной 0,05 м/с. С учетом требований рыбозащиты скорость протекания воды в порах фильтра фильтрующего оголовка должна быть не более критической скорости плавания защищаемой молоди рыб.
По найденным таким образом необходимым площадям входных отверстий или фильтрующих поверхностей устанавливают затем их количество и размеры. Обычно число водоприемных отверстий для оголовков принимают не менее двух, а размер — в соответствии с размерами сороудерживающих решеток. Размеры водоприемных отверстий или фильтрующих поверхностей определяют общие размеры оголовков в плане и по вертикали. При этом учитываются их форма, расстояние от дна реки до низа водоприемных отверстий (для равнинных рек не менее 0,5 м) и от нижней кромки льда или свободной поверхности воды до верха оголовка или водоприемного отверстия (соответственно не менее 0,2 и 0,3 м). Также учитывается величина заглубления оголовка в дно реки. Сконструированный таким образом оголовок должен быть проверен на устойчивость против силового воздействия потока.
Учитывая также, что оголовок увеличивает скорость потока в зоне его расположения, должна быть проверена неразмываемость русла в месте установки оголовка.
При необходимости должны быть назначены мероприятия по защите русла от размыва, т. е. по закреплению участка расположения оголовка.
Самотечные и сифонные водоводы соединяют водоприемники (оголовки) и береговые водоприемные сетчатые колодцы. В целях обеспечения бесперебойной подачи воды все основные элементы водоприемных сооружений, в том числе и водоводы, как правило, дублируются.
Поэтому число самотечных или сифонных водоводов должно быть не менее двух. Обычно их количество соответствует числу секций берегового колодца.
Самотечные водоводы прокладывают или в открытом котловане, или спуском в траншеи под воду, или (при большой глубине заложения) методами бестраншейной укладки труб. В зависимости от метода укладки самотечные водоводы устраивают: из железобетонных, чугунных и асбестоцементных труб при укладке в траншею с водоотливом. А при укладке под воду или методами бестраншейной укладки из стальных труб.
Стальные трубы снаружи покрывают антикоррозионной изоляцией с защитой из деревянных реек, а внутри в зависимости от коррозионных свойств воды — цементом или другим покрытием.
Практика показывает, что стальные трубы, не защищенные внутри, в течение нескольких лет эксплуатации покрываются толстым слоем отложений, сокращающим их пропускную способность на 40% и более. В связи с этим целесообразно устраивать самотечные водоводы из некорродирующих материалов: полиэтилена, поливинилхлорида, армированного стекловолокном, и других полимерных материалов.
Самотечные водоводы следует укладывать в плане и в вертикальной плоскости без резких поворотов, сужений, расширений, вызывающих отложение наносов, сора и шуги и затрудняющих их промывку. Водоводы от водоприемника к береговому колодцу можно укладывать как горизонтально, так и с прямым и обратным уклонами, но так, чтобы обеспечивалась их пропускная способность при различных эксплуатационных режимах, в частности при промывке и пуске в работу насосов при низких расчетных уровнях воды в реке. Самотечные водоводы в реке должны быть защищены от подмыва речным потоком и повреждения якорями судов и плотов. С этой целью их следует заглублять ниже дна (с учетом возможного размыва и дноуглубления) на судоходных реках на 0,8—1,5 м, а на несудоходных — на 0,5 м.
Вводить самотечные водоводы в береговые колодцы следует через сальник.
Сифонные водоводы допускается применять в водозаборах второй и третьей категорий надежности подачи воды, а также в случаях, когда по геологическим и гидрогеологическим условиям прокладка самотечных водоводов затруднена и экономически невыгодна, а прокладка сифонных водоводов может быть осуществлена в устойчивых и прочных грунтах.
При выборе расчетной скорости движения воды в водоводах следует принимать ее достаточной для транспорта взвеси, находящейся в воде, не допуская ее выпадения в трубах. В то же время она не должна быть очень большой, так как это ведет к увеличению потерь напора по длине водовода и в конечном итоге к увеличению заглубления берегового сетчатого колодца, что весьма нежелательно.
Для надежной работы водозаборного узла с затопленными оголовками и самотечными или сифонными водоводам необходимо предусматривать промывку их обратным током воды. Для этого на водозаборном сооружении должны быть предусмотрены присоединения самотечных и сифонных водоводов к напорным водоводам насосной станции. Иногда предусматривают установку специальных промывочных насосов.
Береговые водоприемные сетчатые колодцы русловых водозаборов по устройству аналогичны водоприемным береговым колодцам береговых водозаборов. Однако оборудование их сложнее. Прежде всего, водоводы, входящие в колодец, оборудуют запорной арматурой: задвижками или клапанами, приспособлениями для управления ими, устройствами по зарядке и поддержанию вакуума в сифонных водоводах. Часто в водоприемном сетчатом колодце располагают и трубопроводы системы обратной промывки, а также арматуру управления промывкой.
На реках с большими амплитудами колебания уровней воды и большим количеством наносов русловые водозаборы следует устраивать с несколькими (два и более) ярусами водоприемных оголовков, располагаемых на различных уровнях в русле реки. Чаще всего в этих условиях устраивают комбинированные водозаборы, водозаборы с ковшами или постоянно затопленными и инфильтрационными оголовками.
Комбинированные водозаборы позволяют в наилучшей степени приспособить сооружения к природным условиям выбранного створа и получить вполне надежное и наиболее экономичное конструктивное решение.
Главными средствами борьбы с шугой и донным льдом являются правильный выбор месторасположения водозаборных сооружений, типа водозабора и его конструктивных элементов. Достаточно надежным общим средством защиты водозаборных сооружений от шуги является обеспечение очень малых скоростей поступления воды в их водоприемные отверстия. При этом, чем интенсивнее происходит шугообразование в воде, тем меньшей должна быть скорость ее поступления (0,05—0,1 м/сек). Однако далеко не во всех случаях представляется возможным увеличивать площадь входных отверстий настолько, чтобы достичь указанных скоростей (в частности, при большой производительности водозаборов).