Рис. 13. Ковшовый водозабор на р. Норилке

В последнее время появились отдельно стоящие водо­заборы башенного типа с многоярусным расположением водоприемных окон (рис. 19), например из р. Б. Тесьмы для Златоуста; встроенные в тело плотины, например из Ангары для Иркутска, Енисея для Дивногорска, а так­же береговые водохранилищные водозаборы с водопри­емниками на разных уровнях (рис. 20) и др.


Рис. 21. Водозабор на Енисее

1 — 4 — уровни воды соответственно: максимальный зарегулированный, мини­мальный, мертвого объема, бытовой (до зарегулирования); 5 — фильтрующий оголовок; 6 — сработка берега; 7 — водоподводящая штольня; 8 — водоприем­ная камера; 9 — скважины с погружными насосами; 10 — насосная станция
Комплексное решение задач гидротехнического строи­тельства и водоснабжения, взаимоувязка сроков возведе­ния объектов позволили в ряде случаев построить водо­хранилищные водозаборы на незатопленных отметках (до заполнения водохранилищ), что существенно умень­шило продолжительность строительства и снизило капи­таловложения. Так, водозабор на Енисее (рис. 21) был построен незадолго до заполнения водохранилища Крас­ноярской ГЭС на отметках, значительно превышающих бытовые отметки уровня воды в реке, что позволило при­менить новые конструктивные решения и способы стро­ительства водозабора. Вместо самотечных трубопрово­дов был сделан туннель высотой 2,5 м и длиной 86 м, вы­полненный штольной проходкой на глубине до 30 м с внутренним креплением стенок. Заканчивается туннель водосборной камерой, в перекрытие которой входят об­садные трубы скважин с установленными в них погруж­ными насосами; над скважинами сделан наземный па­вильон с установкой там энергетического оборудования; на входе в туннель построен железобетонный оголовок с фильтрующей обсыпкой. Благодаря отсутствию подтопления строительной площадки достигнуто высокое качест­во всех строительных работ. В короткий срок был по­строен аналогичный водозабор на Артемовне, только вместо проходки штольни здесь уложили трубу диамет­ром 2000 мм и непосредственно в нее установили погруж­ные насосы.

Интересен водозабор из водохранилища Чиркейской ГЭС на р. Сулак, служащий для водоснабжения Буйнакска. Водозабор бе­регового типа представляет собой пробитый в скальных породах туннель протяженностью 60 м и площадью сечения около 17 м², в который с поверхности пробурено 15 скважин глубиной 60 м. Вход в туннель перекрыт, как на обычном водоприемнике, решеткой и сет­кой. Скважины объединены в три куста, каждый из которых вклю­чает четыре водоподъемные скважины диаметром по 600 мм с арте­зианскими насосами типа АТН и одну скважину для обслуживания диаметром 1200 мм (для спуска водолаза). При заполнении водо­хранилища до НПГ водоприемник находится на глубине 55 м, при максимальной сработке уровня — 15 м. На такой глубине водопри­емник не подвержен воздействию волновых процессов.

Таким образом удалось исключить необходимость строительства берегового колодца большой глубины. Эксплуатация водозабора на протяжении нескольких лет подтверждает его высокую техническую и санитарную надежность.

Положительный опыт устройства и эксплуатации во­дозабора из водохранилища Чиркейской ГЭС учтен при проектировании и строительстве Миатлинской ГЭС, сле­дующей в каскаде гидроузлов на Сулаке. Здесь принят единый водоприемник для ГЭС и водоснабжения насе­ленных пунктов, от которого вода проходит по выруб­ленному в скале напорному туннелю диаметром 6 м и протяженностью 2,5 км до уравнительного резервуара. Из резервуара отходят самотечные водоводы группового водопровода для городов Кизилюрт, Махачкала, Кас­пийск, Избербаш, Хасавьюрт и многих сельских населен­ных пунктов, являющегося по существу объединенным водопроводом Дагестана.

Помимо удобства строительства таких водозаборов они имеют еще и существенные технологические преиму­щества. Благодаря расположению водоприемных окон на больших глубинах обеспечивается возможность полу­чения воды высокого качества. Так, на водозаборе из Чиркейского водохранилища вода соответствует ГОСТ 2874 — 82 без какой-либо очистки, и перед подачей потре­бителям ее только хлорируют. Поэтому отпала необхо­димость строительства водоочистной станции, предусмот­ренной проектом.

По проекту Гипрокоммунводоканала на Кубанском водохранилище построен водозабор для группы городов Кавказских Минеральных Вод. Большая амплитуда ко­лебания уровня воды в водохранилище (15 м), интенсив­ное волнообразование и пологие берега обусловили большую (более 500 м) удаленность водоприемного ко­лодца с насосной станцией I подъема от уреза воды при ГНВ и большую глубину заложения подводящих трубо­проводов. В связи с этим соединение оголовков с берего­вым колодцем отличается от общепринятых решений: на участке около 100 м от оголовков уложены самотечные стальные трубопроводы диаметром 1400 мм, а далее на участке 526 м — щитовой проходкой построены два тун­неля. Самотечные трубопроводы уложены открытым спо­собом в подводные траншеи глубиной до 6 м. Туннели проходят на расстоянии 14 м один от другого на глуби­не 8,5...18 м, имеют внутренний диаметр 1700 мм и уклон 0,008, закреплены они железобетонными блоками-обо­лочками с устройством внутренней монолитной бетонной рубашки толщиной 210 мм. Оголовки раструбного типа подняты на высоту 4 м над дном водохранилища и опи­раются на рамные металлические опоры. Помимо соро-удерживающих решеток они оснащены рыбозащитными сетками.

Повсеместное использование малых рек, как прави­ло, с зарегулированием стока и увеличение отбора воды из них расширило строительство приплотинных водоза­боров, потребовало принципиально новых решений как в устройстве самих водозаборов, так и в регулировании стока. Н. В. Ересновым для одного из промышленных объектов с большим водопотреблением разработана си­стема водоснабжения с четырьмя приплотинными водо­заборами, расположенными последовательно на одной реке. Регулирование стока для всех четырех водозаборов осуществляется одной водохранилищной плотиной, в то время как при ниже расположенных по течению реки водозаборах сделаны облегченные водоподъемные плоти­ны. Русло реки использовано в качестве водоподводяще-го канала, что позволило исключить строительство водо­водов. Подобная система водоснабжения построена, в частности, на р. Белой. Экономичность такого решения очевидна.

Усовершенствованы водозаборы с фильтрующими во­доприемниками, издавна применяемыми на реках Сибири. Наряду с традиционными оголовками с каменной об­сыпкой сейчас стали широко применять подрусловые га­лереи, фильтрующие дрены в скальном грунте, донные водоприемники с фильтрующими кассетами и т.д. А. С. Образовским и Ю. И. Вдовиным исследованы воп­росы кольматации таких водоприемников и предложены методы восстановления водопроницаемости фильтров. Особенно много таких водозаборов построено в систе­мах железнодорожного и промышленного водоснабжения (например, на р. Шире в Хакасской автономной области) на водопроводах малой производительности. Обеспечивая малые входные скорости потока, они оказались более устойчивыми для работы в сложных условиях (малые глубины в источнике, шугоход, лесосплав и т.д.).

Часто фильтрующие водоприемники устраивают с по­толочным приемом воды и заглубляют в дно реки. По­верх водоприемной решетки до уровня дна укладывают слой фильтрующего материала (отсортированный гра­вий, галечник насыпной или уложенный в кассеты). Иногда такие водозаборы устраивают с расчетом не только фильтрующего, но и открытого приема воды с взаимным резервированием водоприемников. Так, водо­забор на р. Белокуриха на Алтае, имея открытый водо-прием через донные решетки, в период паводков пере­ключается на фильтрующий прием воды через гравийную обсыпку и боковые окна того же оголовка, причем пото­лочные водоприемные окна в период паводка могут за­крываться специальными крышками. Такая конструкция оголовка позволяет устанавливать технологию отбора во­ды с учетом не только бесперебойности водоснабжения, но и предварительной очистки воды. Аналогичный водо­забор запроектирован на р. Томь.



Рис. 22. Новый водозабор ковшового типа на Оби

Водоприемные ковши, построенные в рассматривае­мый период в системах коммунального водоснабжения в Омске, Новосибирске, Армавире, Кемерове, Барнауле, Междуреченске и др., выполнены с самопромывающимся входом на основе исследований ВНИИ ВОДГЕО (А. С. Образовский). Благодаря этому достигнута надеж­ная защита водоприемников от воздействия наносов и шуги и, следовательно, получена основа для более ши­рокого применения ковшей в коммунальном водоснабже­нии. Ковшовые водозаборы запроектированы в последние годы для Тулы, Калинина, Саранска, Уфы и др.

Совершенствование ковшей наиболее четко прослеживается на водозаборах из рек Томь и Обь, где по истече­нии 50-летнего периода появилось их третье поколение. Современные самопромывающиеся ковши (рис. 22) ря­дом с ковшами 30-х годов большой протяженности с не­затопляемыми ограждающими дамбами на всей их дли­не, в отдельных случаях с двусторонним входом воды от­личаются гидравлическим совершенством, меньшими объемами и, следовательно, экономичностью строитель­ства. В ряде случаев новые ковши примыкают к старым, увязываясь с ними конструктивно и технологически, т.е. появились спаренные ковши, когда верховая дамба ра­нее построенного ковша становится низовой дамбой но­вого, а струенаправляющие сооружения могут иметь об­щее назначение.

Крупных осложнений в работе ковшовых водозабо­ров новых конструкций не наблюдается. Более того, в ряде случаев отпала необходимость ежегодной чистки ковшей от наносов. Так, ковши на водопроводах Между-реченска и Осинников надежно проработали без профи­лактической чистки около 7 лет, а ковш новосибирского водопровода — 5 лет. К концу летней межени на Между-реченском ковше наблюдается отложение наносов в рус­ле (перед входом в ковш) в виде песчаной косы за шпо­рой верховой дамбы. Иногда эту косу удаляют с по­мощью экскаватора-драглайна, но большей частью она размывается паводковыми потоками. Однако технологи­ческое совершенство вновь построенных ковшей не ис­ключает полностью необходимости их периодической чистки. Наблюдения показывают, что если ковши не чи­стить 5...7 лет, они начинают интенсивно зарастать вы­сокорослыми травами и кустарником. Очевидно, эксплуа­тация ковшей в этих условиях требует дальнейшего со­вершенствования.

6. Реконструкция и увеличение производительности водозаборов
Одна из задач одиннадцатой пятилетки — модерниза­ция и техническое перевооружение действующих пред­приятий. Применительно к водозаборным сооружениям это означает реализацию таких инженерных решений, ко­торые повышают надежность работы водозаборов и, сле­довательно, дают возможность бесперебойного отбора не только расчетного, но и дополнительного расхода воды. Водозаборные сооружения рассчитывают, как уже отме­чалось, на самые неблагоприятные условия работы. Сле­довательно, если осуществить меры по улучшению усло­вий работы и снижению степени отрицательного воздей­ствия природных и других факторов, то водозабор может работать с большой надежностью и даже с увеличенной производительностью.

Из практики эксплуатации систем коммунального во­доснабжения известны многочисленные факты модерни­зации водозаборных сооружений с увеличением их про­изводительности в 2...3 раза по отношению к расчетной без больших дополнительных капиталовложений (водо-. заборы в Пензе, Новосибирске, Новокузнецке, Искитиме). В связи с этим проектированию и строительству но­вого водозабора должно предшествовать изучение состо­яния существующих водозаборов, условий их эксплуата­ции и возможностей реконструкции. Большого внимания заслуживает производственный опыт повышения надеж­ности работы водозаборов. На рис. 23 даны схемы прак­тикуемой реконструкции речных водозаборов.

Рис. 23. Схемы реконструкции реч­ных водозаборов

1 — водоприемные оголовки; 2 — самотечные или сифонные линии; 3 — береговой колодец, смещенный с насосной станцией I подъема; 4 — раструбные оголовки; 5 — водопри­емный ковш; 6 — береговой водо­приемник; 7 — соединительный трубопровод для переключения водоводов; _______ —первоначальные сооружения; ---------- — сооружения последующего раз­вития
При общих благоприятных условиях работы водоза­бора производительность его может быть увеличена пу­тем замены насосно-энергетического оборудования (ра­зумеется, при наличии соответствующей пропускной спо­собности всех коммуникаций), а также профилактичес­ких мероприятий на водоприемниках (расчистка русла, углубление перекатов, шугозащита и т. д.). Однако здесь возрастают входные скорости потока в водоприемных окнах, что может привести к непредвиденным осложне­ниям на водозаборе. Вследствие этого возникает необхо­димость расширения или устройства дополнительных во­доприемных окон, что требует больших трудозатрат. При выполнении работ в береговом кольце на одном из водо­заборов Новосибирска по предложению академика М. А. Лаврентьева был применен взрывной метод с по­мощью кумулятивных зарядов, благодаря чему в десят­ки раз были сокращены сроки производства работ по ре­конструкции и их трудоемкость. Таким же способом были успешно выполнены дноуглубительные работы в скаль-ном грунте.

Чаще всего наряду с заменой оборудования требует­ся строительство дополнительных водоприемников, самотечных или сифонных линий и напорных водоводов, которое может осуществляться в зависимости от мест­ных условий по схемам 23, а или 23, в. Дополнительный оголовок может быть вынесен дальше в русло реки или, наоборот, приближен к берегу, так как за предшеству­ющий период эксплуатации водозабора могут изменить­ся гидрологические условия, требования других водо­пользователей, появиться новые конструкции водоприем­ников и т. д. Такая реконструкция осуществлена на водопроводах Свердловска, Омска, Томска, Барнаула, в результате чего в комплексе одного водозабора действу­ет до 5 и более водоприемных оголовков и 2...3 берего­вых колодца.

Практика эксплуатации подтверждает, что наличие даже простейшего дополнительного водоприемника (ти­па незащищенного раструбного оголовка, рис. 23, в) в эстремальных условиях позволяет предотвратить полную остановку водозабора.

Если по каким-либо причинам дальнейшая эксплуата­ция русловых водоприемников невозможна или крайне затруднена, реконструкцию водозабора можно осущест­вить с устройством ковша по схеме 23, г или подводящей прорези. В противоположной ситуации, когда забор во­ды у берега становится невозможным (например, по при­чине интенсивного отложения наносов, понижения уров­ня воды в реке и т.д.), проводят реконструкцию водоза­бора путем строительства дополнительного руслового затопленного водоприемника по схеме 23, д. Когда же возможности замены насосно-энергетического оборудова­ния исчерпаны, осуществляется строительство дополни­тельных насосных станций I подъема (рис. 23,6 и 23, д) с переключениями на напорных, а иногда и на всасыва­ющих водоводах. Достигается, таким образом, взаимное резервирование насосно-энергетического оборудования насосных станций. При строительстве дополнительных водоприемников целесообразно применять более совер­шенные для данных условий типы оголовков (с вихре­выми камерами, фильтрующие и т.д.), благодаря чему достигается не только увеличение производительности, но и повышение надежности работы водозаборов.

Надо отметить ошибки, часто встречающиеся на практике, когда строительство дополнительных оголов­ков привязывают к действующим самотечным или си­фонным линиям, рассчитывая одинаково использовать как прежние, так и новые водоприемники. Поскольку со­противление движению воды от разных водоприемников при этом неодинаковое, оголовки будут работать с раз­ной интенсивностью и, следовательно, с разной устойчи­востью забора воды. Работу оголовков в этом случае сложно проконтролировать. И поэтому более целесооб­разно строительство дополнительных оголовков с само­стоятельными самотечными или сифонными трубопрово­дами.

Второй характерной ошибкой является подсоединение самотечных трубопроводов к всасывающим линиям на­сосов, минуя водоприемные камеры и сороудерживаю-щие сетки. То и другое решение может рассматриваться как временная мера, но не как средство увеличения про­изводительности водозаборов. Даже в относительно бла­гоприятных условиях (например, на Волге в Волгогра­де) работа водоприемников в режиме всасывания сопро­вождается осложнениями, вызываемыми вовлечением наносов и всевозможного речного мусора не только в на­сосные станции, но и в водоочистные сооружения. Оп­равданным может быть лишь временный перевод водо­приемника на всасывающий режим работы, например, при зимнем устойчивом ледоставе и низком горизонте воды к реке, когда не возникает каких-либо помех, что подтверждается опытом эксплуатации водозабора из Лены в Якутске.

Массовое гидротехническое строительство в нашей стране существенным образом повляло на условия забо­ра воды из рек и технологию ее очистки. Изменился ре­жим наносов, шуголедовый режим рек, возросла цвет­ность и уменьшилась мутность воды, а также изменился ее солевой состав. Все это потребовало существенной корректировки ранее применяемых решений по устрой­ству и эксплуатации не только водозаборов, но и стан­ций очистки воды, глубокого изучения особенностей за­бора воды из водохранилищ.

Многочисленные факты перебоев в работе водозабо­ров на ряде водохранилищ обусловили необходимость натурных и лабораторных исследований. Во ВНИИ ВОДГЕО А. А. Смирновым впервые были детально ис­следованы водозаборы на Каховском водохранилище, подвергавшиеся непрогнозированному шуголедовому воздействию с перебоями в подаче воды. Пять исследо­ванных здесь водозаборов имеют аналогичное устройство — водоприемники (затопленные оголовки) руслово­го типа с береговыми колодцами, самотечными и сифон­ными подводящими трубопроводами протяженностью 10...560 м. Оголовки расположены на глубине 1...14 м от расчетного уровня воды и в основном в защищенных от волнового воздействия акваториях. Тем не менее все они в большей или меньшей степени испытывали отри­цательное воздействие либо шуги, либо наносов. Воз­действие шуги начинало проявляться, как правило, при скорости ветра v>5 м/с и температуре воздуха t< — 6°С. Обратная промывка и даже продувка водоприемников горячим воздухом не устраняли этого воздействия. На некоторых водозаборах наблюдалось интенсивное во­влечение планктона. Исследования А. А. Смирнова по­казали, что определяющим фактором в данном случае являются вдольбереговые течения, вызывающие отрица­тельные последствия при каком-то определенном на­правлении ветра. Иногда отрицательное воздействие оказывают также градиентные, плотностные и компенса­ционные течения. Скорость вдольбереговых течений мо­жет достигать 1...2 м/с на пологих береговых склонах и до 3 м/с — на крутых. Лишь там, где водоприемные ого­ловки находились за пределами зоны вдольбереговых течений, водозаборы работали устойчиво.

Возникают такие течения в прибойных зонах под воздействием волн, подходящих к берегу под острым углом. На изгибах берегового склона направление вдольберегового течения отклоняется от берега, а сфор­мировавшийся поток транспортирует на большие глуби­ны наносы, шугу, планктон и т.д. (рис. 24). Оказавшие­ся в зоне распространения этого потока водоприемники как раз и испытывают отмеченные выше осложнения. На одном из водозаборов, подвергавшихся воздействию шуги, было выявлено отложение наносов у водоприем­ного оголовка в виде конуса выноса с высотой гребня 5,5 м, вытянутого в направлении вдольберегового тече­ния.

Очевидно, чтобы избежать воздействия вдольберего­вых течений необходимо располагать водоприемники вне зоны их распространения или применять специаль­ные сооружения и устройства (шпоры, буны), изменяю­щие направление вдольберегового течения (рис. 24). Строительство таких сооружений на действующих водо­заборах можно рассматривать как их реконструкцию.

Рис. 24. Вдольбереговые течения на водохранилищных водозаборах (по А. А. Смирнову)

а — водоприемник подвержен воздейст­вию вдольбереговых течений; б — во­доприемник не подвержен воздействию вдольбереговых течений; в — вдольбе-реговое течение при наличии взвесе-перехватывающей шпоры; 1 — водопри­емник; 2 — подводящие трубопроводы; 3 — береговой колодец; 4, 5 — вдольбе­реговые течения при различных на­правлениях ветра; 6 — взвесеперехва-тывающая шпора
Когда же шпоры или буны построить невозможно, ре­конструкция должна включать, как и на речных водоза­борах, строительство дополнительных водоприемников вне зоны вдольбереговых течений. В любом случае ре­конструкции или строительству новых водозаборов дол­жно предшествовать детальное изучение топографиче­ских условий водоема, направлений ветров, условий вол­нообразования и т. д.

Реконструкция ковшовых водозаборов, как и русло­вых, нередко осуществляется заменой насосно-энергети-ческого оборудования станций I подъема, а также стро­ительством дополнительных водоприемников в ковшах (например, в Кемерове), устройством шуго- и наносоза-щитных шпор и струенаправляющих стенок. На водо­проводе Киева реконструкция ковша произведена с установкой продольных распределительных стенок, что обеспечило параллельно-струйное движение воды в ков­ше и улучшило тем самым его технологические возмож­ности.

Наиболее показательным примером из практики реконструкции ковшовых водозаборов является реконструкция ковша на р. Томь в Новокузнецке (рис. 25). Несмотря на то что ковш имел двустороннее питание, он не обеспечивал требуемую подачу воды и на­дежность водоснабжения, так как с одной стороны шуга перекры­вала проход воды к водоприемнику, а с другой происходил подсос загрязненной воды из устья притока. Чтобы исключить строитель­ство нового водозабора, на основе исследований А. С. Образовского были приняты меры по улучшению гидравлического режима источ­ника и самого ковша: произведена срезка осередка перед входом в ковш, разделявшего русло на две протоки; построены четыре дон­ные полузапруды у противоположного берега реки; построен струе­направляющий выступ на верховом входе в ковш; сделана донная прорезь на подходе к ковшу. Благодаря реконструкции, своевремен­ной чистке ковша и проведению других профилактических мероприя­тий полностью устранены причины осложнений в его работе и до­стигнута требуемая надежность водоснабжения. Последующий бо­лее чем 20-летний опыт эксплуатации этого водозабора подтвердил правильность и экономичность инженерных решений.

Реконструкция с устройством верховой струенаправляющей дамбы ковша в 1976 г. была осуществлена на водозаборе из р. Бердь в Искитиме, что позволило снизить интенсивность заиле­ния ковша. В сочетании с заменой оборудования на насосной стан­ции I подъема это дало возможность увеличить производитель­ность водозабора более чем в 2 раза.

Опыт реконструкции и интенсификации работы мно­гих водозаборов заслуживает более широкого внедрения в производство и более глубокого изучения, так как он дает основу для дальнейшего усовершенствования водо­заборных сооружений.

жүктеу/скачать 1.9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: