Затопленные водоприемники и водоводы

4.24. Затопленные водоприемники получили преимущество в практике проектирования, строительства и эксплуатации водозаборов. Одним из недостатков этих водоприемников является недоступность их обслуживания при возможной аварийной ситуации в период шуголедовых явлений в водоисточнике, засорения водоприемных отверстий и аккумуляции наносов в месте их расположения.

4.25. Верх водоприемника размещается на отметке не менее 0,2 м ниже минимальной отметки нижней поверхности льда. В случаях размещения водоприемника в пределах судового хода его конструктивная схема согласуется с судовой инспекцией.

4.26. Конструктивное оформление водоприемников должно отвечать гидрологическим и гидравлическим условиям потока. Водоприемник в водоисточнике должен располагаться таким образом, чтобы создавались благоприятные условия для селективного водоотбора, защиты водоприемных окон от наносов, шуги, мусора и рыбной молоди.

4.27. Водоприемники с вихревой камерой, щелевые, раструбные позволяют обеспечить равномерность скоростей или удельных расходов по всей длине водоприемного фронта, резко улучшать условия селективного водоотбора, а в ряде случаев и обратную промывку сороудерживающих решеток и фильтрующих элементов.

4.28. Гидравлические расчеты водоприемников выполняют для определения:

гидравлических характеристик режима работы;

размеров водоприемных отверстий, диаметров самотечных или сифонных водоводов и других конструктивных элементов;

потерь напора в водоприемнике и подводящей системе водоводов;

наивысшей отметки оси насосов;

степени неравномерности отбора воды.

4.29. Гидравлические расчеты производят для нормальных и особых условий эксплуатации водозаборов, в том числе и затопленных водоприемников.

Под нормальными условиями подразумевается одновременная работа всех секций водозабора, кроме резервных.

При особых условиях эксплуатации одна из двух секций предполагается выключенной, на водозаборах I категории проходит весь расчетный расход забираемой воды, а на II и III проходит 70 % по другой секции при минимально возможном уровне воды в источнике.

4.30. Размеры элементов водозабора определяют применительно к нормальным условиям работы, а расчеты потерь напора и наивысшей допустимой отметки оси насосов, наоборот, выполняют применительно к особым условиям.

4.31. Размеры водоприемных окон или щелей следует определять по среднему удельному расходу или скорости втекания воды в водоприемные отверстия (в свету), сороудерживающие решетки, сетки или в поры фильтров с учетом требований рыбозащиты.

Допустимые скорости втекания воды в водоприемные окна без учета требований рыбозащиты следует принимать для средних и тяжелых условий забора воды соответственно:

в береговые незатопляемые водоприемники - 0,6-0,2 м/с;

в затопляемые водоприемники 0,3-0,1 м/с.

С учетом требований рыбозащиты в водотоках со скоростями течения свыше 0,4 м/с допустимая скорость втекания 0,25 м/с; менее 0,4-0,1 м/с.

Для очень тяжелых шуголедовых условий скорость втекания воды в водоприемные окна следует снижать до 0,06 м/с.

4.32. Площадь водоприемных отверстий W_бр, м², определяют при одновременной работе всех секций водозабора (кроме резервных) по формуле

W_бр = l,25(Q _p/u) K,                                                                               (97)

где u - скорость втекания в водоприемные отверстия, м/с, отнесенная к их сечению в свету; 1,25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий; Q _p - расчетный расход одной секции, м³/с; K - коэффициент, учитывающий стеснения отверстий стержнями решеток или сеток, принимаемый: для решеток K = (а+с)/ а, сеток - ; где а - расстояние между стержнями в свету, см; с - толщина стержней, см.

В водоприемниках с фильтрующими кассетами или фильтром его следует определять по формуле (97) при значениях коэффициента K = 1/ р, где р - пористость фильтра, принимаемая для гравийно-щебеночных фильтров 0,3-0,5, пороэластовых 0,25-0,35, керамзитовых - 0,3-0,45, полиэтиленовых - 0,4-0,5, керамзитобетонных - 0,2-0,4.

4.33. Водоприемники должны быть защищены от подмыва обтекающим потоком устройством заглубленного основания и креплением ложа водоисточника вокруг них.

Устойчивость ложа или крепления для равнинных рек определяют по формуле

,                                                        (98)

где u_н - неразмывающая скорость, м/с; d ₁₀ - наибольший диаметр отложений, м, содержащийся в смеси не более 10 %;  - коэффициент, учитывающий содержание взвеси в потоке.

Эта формула рекомендуется при незначительной интенсивности турбулентности или при равнинных водотоках.

В условиях водоемов неразмывающие скорости определяются суммарной величиной орбитального движения жидкости и средних скоростей течений в придонном слое с помощью графика (см. рис. 39).

Для потоков с повышенной турбулентностью или предгорных и горных рек допускаемые неразмывающие скорости рекомендуется определять по формулам:

для ложа, сложенного из несвязных грунтов или каменного крепления

;                                        (99)

для ложа, сложенного из связных грунтов или соответствующего крепления

,                                   (100)

где m - коэффициент, величина которого m = 1 - для чистых потоков и 1,4 - при наличии наносов и коллоидальном состоянии; n - коэффициент, учитывающий пульсацию потоков, величина которого определяется по формуле

;                                                      (101)

r_к - плотность материала или крепления, т/м³; С _к = 175/10¹⁰ - величина усталости прочности на разрыв материала; K = 0,5-0,75 - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения показателя сцепления от его средней величины.

4.34. Расчет диаметров водоводов производится по величинам допускаемых скоростей в условиях нормального режима работы водозабора и выполняется по формуле

,                                                               (102)

где Q _p - расчетный расход одной секции, м³/с; u_p - расчетная скорость, м/с.

4.35. Скорости в самотечных водоводах должны быть проверены на незаиляемость по формуле

,                                                     (103)

где K _r - коэффициент, учитывающий содержание наносов; u_*» 0,07u.

4.36. Сифонные водоводы рассчитываются в следующей последовательности:

разность уровней воды в водоисточнике и колодце (рис. 52) - по формуле

H = h _д + S h _м,                                                                                (104)

где h _д - потери напора по длине; S h _м - сумма местных потерь;

Рис. 52. Схема водозабора с сифонным водоводом

1 - водоприемник; 2 - сифонный водовод; 3 - береговой водоприемный колодец; 4 - всасывающий водовод; 5 - водовод для зарядки сифона; е-е - напорная линия; Р-Р - пьезометрическая линия.

величина вакуума в водоводе - по формуле

h _вак = D z + (1 + z¢)u²/2 g,                                                                    (105)

где D z - превышение рассматриваемого сечения сифона над уровнем воды в водоисточнике, питающем сифон; z¢ - коэффициент сопротивления сифона от входа только до рассматриваемого сечения;

расход воздуха Q _в, л/с, выделяющегося из воды в сифонах, - по формуле

Q _в = 0,01 Q _р K _в,                                                                           (106)

где Q _p - расчетный расход воды в сифонных линиях, л/с; K _в - коэффициент, учитывающий выделение воздуха из 100 л воды, принимаемый в зависимости от величины вакуума в водоводах (табл. 20).

Таблица 20

Р вак, кПа	0	9,8	19,6	29,4	39,2	49	58,8	68,6	78,4	88
K в	1,5	1,67	1,87	2,14	2,5	3	3,75	5	7,5	15

где Р _вак - атмосферное давление, кПа.

Наибольшая величина вакуума, которая будет в самом высоком и удаленном от входа сечении, - по формуле

,                                                 (107)

где  - коэффициент сопротивления сифона до сечения 3-3; ;

максимально допустимый вакуум - по

h _вак.max £ h _{вак.доп}.                                                                             (108)

При назначении допустимого вакуума h _{вак.доп} следует исходить из минимально возможного атмосферного давления для данной местности и учитывать пульсацию вакуума. Отклонение атмосферного давления от нормального на рассматриваемой высоте доходит до 5 % (табл. 21)

Таблица 21

Высота над уровнем моря, м	0	100	200	300	400	500	600	800	1000	1500	2000
Атмосферное давление Рвак, кПа	101	100	99	97,5	96,5	95	94	92	90	84,5	80

Полуразмах пульсации вакуума при работе сифона полным сечением составляет около 10 % осредненного вакуума, тогда

h _{вак.доп} = (0,86 Р _а - 0,91 P ₃)/r g,                                                              (109)

где Р ₃ - давление парообразования.

4.37. Пропускная способность водоводов в период эксплуатации снижается иногда до 50 % расчетной и даже ниже. Вследствие коррозии и обрастания водоводов шероховатость со временем увеличивается.

4.38. Для всех видов водоприемников производится расчет наивысшей допустимой отметки оси насоса по формуле

Ñ_он = Ñ_нув + h _вс - S h_f - h _u,                                                                      (110)

где Ñ_нув - отметка наинизшего уровня воды в водоисточнике; h _вc - допустимая высота всасывания насосов, определяемая по каталогу; S h_f - сумма всех потерь напора от входа в водоприемник до насоса; h _u - скоростной напор при входе воды в насос.

Местные потери напора определяют по формуле

.                                                                       (111)

При этом скорости течения u_p определяют по наибольшему расходу в одной из секций водоприемника Q _p = mQ _в, где m = 0,7-1, u_p = Q _p/(0,785 D ²).

Коэффициенты местного сопротивления z принимают по справочным данным.

4.39. В тяжелых или очень тяжелых условиях забора воды, когда возможна закупорка водоприемных отверстий, целесообразно принять в запас возможное дополнительное понижение ее уровня в береговом колодце до 1 м.