Водозаборные сооружения с подводящим огражденным каналом

6.37. В сложных местных условиях (интенсивное переохлаждение воды в прибойных зонах, обрастание элементов водозабора ракушкой, большая удаленность берега от глубин воды, достаточных для размещения водоприемных устройств, и т. д., а также потребности забора больших расходов воды) приходится использовать подводящие каналы, огражденные дамбами и волноломами.

6.38. При выборе места расположения и компоновки конструктивных элементов, ограждающих подводящий канал, необходимо учитывать следующие специфические особенности:

дамбы и волнолом, ограждающие канал, перерезают или перехватывают поток наносов и течения прибойных зон;

течения и поток наносов прибойных зон обычно обходят ограждающие сооружения непосредственно в месте входа воды в огражденный канал (см. рис. 49 и 50);

широко используемые в практике проектирования и строительства компоновки и конструктивные элементы сооружений, ограждающие подводящий канал, не обеспечивают пропуск потока наносов и течений прибойных зон через створ водозабора на удалении от входа в него.

Упомянутые факторы способствуют интенсивной заносимости огражденных каналов, захвату в них воды с повышенным содержанием мусора, планктона и др.

6.39. Снизить захват в огражденный канал вдольберегового потока наносов и масс воды, поступающих из прибойных зон, можно, используя следующие гидрологические и геоморфологические особенности прибрежных склонов и дополнительные конструктивные элементы ограждающих сооружений:

1. На пологих прибрежных склонах с m ³ 20, сложенных из несвязных грунтов, наносотранспортирующая способность волнения и течения и интенсивность взмучивания воды не остаются постоянными. Они резко усиливаются в местах разрушения волн и уменьшаются в местах действия неразбитых волн (см. рис. 38).

Поскольку мутность воды в пределах первой, второй или третьей зон действия неразбитых или вновь образованных волн практически остается постоянной, то вход в огражденный канал, при незначительном колебании уровня воды в водоеме и мягких климатических условиях, можно располагать в пределах любой из этих зон, обеспечив при этом практически одинаковое качество забираемой воды.

2. На пологих прибрежных склонах луч волнения открытого водоема по мере уменьшения глубин воды вследствие рефракции волн разворачивается и на подходе к берегу имеет к нему нормальное или близкое к нормальному направлению. В таких случаях, исходя из величин скоростей вдольбереговых течений (80) и (81) и баланса вдольбереговой миграции наносов (86) и (88), имеется возможность выявить оптимальную длину ограждающих дамб. Во всех случаях сокращение их длины в допустимых пределах будет способствовать резкому уменьшению перехвата вдольберегового потока наносов и их захвата в огражденный канал, а также деформации прилегающих берегов и прибрежных склонов.

3. В местах разрушения волн в придонном слое возбуждаются интенсивные компенсационные течения (см. рис. 29). Этими течениями полувзвешенные и влекомые наносы перемещаются в сторону открытого водоема. С момента прекращения разрушения и появления вновь образованных волн эти наносы перемещаются в сторону берега.

С целью исключения или резкого сокращения попадания полувзвешенных и влекомых наносов в огражденную акваторию вход в канал следует размещать непосредственно в месте прекращения разрушения волн.

4. В условиях слабого колебания уровня воды в водоеме обеспечить пропуск значительных объемов полувзвешенных и влекомых наносов через створ водозабора на некотором удалении от зоны забора воды можно с помощью установки подводного волнолома, который будет способствовать образованию стационарной зоны действия вдольбереговых течений (рис. 120).

Рис. 120. Схема водозаборных сооружений с подводящим огражденным каналом и подводным волноломом

1 - подводящий канал; 2 - ограждающие дамбы; 3 - подводный волнолом; 4 - постель; 5 - бытовая поверхность прибрежного склона; 6 - подводные валы; 7 - профиль волн; 8 - подводные траверсы

5. Забор воды в огражденный канал желательно осуществлять на участках прибрежных склонов, где имеются резкое падение глубин и незначительная вдольбереговая миграция наносов.

В случаях отсутствия этой возможности водоприемные каналы необходимо оборудовать дополнительными конструктивными элементами ограждающих сооружений, позволяющими отклонять или пропускать поток наносов и течения прибойной зоны на некотором удалении от входа в канал.

6.40. Ослабить заносимость огражденного канала и захват в него масс воды, транспортируемых в прибойной зоне, можно с помощью:

уменьшения глубин воды на входе в огражденный канал или сокращения длины ограждающих сооружений, руководствуясь при этом п. 6.39 (см. рис. 38);

устройства специальных пассивных конструктивных элементов (изогнутых в плане голов ограждающих дамб, траверс, порогов, волноломов и др.), позволяющих отклонять массы воды прибойных зон от входа в канал (см. рис. 49 и рис. 121);

Рис. 121. Схема компоновки дамб, ограждающих подводящий канал, на прибрежных склонах с m = 50-200 с преобладающей односторонней миграцией наносов и высотами волн h _гл £ 6,0 м

1 - направление луча преобладающего волнения

использования метода защиты или установки перед входом в огражденный канал напорно распределительных водоводов с насадками и соплом, позволяющими создавать в придонном слое интенсивные течения (см. рис. 84).

6.41. Размеры огражденного подводящего канала (профиль поперечного сечения, глубина, ширина, длина, высота дамб и др.) определяются:

расчетным расходом забираемой воды;

требованиями, предъявляемыми водопотребителями к засоренности воды наносами, водной растительностью и др.;

изменениями уровней и элементов волн в водоеме;

ожидаемой интенсивностью заносимости канала;

намечаемой периодичностью выполнения углубительных работ;

допустимостью переката волн через гребни ограждающих дамб при максимальных уровнях воды в водоеме;

возможностью торошения и завала льдом входа в огражденный канал;

строительными материалами, используемыми на волнозащитные покрытия внешних и внутренних поверхностей ограждающих дамб, и другими факторами.

6.42. Прогноз осветления забираемой воды и заносимости канала получают обычно по методике, используемой для расчета отстойников.

6.43. Среднюю гидравлическую крупность наносов, поступающих на входе в подводящий канал, определяют по формуле

,                                                               (218)

где w_п - гидравлическая крупность наиболее крупных наносов, поступающих в канал во взвешенном состоянии; w₁ - гидравлическая крупность наиболее мелких наносов.

6.44. Для обеспечения удержания во взвешенном состоянии части наносов с наибольшей гидравлической крупностью w _п необходимо, чтобы в потоке была вертикальная составляющая скорость

,                                            (219)

где  - средняя скорость транспортируемой воды с учетом волнового движения; К _ш - коэффициент шероховатости; R - гидравлический радиус.

6.45. Критическая мутность или мутность воды, транспортируемой по каналу заданной или наименьшей гидравлической крупности, определяется по формуле

.                                           (220)

При этом u_в £ w_г.

6.46. Изменение мутности воды по длине подводящего канала определяется по формуле

,                                                  (221)

где r₀ - мутность воды в начале отстойника, кг/м³; L_x - расстояние от входа в канал, м.

При незначительной взвешивающей способности потока или r_кр» 0 мутность воды определяется по формуле

.                                                           (222)

6.47. Длина канала, для которого дана расчетная или заданная мутность воды r_р, определяется по формуле

.                                                                (223)

При незначительной наносовзвешивающей способности потока, когда r_кр» 0,

.                                                                 (224)

6.48. Расчет объема наносов, аккумулирующихся в акватории огражденного канала, целесообразно производить с помощью построения графиков по изменению средней скорости воды в канале в зависимости от его заносимости и уровня воды, изменения мутности по его длине (рис. 122), выпадения наносов и осветления воды (рис. 123) и распределения отложившихся наносов вдоль канала (рис. 124).

Рис. 122. График изменения мутности воды по длине канала при r₀ ¹ const и Н ¹ const

Рис. 123. Графики выпадения взвеси по длине канала (1) и изменения мутности воды (2)

Рис. 124. График распределения отложений наносов по длине канала за расчетный период (м³)

6.49. Глубину воды в подводящем огражденном канале, формирующуюся при прохождении осветленного потока в периоды отсутствия волнения в зависимости от величины неразмывающей скорости и средней крупности отложившихся наносов, в первом приближении можно определить с помощью графика на рис 125.

Рис. 125. График изменения глубин воды в огражденном канале при транспортировании осветленного потока в зависимости от средней крупности отложившихся наносов и их неразмывающей скорости

Водозаборы островного типа

6.50. В условиях интенсивной переработки берегов, вдольбереговой и поперечной миграции наносов, переохлаждения воды в прибойной зоне в предледоставные периоды целесообразно устраивать водозаборы островного типа - крибы.

6.51. Водозабор островного типа позволяет:

исключить нарушение бытового режима течений и миграции наносов на избранном участке водоема;

обеспечить доступность технического обслуживания водоприемных устройств, повысить категорию водоотбора;

повысить качество отбираемой воды;

в зависимости от складывающейся в водоеме обстановки изменять глубину забора воды, используя селективный водоотбор;

содержать в работоспособном состоянии резервные водоприемные устройства.

6.52. Водозабор островного типа должен быть вынесен за пределы возможного разрушения волн при минимальных уровнях воды на участок водоема с незначительной миграцией и аккумуляцией наносов.

6.53. К недостаткам водозабора островного типа следует отнести:

тяжелые условия обслуживания в штормовые и предледоставные периоды, что в ряде случаев приводит к длительным периодам отсутствия связи между берегом и крибом;

прекращение водоотбора из-за шуголедовых помех вследствие взламывания льда судами после ледостава;

ограниченную общую площадь водоприемных окон из-за предъявляемых требований к рыбозащите;

чрезмерно высокую стоимость строительства водозабора в заполненном водохранилище.

6.54. В последние годы для улучшения условий обслуживания крибов выбирают приглубые участки прибрежной зоны водоема и устраивают эстакады, соединяющие их с берегом.

6.55. Исключить или ослабить шуголедовые помехи при водоотборе можно:

снижением скорости входа воды в водоприемные устройства до 0,05 м/с;

установкой электрообогрева сороудерживающих или поддерживающих решеток;

созданием восходящих токов воды с помощью гидравлической или пневматической завесы;

установкой козырьков над водоприемными устройствами, позволяющими ослабить подсос поверхностных слоев воды и создать более равномерное распределение скоростей;

переходом на отбор воды с глубинных водоприемных окон, расположенных на подветренной стороне криба и др.

Комбинированные водозаборы

6.56. В тяжелых природных условиях целесообразно использовать водозаборные сооружения комбинированного типа.

6.57. Используя несколько водоприемников разного типа, размещаемых в различных местных условиях, комбинированный водозабор позволяет обеспечить более экономичное проектное решение и повысить степень обеспеченности подачи воды.

6.58. Наиболее распространенными являются водозаборы, имеющие береговой незатопляемый водоприемник или совмещенную насосную станцию и самотечные водоводы с водоприемниками, вынесенными в акваторию водоема (см. рис. 75, 78).

6.59. Выбор места расположения и компоновки каждой группы водоприемников комбинированного водозабора должен удовлетворять положениям, изложенным в пп. 6.1-6.12.

6.60. Одним из дополнительных требований, предъявляемых к комбинированным водозаборам, является необходимость выбора такого участка прибрежной зоны водоема, в пределах которого его водоприемники могли бы быть размещены в существенно отличающихся местных условиях, исключающих возможность одновременного появления той или иной разновидности помех.

6.61. Выбор типа и конструктивной схемы водоприемников комбинированного водозабора должен определяться одновременно природными и местными условиями избранных участков водоема.

6.62. В тяжелых природных условиях каждая группа водоприемников должна обеспечивать отбор из водоема полного расчетного расхода воды водозабора.

6.63. В состав комбинированного водозабора целесообразно включать фильтрующие затопленные водоприемники.