Устройство и эксплуатация водозаборов

УДК 628.113.1

Рецензент — канд. техн. наук, зав. лабораторией НИИКВОВ Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова И. В. Со-жинов.

П 60 Устройство и эксплуатация водозаборов. — М.: Стройиздат, 1984. — 183с., ил. — (Б-ка работника жил.-коммун, хоз-ва)

Для инженерно-технических работников водопроводного хозяйства.

В книге на основе обобщения обширного материала производ­ственной практики, опыта проектирования и научных исследований, отражены достижения в усовершенствовании отдельных типов водо­заборов, в технологии отбора воды и улучшения ее качества; боль­шое внимание уделено повышению надежности работы водозаборных сооружений. В ней нашло отражение первоочередное значение ре­конструкции и технического перевооружения, интенсификации про­изводства, определенное Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981 — 1985 годы и на период до 1990 года.

Сейчас в нашей стране действует более 20 тыс. водозаборов из поверхностных источников, в том числе около 5 тыс. — в системах коммунального водоснабжения. Удельные (на 1 м³ суточной произ­водительности) капитальные вложения на строительство водозабор­ных сооружений достигают 15...20 руб. Следовательно, при ожидае­мом приросте только хозяйственно-питьевого водопотребления в городах РСФСР на строительство водозаборов в одиннадцатой — двенадцатой пятилетках потребуются значительные капиталовложе­ния — сотни миллионов рублей. Рациональное использование таких затрат имеет большое народнохозяйственное значение.

Для целей водоснабжения используют поверхностные воды рек, озер, каналов, водохранилищ и прудов, но, поскольку в преоб­ладающем большинстве водопотребление осуществляется из рек, чаще всего приходится решать задачи устройства и эксплуатации водозаборов на реках. Именно поэтому речным водозаборам в кни­ге отведено главное место.

Автор не ставил цели создать руководство по устройству и экс­плуатации водозаборов, а на основе обширного натурного материа­ла стремился отразить те положительные тенденции, опыт, которые дают возможность модернизировать действующие водозаборы с уве­личением их производительности и повышением надежности работы и, следовательно, обеспечить бесперебойное водоснабжение в целом. Решение этой задачи дает большой экономический эффект, во-первых, за счет снижения удельных капитальных затрат на строительство во­дозаборов, а во-вторых, за счет предотвращения аварий на водо­заборах и уменьшения вызванного ими ущерба, что особенно важно сейчас, когда реализуется задача дальнейшего улучшения водоснаб­жения населения и повышения эффективности использования капи­тальных вложений. Тем более, что дальнейшее развитие коммуналь­ного водоснабжения будет осуществляться в большинстве случаев на базе уже действующих систем водоснабжения с использованием ра­нее освоенных источников, что в значительной степени повышает не-

обходимость широкого обобщения и распрбстранения накопленного-опыта интенсификации работы водозаборов.

Задача эта непосредственно вытекает из постановления декабрь­ского (1983 г.) Пленума ЦК КПСС, предусматривающего дальней­ший рост эффективности экономики, ускорение научно-технического прогресса, более полное использование производственного потенциа­ла всех материальных, трудовых и финансовых ресурсов.

Благодаря большому числу действующих водозаборов во всех. климатических зонах страны для конкретных условий проектирова­ния почти всегда имеются опытные данные, позволяющие безоши­бочно решать задачи устройства и эксплуатации вновь проектируе­мых водозаборов. Разумеется, проектированию должно предшество­вать детальное обследование водозаборов-аналогов, изучение материалов эксплуатации, аварийных ситуаций и т. д.

Не все приведенные в книге решения являются самыми совер­шенными, некоторые из них даны в незаконченном виде, в форме постановки задач, но большинство уже проверено практикой проек­тирования и эксплуатации.

Автор стремился привлечь внимание специалистов, занятых про­ектированием, эксплуатацией и исследованием водозаборов к про­должению этой работы, к поиску новых инженерных решений по совершенствованию водозаборных сооружений, а также технологии отбора воды и улучшения ее качества.

Автор выражает благодарность д-ру техн. наук, проф. А. С. Об-разовскому, канд. техн. наук И. В. Кожинову за ценные советы и замечания при подготовке рукописи, а также сотрудникам Сибир­ского управления Росводоканалналадка, инженерам В. М. Митяни-ну, И. Д. Козлову и С. К. Станкову за помощь при сборе мате­риалов.
ГЛАВА I. ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Согласно Основам водного законодательства Сою­за ССР и союзных республик [26, ст. 15], водные объек­ты предоставляются в пользование прежде всего для удовлетворения питьевых и бытовых нужд населения, при этом они могут состоять в обособленном или сов­местном пользовании. При размещении водопользовате­лей, изменении характера водопользования и отрица­тельном воздействии его на состояние вод должны обес­печиваться рациональное их использование и первооче­редное удовлетворение нужд населения. В интересах охраны здоровья населения права водопользователей мо­гут быть пересмотрены, ограничены или прекращены от­дельные виды водопользования без ущемления интересов хозяйственно-питьевого водоснабжения.

В этой связи Основами водного законодательства Союза ССР и союзных республик [26, ст. 11] установлен порядок производства работ на водных объектах и в прибрежных зонах. Дноуглубительные, строительные ра­боты, добыча строительных и других материалов, про­кладка коммуникаций, рубка леса, буровые, сельскохо­зяйственные и другие работы, влияющие на состояние ьод, могут производиться только по согласованию с ор­ганами по регулированию использования и охран? вод, исполкомами местных Советов народных депутатов и другими органами.

Хозяйственно-питьевое водоснабжение является од­ним из главных видов специального водопользования. К специальному водопользованию, согласно инструкции Минводхоза СССР (1978 г.), относится пользование вод­ными объектами, составляющими единый государствен­ный фонд страны, осуществляемое с применением соору­жений и технических устройств, в частности водозабор­ных сооружений. К другим видам водопользования отно­сятся судоходство, лесосплав, канализование и т. д.

Разрешения на специальное водопользование и, сле­довательно, на строительство водозаборов выдаются соответствующими органами. Министерством мелиорации и водного хозяйства СССР выдаются разрешения на межреспубликанские реки (Сырдарья, Амударья, Кура, Самур и др.); пограничные и международные реки (Ду­най, Амур, Мургаб, Хеджей и др.); реки Волгу, Ахтубу и Урал; некоторые каналы (Иртыш — Караганда, им. Кирова, Управления межреспубликанских амударьинс-ких ирригационных каналов). Министерствами и други­ми союзно-республиканскими органами мелиорации и водного хозяйства союзных республик, а также бассей­новыми (территориальными) управлениями и инспекция­ми по регулированию использования и охране вод выда­ются разрешения на водные объекты, регулирование пользования которыми не относится к компетенции Со­юза ССР. Советами министров автономных республик, исполкомами местных Советов народных депутатов вы­даются разрешения на замкнутые (непроточные) водое­мы, расположенные на территории района, города, а так­же на ручьи.

Руководством при выдаче разрешений на специальное водопользование являются схемы комплексного исполь­зования и охраны вод и водохозяйственные балансы, учитывающие интересы всех водопользователей и земле­пользователей и определяющие основные водохозяйст­венные и другие мероприятия, направленные на удовлет­ворение перспективных потребностей в воде населения и народного хозяйства, а также на охрану вод.

Выдаются разрешения только после согласования во­допользования с органами государственного санитарного надзора и органами охраны рыбных запасов (для рыбо-хозяйственных водоемов). Разрешением устанавливают­ся предельные величины отбора воды, их изменение в течение года, способы учета подачи, режим эксплуата­ции водозаборов и т. д.

Водный объект может быть предоставлен в кратко­срочное (до 3 лет), долгосрочное (до 25 лет) или бес­срочное (постоянное) пользование. Для коммунального водоснабжения водные объекты предоставляются, как правило, в бессрочное пользование.

Количество воды, которое разрешается забирать, за­висит от количества и качества водных ресурсов в дан­ном бассейне и их распределения по отраслям народного хозяйства в соответствии со схемами комплексного ис­пользования и охраны вод и водохозяйственными балансами. Источник выбирают с учетом выполнения общих требований к составу и свойствам воды поверхностных водоисточников у пунктов хозяйственно-питьевого водо­пользования, специальных требований к качеству воды, установленных Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами (1975).

Кроме того, вода в выбранном источнике не должна содержать вредные вещества (перечень которых вклю­чает более 450 наименований) в концентрациях, превы­шающих предельно допустимые.

Качество воды в реке оценивают в створе, удаленном от намечаемого водозаборного створа на расстояние не менее 1 км выше по течению, а на непроточных водоемах и водохранилищах — да расстояние 1 км в обе стороны от водозабора.

Санитарную надежность выбранного источника оце­нивают с учетом его перспективного использования. В связи с этим одновременно решаются задачи создания зон санитарной охраны и очистки сточных вод от насе­ленных пунктов, промышленных предприятий и других объектов, расположенных в бассейне водосбора.

Если данный источник не соответствует вышеприве­денным требованиям, а другие (более надежные) источ­ники отсутствуют, то, по согласованию с органами Го­сударственного санитарного надзора, источник может быть принят при условии выполнения дополнительных мероприятий, обеспечивающих подачу воды потребите­лям с качеством, соответствующим требованиям ГОСТ 2874 — 82.

Показатель состава и свойств воды	Централизованное и нецентра­лизованное хозяйственно-пить­евое водоснабжение и водо­снабжение пищевых предприя­тий
Содержание взвешенных ве­ществ за счет загрязнения сточ­ными водами	Допускается увеличение не бо­лее, чем на 0,25 г/м3. Для во­доемов, содержащих в межень более 30 г/м3 природных мине­ральных веществ, — в пределах 5 % этих величин
Скорость выпадения взвесей	Не допускается более 0,4 мм/с для проточных водоемов и бо­лее 0,2 мм/с для водохранилищ
Плавающие примеси (веще­ства)	Не допускаются на поверхности водоемов плавающие пленки, пятна минеральных масел, скопление других примесей
Запах и привкус	Не допускается интенсивность более 2 баллов при непосредст­венном использовании или при последующем хлорировании
Окраска	Не должна обнаруживаться в столбике 20 см
Летняя температура воды пос­ле спуска сточных вод Реакция	Не должна повышаться более чем на 3°С по сравнению с максимальной температурой воды летом Не должна выходить за преде­лы 6.5..8,5 рН
Минеральный состав	Не должен превышать по плот­ному остатку 1000 г/м3, в том числе хлоридов 350 г/м3, суль­фатов 500 г/м3
Содержание растворенного кислорода	Не должно быть менее 4 г/м3 в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня
Биохимическая потребность в кислороде (ВПК)	БПКполн при 20 °С не должна превышать 3 г/м3
Ядовитые вещества	Не должны содержаться в кон­центрациях, могущих оказать прямо или косвенно вредное действие на организм и здо­ровье человека
Возбудители заболеваний	Не должны содержаться. Сточ­ные воды, содержащие возбу­дителей заболеваний, должны подвергаться обеззаражива­нию перед спуском в водоем. Методы обеззараживания и предварительной очистки долж­ны согласовываться с органа­ми санитарного надзора в каж­дом отдельном случае

По данным водного кадастра, по территории СССР протекает около 3 млн. рек, имеющих суммарную протя­женность примерно 10 млн. км. Из них лишь 4114 рек имеют длину более 100 км, все остальные (95 % по про­тяженности) относятся к категории малых рек. Только в РСФСР насчитывается около 130 тыс. малых рек про­тяженностью 10 — 200 км, издавна являющихся источни­ками водоснабжения городов и других населенных пунк­тов. Для отдельных регионов (например, о-ва Сахалина) малые реки остаются единственными источниками водо­снабжения. На них уже построено и продолжает стро­иться множество водохранилищных и иных водозаборов. Только в мелиоративных целях в зоне неустойчивого земледелия европейской территории страны (ETC) требуется создать дополнительно примерно 8 тыс. водохра­нилищ со средним объемом 2 млн. м³.

Особого внимания заслуживает вопрос остаточного стока при отборе воды из малых рек. В практике извест­ны многочисленные факты полного отбора воды из по­верхностных источников, что влечет большие осложне­ния в обеспечении водой нижерасположенных потреби­телей. Величина минимального стока ниже водозабора диктуется не только специальным водопользованием, но и необходимостью охраны окружающей природной сре­ды. Введение Правил специального водопользования упорядочило решение многих вопросов, тем не менее не­предвиденные обстоятельства, неблагоприятное сочета­ние природно-климатических факторов и др. нередко приводят все же к большим осложнениям в водопользо­вании. Поэтому уже на стадии проектирования водоза­боров важно проанализировать на нижерасположенном участке реки кроме водопотребления также и условия нереста рыбы и развития молоди, сохранения и воспро­изводства водных животных и водоплавающих птиц, ценной водной растительности и прибрежных лесных массивов, мелиорации сельскохозяйственных земель, раз­бавления и самоочищения сточных вод и т. д.

Длигельное и повсеместное использование малых рек для водоснабжения позволило выработать традицион­ные методы отбора воды из них и типы водозаборов с учетом региональной специфики источников: на Кавказе, Крайнем Севере, в Приморье, на Сахалине, Камчатке и др. Характерно, что почти всегда на этих водозаборах улучшение качества воды сочетается с улучшением тех­нологии ее отбора.

Хозяйственно-питьевое водоснабжение населенных пунктов должно исключать прямое или косвенное вред­ное воздействие воды на здоровье людей. Следовательно, первостепенное значение при выборе источника име­ет качество воды. Разумеется, что дебит источника (или нескольких источников) при естественном его стоке или регулировании должен обеспечивать потребность в воде с учетом перспективного роста водопотребления. Соглас­но ГОСТ 17.1.3.03 — 77 (с изм.) «Охрана природы. Гид­росфера. Правила выбора и оценки качества источни­ков централизованного хозяйственно-питьевого водо­снабжения», предпочтение всегда отдается подземным источникам. Поверхностные источники используют для хозяйственно-питьевого водоснабжения только после разведки подземных источников (отсутствия естествен­ных их ресурсов, установления неблагоприятных гидро­геологических условий, недостаточного дебита и др.). При недостаточном дебите подземного источника пе­реходу к прямому использованию поверхностных ис­точников должно предшествовать глубокое изучение возможности искусственного пополнения подземных вод.

Принцип выбора источников выработан длительным предшествующим опытом развития централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Известно, что в большинстве наших городов первоначально централизо­ванное водоснабжение базировалось на подземных ис­точниках, однако по мере роста водопотребления и ис­тощения запасов подземных вод осуществлялся переход (частичный или полный) к поверхностным источникам, что можно проследить на примере водопроводов Москвы, Калуги, Тулы, Калинина, Барнаула, Хабаровска, Мага­дана и других городов. Проводимый одновременно с этим поиск подземных вод во многих случаях (например, в Горьком, Куйбышеве, Владимире, Кемерове, Томске, Петропавловске-Камчатском и др.) позволил выявить большие запасы подземных вод, благодаря чему осущест­влен частичный переход к подземным источникам. Таким образом, сложились системы водоснабжения с разнотип­ными источниками питания, отличающиеся высокой ма­невренностью и надежностью.

В самом начале строительства водозабора (на ста­дии выбора источника) необходимо знать гидрологичес­кий режим реки, позволяющий оценить не только воз­можность бесперебойного отбора требуемого количест­ва воды, но и особенности технологии ее очистки. В этой связи следует пользоваться известной классификацией рек, сделанной Б. Д. Зайковым и основанной на связи их режима (внутригодового распределения стока) с клима­том. По характеру водного режима все реки СССР с не­зарегулированным стоком разделяются на три основные, группы (рис. 1): I — реки с весенним половодьем; II — с половодьем в теплую часть года; III — с паводочным режимом. Реки I и II групп характеризуются повторяю­щимися из года в год большими расходами воды в ве­сенне-летний период различной продолжительности. В остальное время года наблюдается низкий (межен­ный) или несколько повышенный сток, иногда со слу­чайными паводками. Реки III группы отличаются резкими кратковременными, но часто повторяющи­мися паводками и малым стоком в межпаводковые периоды.

Внутри этих групп выделяют 10 типов рек. I группа рек делится на 5 типов соответственно регионам, где тот или иной тип рек наиболее распространен. II группу подразделяют соответственно на 2 и III — на 3 типа. Отличительные признаки каждого типа рек видны из рис. 1. Наибольшее распространение имеют реки с весен­ним половодьем. В них, в зависимости от их величины и района расположения, в течение весеннего половодья (при таянии снега) проходит 50...100 % годового стока. Характерные черты режима рек сохраняются на всем их протяжении только тогда, когда весь водосборный бас­сейн находится в одной ландшафтной области и режим рек формируется под влиянием климатических факторов, изменяющихся лишь во времени. В противном случае ре­ка может иметь разнотипный режим, что характерно для крупных рек.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения важно и то, какой тип питания имеет тот или иной источник. Ти­пы рек по источникам питания (по М. И. Львовичу) при­ведены в табл. 1.

В результате строительства водохранилищ сущест­венно изменился гидрологический режим Волги, Днеп­ра, Дона, Камы, Оби, Енисея, Ангары, Иртыша, Куры и других рек, что потребовало реконструкции многих ра­нее построенных водозаборов, поиска новых решений устройства и эксплуатации водоприемных сооружений. При каскадном зарегулировании стока уровенный режим претерпел значительные изменения на всем протяжении рек, что видно на примере Волги (рис. 2).

Рис. 3. Зависимость расхода взве­шенных наносов R_H (тыс. кг/с) от расхода воды Qp (тыс. м³/с) Оби у Салехарда

При устройстве водозаборов для хозяйственно-пить­евого водоснабжения обычно решают две задачи: обес­печение бесперебойного отбора воды и потребного ее качества. Большое практическое значение здесь имеет создание условий для высокого качества воды на водоза­боре, и, следовательно, возникает необходимость глубо­кого анализа режима наносов (мутности) воды в источ­никах. Как известно, большая часть твердого стока рек проходит во время половодья и паводков. Ха­рактерным, особенно для равнинных рек, является опе­режение во времени нарастания расхода наносов R_u по сравнению с расходом воды Q_p. На рис. 3 приведен гра­фик функции R_H = f(Qp) для Оби у Салехарда. Как вид­но по хронологическому графику, в начале паводка (в мае) устанавливается прямая пропорциональная зависимость между rh и Q_p с более интенсивным ростом расхода наносов (dQ_p/dt>Q; dR_H/dt>0), затем (в июне) с увеличением стока воды расход взвешенных наносов почти не изменяется (dQ_p/dt>Q; dR_H/dt = consi); в по­следующем (в июле) при относительно устойчивом стоке воды расход наносов резко уменьшается (dQ_p/dt&const; dRn/dtНа спаде паводка расход воды уменьшается значительно быстрее, чем расход наносов (dQ_p/dt_H/dt<0).



Рис. 4. Распределение мутности по глубине реки в бытовом створе

а — насыщенность наносами придон­ного слоя; б — уменьшение насы­щенности по глубине; в — равнове­ликая насыщенность



Рис. 5. Ледотермические процессы в нижнем бьефе

а — номера участков; б — образование ледяного покрова; в — изменение сред­ней температуры воды по длине; г — распределение температуры воды по. глубине

Для крупных рек характерно то, что в фазе подъема половодья расход насосов увеличивается в основном за счет мелкозернистых фракций (d<0,05 мм), поступаю­щих с ближайших участков водосбора при интенсивном снеготаянии. На пике половодья, когда максимально ин­тенсифицируются руслоформирующие процессы, в соста­ве взвешенных наносов преобладают частицы с d>0,05 мм. На малых реках весенний паводковый сток формируется за счет единовременного снеготаяния на всей площади водосбора, в результате чего происходит совпадение во времени расхода наносов с пиком поло­водья. Описанная связь режима наносов не остается не­изменной из года в год, она не является одинаковой и для различных участков крупных рек. Тем не менее зная общую закономерность стока наносов, можно более обоснованно принять тип водоприемника, выбрать место его расположения, определить наилучший режим отбо­ра воды и, что особенно важно, оценить технологические особенности ее очистки.

Большой практический интерес, в частности, для ре­шения задачи высотного расположения водоприемника и очистки воды представляет также установление законо­мерности изменения мутности по глубине речного пото­ка. Приведенные на рис. 4 эпюры относительной мутно­сти воды (p_i/p_сp) по глубине (у/Н) при скорости потока v_a (по данным Гидропроекта) являются наиболее характерными. Чаще всего реки нашей страны соответст­вуют закономерности а, при которой большая часть взвешенных наносов транспортируется в придонном слое и, следовательно, водоприемные отверстия должны быть расположены как можно выше от дна реки. Тип в соот­ветствует рекам с очень мелкими наносами (d=0,05.., 0,01 мм) и с заиленным руслом. Высотное расположение водоприемника в этом случае не оказывает существенно­го влияния на качество забираемой воды. Тип б (про­межуточный) соответствует рекам, русла которых сло­жены крупнозернистыми аллювиальными отложениями и которые транспортируют в основном мелкодисперсные наносы (d<0,05 мм).

Основные фазы ледового режима рек (замерзание, ледостав и вскрытие) на разных реках имеют различ­ную продолжительность, степень проявления и воздейст­вия на водозаборные сооружения. По характеру ледово­го режима различают 12 типов крупных рек: Енисейский, Ленский, Байкальский и др. Поэтому, зная тип источни­ка, можно оценить характер шуголедовых процессов и условия забора воды. Однако в каждом конкретном слу­чае проектирования и эксплуатации водозаборов надо проводить натурные наблюдения.

Большую специфику имеют шуголедовые процессы в нижних бьефах плотин. На основе исследований ВНИИГ [34] здесь выделяют три вида ледотермического режима и соответственно этим режимам нижний бьеф разделя­ют по длине на 5, 6 или 10 участков (рис. 5) с характер­ными для них процессами и закономерностями измене­ния температуры воды. Как видно, наиболее опасной для работы водозаборов является зона, охватываемая участ­ками 6 и 7.

жүктеу/скачать 1.9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: