Тема: Основи меліорації. Використання водних ресурсів.

Лекція №15.

Тема: Основи меліорації. Використання водних ресурсів.

План заняття.

1. Водні ресурси. Класифікація та характеристика.

2. Гідромеліорація.

3. Зрошувальні насосні станції.

4. Механізація зрошення (поливів).

5. Осушувальні меліорації.

Водне господарство.

Гідромеліорація.

Термін "меліорація" (від лат. melioratio) означає покращення.

Гідромеліорація належить до сільськогосподарських меліорацій призначена для регулювання (покращення) водно-повітряного режиму грунтів з метою високоефективного використання земель. Таким чином, гідромеліорація - це водна меліорація і, впливаючи в основному на водний режим грунту, вона впливає на його повітряний, тепловий, мікробіологічний режим і в кінцевому рахунку на родючість грунтів. Покращення водно-повітряного режиму фунтів, тобто гідромеліорація, здійснюється двома способами (двома її видами) - зрошенням і осушенням земель.

Лекція №16.

Тема: Сільськогосподарське водопостачання

План заняття.

1. Задачі, класифікація й особливості систем сільськогосподарського водопостачання.

2. Вимоги до якості води та її поліпшення.

3. Норми, режими водоспоживання та визначення розрахункових витрат води.

4. Схеми систем водопостачання.

5. Елементи систем водопостачання.

6. Напірно-регулюючі споруди.

7. Вуличні водопровідні мережі.

8. Каналізація сільських населених пунктів.

Елементи систем водопостачання.

Водозабірні вузли

Водозабірні вузли - це гідротехнічні споруди,призначені для забирання води з джерела водопостачання.

Конструкція водозабірних вузлів залежить від типу джерелаводи.

Мімспластові підземні води забираються за допомогою свердловин, а грунтові - за допомогою шахтних колодязів.

При виборі місця розташування водозабору слід враховувати відстань між ним і споживачами - вона повинна бути якомога меншою, - а також природні, економічні, гідрогеологічні, санітарні та інші умови і вимоги.

Розглянемо відповідні водозабірні споруди.

Водозабірні свердловини - це вертикальні циліндричні гірничі виробки в земній корі відносно малого діаметра і великої глибини.

Призначені водозабірні свердловини для забирання міжпластових (напірних і безнапірних) вод, тобто вод, які залягають на значній глибині (більше 10м), з товщиною водоносного пласта більше 5...6м.

Глибина свердловин сягає 50...500м, діаметр - 75...500мм. Основною технічною характеристикою свердловини є її дебіт, тобто витрата води, яку забезпечує свердловина (див. п. 1.3.17). Робляться свердловини методом буріння, який полягає в руйнуванні гірських порід у забої, видаленні зруйнованої породи (шламу) зі ствола та закріпленні стінок свердловин.

Буріння свердловин здійснюється двома способами – обертовим (роторним) та ударним - за допомогою спеціальних бурових агрегатів або установок. Установка для буріння неглибоких (глибиною до 20...30м) свердловин ручним способом показана на рис. 5.12. Такі свердловини застосовуються переважно для забирання фунтових вод.

 

 

а - буровий пристрій, б - підйомний пристрій; 1 - поворотний хомут; 2 - вертлюг; 3 - бурова колона; 4 - обсадна труба; 5 - породоруйнуючий інструмент; 6 - канат; 7 -тринога; 8 - блок;

9 - лебідка; 10 - балансир (важіль)

Буріння свердловин здійснюється двома способами - обертовим (роторним) та ударним - за допомогою спеціальних бурових агрегатів або установок. Установка для буріння неглибоких (глибиною до 20...30 м) свердловин ручним способом показана на рис. 5.12. Такі свердловини застосовуються переважно для забирання ґрунтових вод.

Для буріння глибоких свердловин застосовуються ударно- канатне та обертове (роторне) буріння.

 

Рис. 5.13. Схема установки ударно-канатного буріння:

1 - буровий снаряд (з долотом); 2 - желонка; 3 - канат; 4 - канат желонки; 5 - мачта; б - ролик (блок); 7 - відтяжний ролик; 8 - направляючий ролик; 9 - відтяжна рама ударного механізму;

10 - інструментальний барабан (лебідка); 11 - шатун: 12 - желонковий барабан

Ударно-канатне буріння ведеться долотами і желонками при періодичному опусканні їх на канаті у свердловину. Порода руйнується ударами долота по забою, а продукти руйнування видаляються зі свердловини желонкою. Установка для ударно-канатного буріння показана на рис. 5.13.

Желонка - це циліндричний наскрізний стакан, у нижній частині якого розміщені стальний ріжучий башмак і клапан (рис. 5.14, а, б). При опусканні желонки клапан відкривається всередину, а при підніманні її, після набирання продуктів руйнування забою, клапан опускається і лягає на упор, передбачений у башмаку.

Таким чином, бурова маса (шлам) закривається в стакані, піднімається на поверхню і висипається із желонки поблизу свердловини.

При обертовому (роторному) бурінні порода в забої руйнується породоруйнуючим інструментом, який працює, обертаючись навколо осі за допомогою бурильних труб. Порода руйнується по всьому перерізу забою. Продукти руйнування безперервно видаляються зі свердловини шляхом промивки забою промивочною рідиною (глиняним розчином, водою та ін.) або продувки повітрям.

На рис. 5.15 показана принципова схема роторного буріння, на рис. 5.16 показана установка роторного буріння.

Свердловини можуть бути досконалими, якщо вони повністю прорізають водоносний пласт, досягаючи нижнього водотривного пласта, та недосконалими, які прорізають водоносний пласт частково, не досягаючи нижнього водотриву. Свердловина складається зі ствола, тобто основної частини, за допомогою якої досягається водоносний шар, водоприймальної частини, через яку вода надходить у свердловину, і гирла - місця перетину свердловини з поверхнею землі (рис. 5.17).

 

 

Навколо свердловини обов'язково слід робити зону санітарної охорони розміром 30...50 м.

Для запобігання обвалюванню стінок свердловини її ствол закріплюється обсадними трубами одного або декількох діаметрів, які розташовуються телескопічне - від більшого діаметра зверху до меншого знизу. В якості обсадних труб застосовуються стальні безшовні, водогазопровідні, азбестоцементні, поліетиленові і пластмасові труби.

У межах водоносного пласта у свердловині встановлюється фільтр.

Фільтр - це частина свердловини, через яку вода з водоносного пласта надходить у свердловину. Фільтри застосовуються з метою запобігання надходженню (потраплянню) часток породи водоносного пласта всередину свердловини. Встановлюється фільтр у свердловині нижче колони обсадних труб (рис. 5.17). Основною характеристикою фільтра є його пропускна здатність, тобто здатність забезпечувати пропуск певної витрати при надходженні води у свердловину. Залежить вона від щілинності фільтра.

Фільтр складається з робочої частини, відстійника й надфільтрової труби (рис. 5.17). Робоча частина призначена для приймання води з водоносного пласта, відстійник - для відкладення (збирання) у ньому часток піску, які проникають через фільтр у свердловину і, нарешті, надфільтрова труба, призначена для з'єднання фільтра з колоною обсадних труб із сальниковим ущільненням.

 

 

1 - гирло: 2 - стінка: 3 - затрубний простір; 4 - колона обсадних труб; 5 - ствол; 6 - замок фільтра; 7 - сальник (ущільнення); 8 - надфільтрова труба: 9 - водоприймальна частина фільтра; 10 - відстійник; 11 - забій: 12 - водоносний пласт

Робоча частина фільтра - це, переважно, стальна труба з висвердленими по всій її поверхні круглими отворами (перфорована), з привареними підкладочними (опорними) поздовжніми стержнями, обмотана нержавіючим дротом або дротяною в'язаною чи штампованою сіткою (рис. 5.18). Умовний діаметр фільтрів - 125...250 мм, щілинність- 15...46%.

 

 

1 —трубчастий каркас з круглими отворами; 2 – підкладочні (опорні) стержні: 3 -дротяна обмотка з нержавіючої сталі; 4 - штампована листова сітка з нержавіючої сталі; 5 - підкладна синтетична сітка; 6 - сітка (плетена) з нержавіючого чи латунного дроту.

Вода зі свердловини піднімається за допомогою занурювальних насосів типу ЕВВ - електрифікованих відцентрових водопідйомних (див.п. 2.1.2.1). Насос працює в зануреному у воду стані, і мінімальний (динамічний) рівень води над ним має бути не менше одного метра (рис. 5.19).

Вода, піднята зі свердловини занурювальним насосом, подається водопідйомним трубопроводом, який іноді називають водопідйомною трубою. Він робиться зі стальних труб з муфтовим різьбовим з'єднуванням. Водопідйомний трубопровід підвішується на опорній плиті, а до його нижньої частини на різьбі підвішується занурювальнийнасос.

Діаметр трубопроводу регламентується (обмежується) діаметром вихідного патрубка занурювального насоса і становить для насосів ЕВВ 6 і ЕВВ 8-80 мм, для насосів ЕВВ 10 і ЕВВ 12-90 мм, для насосів більшого діаметра - не більше як 100 мм. Слід пам'ятати, що штучно (без обгрунтування) збільшений діаметр водопідйомного трубопроводу може викликати згорання електродвигуна електронасоса.

Піднята по водопідйомному трубопроводу вода подається у водопровідну мережу та в напірно-регулюючі споруди (башти). Схема компоновки водозабірного вузла показана на рис. 5.20.

Ґрунтові води переважно забираютьсяза допомогою шахтних колодязів. Шахтний колодязь - це також (як і свердловина) вертикальна циліндрична чи квадратна гірнича виробка в земній корі, але відносно великого поперечного розміру й невеликої глибини – до 30...40 м (в основному до 10 м) (рис. 5.21). Діаметр шахтних колодязів круглого перерізу становить 1 м, а при квадратній формі розміри поперечного перерізу 1х1 м. Робляться шахтні колодязі шляхом копання вручну або механізованого буріння (круглих колодязів) установкою КШК - копач шахтних колодязів. Для запобігання обвалюванню стінок ствол колодязя закріплюється переважно залізобетонними кільцями чи монолітне. Оголовок шахтного колодязя призначений для захисту від забруднення колодязя зверху.

Вода із шахтних колодязів забирається механізовано (за допомогою насоса) або вручну (відерний водопідйом).

При ручному водопідйомі на оголовку передбачається підйомний пристрій типу "коловорот" чи "журавель".

 

 

Поверхневі води забираються за допомогою водозабірних споруд, конструкція яких залежить від типу поверхневого джерела (річка, канал чи ін.) та його особливостей. Для забирання води з річок застосовуються два типи водозаборів - береговій руслові. У водозаборів берегового типу водоприйомник поєднується з береговим колодязем, і його водоприймальні отвори завжди доступні для обслуговування, що и гарантує їхню безперебійну роботу (рис. 5.22, а).

 

 

 

 

Рис. 5.21. Схема шахтного колодязя:

1 — вентиляційна труба; 2 - кришка; 3 - оголовок; 4 — вимощення; 5 - глиняний замок; 6 - ствол; 7 - водоприймальна частина; 8 - водоприймальні вікна; 9 - водоносний пласт; 10 - зумпф (водозабірна частина).

Але вони застосовуються при наявності крутого, стійкого й незатоплюваного під час паводків берега. При відсутності цих умов застосовуються руслові водозабори (рис. 5.22, б). При цьому типі водозабору водоприймальний пристрій виноситься в річку на певну відстань від берега.

Усі елементи конструкції водозаборів проектуються з урахуванням конкретних умов, а водопропускні пристрої та лінії -на підставі гідравлічних розрахунків.

Напірно-регулюючі споруди.

Напірно-регулюючі споруди призначені для регулювання витрати води, вирівнювання напорів у мережі і підвищення надійності роботи систем водопостачання. До них належать водонапірні башти, резервуари і гідропневматичні установки.

Водонапірні башти. Це напірнорегулюючі споруди, в яких бак розташований на штучній опорі і піднімається над поверхнею землі. Розташовують водонапірні башти в місці з найвищою відміткою поверхні землі на початку, у центрі або в кінці водопровідної мережі, але якнайближче до неї.

Навколо башти робиться зона санітарної охорони радіусом 15м. Найбільш розповсюдженими є металеві башти-колони заводського виготовлення конструкції інженера Рожновськог (рис. 5.26). Вони мають висоту 12, 15 і 18 м і об'єм бака 15, 25

 

 і 50 м³. Основними складовими частинами башти є стовбур і розташований на ньому бак.

Вода в башту подається і забирається з неї трубопроводом, приєднаним до нижньої частини стовбура (нижнє живлення). При заповненні башти водою надлишок її, до відключення насоса, витікає по переливній трубі і падає на землю біля башти.

Висота водонапірної башти Н _б визначається після гідравлічного розрахунку водопровідної мережі і визначення диктуючої точки за формулою

Н _б = Н _{д т} + Σ h _в+(z_д– z_б).         (5.16)

де Н _{д т} - вільний напір в диктуючій точці; Σ h _в - сума втрат напору води на шляху від башти до диктуючої точки;   z_д - відмітка поверхні землі в диктуючій точці; z_б - відмітка поверхні землі в місці розташування башти.

Диктуючою називається точка в системі водопостачання, в яку найскладніше подати воду.

Регулюючий об'єм бака водонапірної башти W _б визначається за залежністю

W _б = Q/4·n _доп.               (5.17)

де Q - подача насоса, м³/год, у годину максимального водоспоживання; n _доп -допустима кількість включень насоса на годину, 2...6.

Резервуари - це споруди, призначені для зберігання господарських, протипожежних, технологічних і аварійних запасів води. Вони класифікуються: за призначенням - запасні, регулюючі, запасно-регулюючі; за висотним розташуванням - напірні і безнапірні; за формою в плані - круглі і прямокутні; за степенем заглиблення - незаглиблені, напівзаглиблені й заглиблені; за видом матеріалу - залізобетонні, металеві, бетонні і кам'яні.

Запасні резервуари є одним з елементів систем водопостачання, що забезпечує високу надійність їхньої роботи. Для забезпечення більш рівномірної роботи насосних станцій улаштовуються регулюючі резервуари. Іноді функції перших і других виконують запасно-регулюючі резервуари.

Напірні резервуари застосовуються для утворення необхідного вільного напору у водопровідній мережі з урахуванням рельєфу місцевості, а безнапірні резервуари використовуються при насосних станціях. Для кращої теплоізоляції і поліпшення міцності їхньої основи резервуари частіше за все робляться підземними, тобто частково чи повністю заглибленими в землю. Рідше напірні резервуари будуються наземними, тобто незаглибленими.

Найбільш широке застосування в практиці водопровідного будівництва знайшли резервуари з монолітного й збірного залізобетону.

Для підведення і відведення води резервуари обладнуються трубопроводами, а також переливними і зливними трубами. У безнапірних резервуарах при насосних станціях замість відповідних труб застосовуються усмоктувальні труби насосів. Уся водопровідна арматура для управління роботою резервуарів може розміщуватися за їх межами і спеціальному розташованому поряд колодязі. Об'єми води, які передбачається зберігати в резервуарі, встановлюються на підставі розрахунків. На рис. 5.27 показаний напівзаглиблений залізобетонний резервуар.

Гідропневматичні установки.

Вони застосовуються для регулювання подачі води в будівлі, а також замість водонапірних башт. Тобто вони виконують ту саму роль, що й водонапірні башти. Потрібний напір у водопровідній мережі гідропневматичними установками забезпечується тиском стисненого повітря на водну поверхню в герметичне закритих сталевих резервуарах-баках. На рис.5.28 показана схема пневматичної напірно-регулюючої установки.

 

 

Лекція №15.

Тема: Основи меліорації. Використання водних ресурсів.

План заняття.

1. Водні ресурси. Класифікація та характеристика.

2. Гідромеліорація.

3. Зрошувальні насосні станції.

4. Механізація зрошення (поливів).

5. Осушувальні меліорації.