Водозаборные сооружения в системах водоснабжения

 

В соответствии с двумя категориями природных источников воды водозаборные сооружения делятся на две группы: сооружения для приема воды из поверхностных источников и сооружения для приема воды из подземных вод.

Водозаборным сооружением называют головную часть насосной станции, через которую вода из источника поступает во всасывающие трубы насосов. Водозабор обеспечивает надежный захват воды из источника с требуемым расходом и по возможности с наименьшим количеством примесей, а также задерживает и не допускает в систему водообеспечения захваченные с водой плавающие предметы, рыбу и грубые примеси. В практике водоснабжения наиболее часто используемыми поверхностными источниками являются реки. Для нормальной работы речного водозабора необходимо выполнение следующих основных требований:

- количество воды в реке должно соответствовать потребности в ней;

- водоприемные отверстия водозабора должны быть всегда открыты;

- водозаборное сооружение должно быть устойчиво и прочно, несмотря на воздействия на него различных факторов;

- вода должна быть захвачена по возможности наилучшего качества.

По месту расположения водоприемники делят на береговые и русловые. Береговые водоприемники устраивают на берегу или в непосредственной близости от него. Русловые водоприемники устраивают только при необходимости и возможности получения в русле реки воды лучшего качества, чем в береговой зоне.

 

 

 

Рис. 3.6. Раздельный водоприемник берегового типа

 

Раздельный водоприемник берегового типа (рис. 3.6) представляет собой железобетонный колодец 1, передняя стенка которого выходит непосредственно в русло реки. Вода поступает в водоприемник через входные окна, расположенные в передней стенке колодца, и забирается насосами через всасывающие трубы 3. Для осуществления предварительной грубой механической очистки входные окна снабжаются решетками, предотвращающими занесение внутрь водоприемника относительно крупных предметов. Кроме того, на пути от входных окон к всасывающим трубам вода проходит через сетки 4, установленные в перегородке 5. На сетках задерживается значительная часть загрязнений, содержащихся в воде: планктон, водоросли, мелкий сор. Над водоприемным колодцем устраивается служебный павильон 6, из которого осуществляется управление арматурой и механизмом очистки сеток, а также другие операции, связанные с эксплуатацией водоприемных сооружений. Вода, прошедшая через сетки, забирается насосами 7 через всасывающие трубы 3. Всасывающие трубы 3 для защиты от повреждений и для облегчения их осмотра и ремонта иногда располагают в специальной галерее 9. Водоприемный колодец разделяется продольными перегородками на два отделения (А и Б). Это обеспечивает бесперебойность работы водоприемника и позволяет осуществлять периодическую очистку и ремонт водоприемника без прекращения подачи воды. Водоприемники берегового типа имеют в плане круглую, эллипсоидальную или прямоугольную форму, выбираемую в зависимости от места расположения водоприемника, условий обтекания его водами реки, используемого оборудования насосной станции. Размеры водоприемника, его основных элементов и оборудования (сеток, решеток, труб) определяют частично путем гидравлического расчета и частично по соображениям конструктивного и эксплуатационного характера.

Водоприемники руслового типа чаще всего применяют при пологих берегах. В этих условиях требуемые для забора глубины в реке находятся на относительно большом расстоянии от берега. Общая схема водозабора при русловом водоприемнике включает русловой водоприемник, самотечную линию и береговой колодец (рис. 3.7).

От оголовка 1 вода по самотечным линиям 2 подводится к береговому колодцу 3. Его конструкция и оборудование несколько отличаются от обычного водоприемника берегового типа, поскольку вода из источника поступает в него не через входные окна, а по самотечным трубам. В качестве водоприемников русловых водозаборов применяют затопленные оголовки незащищенного и защищенного типов с постоянным уровнем захвата воды. Трубчатые водоприемники незащищенного типа устраивают в виде наклонных стояков с воронками (раструбами), являющихся продолжением самотечных труб (рис. 3.8).

 

 

Рис. 3.7. Водоприемник руслового типа:

1 – оголовок; 2 – самотечные трубы; 3 – береговой колодец; 4 –к насосам

 

 

 

Рис. 3.8. Трубчатый незащищенный затопленный водоприемник

 

Входные отверстия раструбов обращены в сторону течения реки и перекрываются сороудерживающими решетками. Сороудерживающие съемные решетки делают из стержней с просветами 30–50 мм. Стержни решетки устанавливают вертикально или с небольшим наклоном в сторону течения, что позволяет очищать решетку от сора граблями и баграми (с лодки). Для уменьшения обмерзания внутриводным льдом стержни покрывают гидрофобными материалами (резиной и др.). Самотечные водоводы русловых водозаборов прокладывают из железобетонных, асбоцементных или чугунных труб. Наиболее часто для этого используют стальные трубы с усиленными стыками и надежной противокоррозионной изоляцией. Стальные трубы хорошо сопротивляются ударам плавающих предметов и не разрушаются при образовании под ними местных временных промоин. Трубы укладывают в русле реки в неглубокой траншее, ниже дна реки на 0,5 – 1,0 м, что предохраняет их от ударов тяжелыми предметами и истирания донными наносами. Сверху траншею укрепляют каменной наброской. Самотечные водоводы прокладывают в две линии труб, что обеспечивает надежную работу водозабора на случай аварии (позволяет поочередно промывать самотечные трубы, создавать в трубах незаиляющие скорости путем выключения одной линии при малом водозаборе) или в паводок, когда река несет много взвесей. Диаметр самотечных водоводов определяют по скорости движения воды в них при пропуске расчетного расхода по двум линиям труб. При эксплуатации самотечных водоводов не исключено засорение входных решеток и труб. Для удаления сора и наносов самотечные трубы промывают обратным током воды с большой скоростью (до 2,5 м/с). Береговой приемно-сеточный колодец располагают на незатопляемом месте, ближе к реке, чтобы не удлинять самотечную линию. Форма колодца в плане обычно круглая, реже овальная. Размеры приемно-сеточных колодцев определяются из условия размещения в них оборудования: самотечных и всасывающих труб, арматуры, сеток для процеживания воды, грязевых насосов для удаления наносов (рис. 3.9).

Приемно-сеточный колодец (рис. 3.9) разделяется продольной стенкой на две секции. Это позволяет ремонтировать или очищать одну секцию, не прекращая работы другой. Для задержания мелких плавающих предметов между самотечными и всасывающими трубами в приемно-сеточном колодце устанавливают перегородку с окнами, в которых размещают съемные сетки из нержавеющей проволоки с ячейками около 5 мм в свету. В каждом окне устанавливают две сетки одну за другой. Во время чистки одной сетки вода процеживается через другую. В приемно-сетчатом колодце происходит осаждение песка и взвесей. Большая часть взвесей выпадает в первом отделении, до сеток. Для скопления песка и ила первое отделение углубляют на 1–1,5 м ниже конца самотечной линии, а между первым и вторым отделением устраивают порог высотой 0,5–1 м. Во втором отделении колодца (после сеток) размещают всасывающие трубы наносов.

Для приема подземных вод применяются сооружения следующих типов: вертикальные и горизонтальные водозаборы, каптажи.

 

б

а

                                 а

 

 

Рис. 3.9. Приемно-сеточный колодец: а – разрез; б – план; 1 – самотечные трубы;

2 – промывные трубы; 3 – всасывающие трубы; 4 – водоструйный насос

(гидроэлеватор);   5 – сетки; 6, 7 – задвижки

 

К вертикальным водозаборам относятся шахтные колодцы и буровые скважины. Те и другие носят также общее название – колодцы. Колодцы имеют три основные части: ствол, или шахту, – вертикальные горные выработки, с помощью которых достигают водоносного пласта; водоприемную часть – выработку, углубленную в водоносный пласт, через которую забирают подземную воду из водоносной породы; устье, или оголовок, защищающие колодцы от загрязнений и служащие для вентиляции и сообщения с полостью колодца. В рыхлых породах стенки колодцев крепят для предотвращения обвала (рис. 3.10).

 

 

Рис. 3.10. Схема водозаборной скважины:

1 – отстойник фильтра; 2 – фильтр (рабочая часть); 3 – надфильтровая труба; 4 – сальник;

5 – ствол; 6 – направляющая труба (кондуктор); 7 – устье

 

Горизонтальные водозаборы – дренажные трубы или галереи, заложенные в водоносном пласте с небольшим уклоном и отводящие подземную воду самотеком в приемные (сборные) камеры. Их применяют преимущественно для добывания неглубоко залегающих (до 6–7 м) грунтовых вод при малой (1–3 м) мощности водоносных пластов (рис. 3.11).

                                                   а                                         б

 

Рис. 3.11. Схема горизонтального водозабора:

  а –в плане; б – в разрезе

 

Каптажи (от франц. le captage) представляют собой сооружения для захвата и отвода ключевой (родниковой) воды (рис. 3.12).

 

 

 

Рис. 3.12. Простейший каптаж восходящего источника с каменной наброской:

1 – рабочий уровень; 2 – предельно наивысший уровень