Устройство и эксплуатация водозаборов

ПРЕДИСЛОВИЕ

Необходимость совершенствования устройства и эксплуатации водозаборов непосредственно вытекает из задач, поставленных XXVI съездом КПСС: повысить обеспеченность городов и других населенных пунктов централизованным водоснабжением; улучшить охрану водных источников, в том числе малых рек и озер, от исто­щения и загрязнения.

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.

1. Специальное водопользование

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.

2. Выбор источника водоснабжения и оценка условий забора воды

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.

Знание режима источника позволяет более обосно­ванно подойти к решению задачи устройства водозабо­ра, а также оценить условия отбора воды и работы водо­очистной станции.

Таблица 1. Типизация рек по источникам питания

Тип питания	Символ	Районы преимущественного распространения.
Почти полностью снего­вое	S >80 %	Северный Казахстан, За­волжье
Преимущественно снего­вое	S > 50 %	Европейская часть СССР, Западная Сибирь, северо-восток азиатской части СССР
Почти полностью дожде­вое	R > 80 %	Черноморское побережье Кавказа (южная часть)
Преимущественно дож­девое	R > 50 %	Дальний Восток, некоторые районы Закавказья, бассей­ны Лены и Индигирки
Преимущественно лед­никовое	G > 25 %	Высокогорные районы Кав­каза и Средней Азии
Смешанное, но преобла­дает снеговое	S<50%	Прибалтика, предгорные районы Северного Кавказа, Алтая,, Саян, бассейн Лены
дождевое	R < 50 %	Закавказье, Черноморское побережье Кавказа (север­ная часть)
-ледниковое	G < 25 %	Горные районы Алтая
подземное	V<25%	Предгорные районы Средней Азии, большая часть рек Армении

Примечание. S — снеговое питание, R — дождевое, G — лед­никовое, V — подземное.



Рис. 1. Графики режима реки (по Б. Д. Зайкову)

Наряду с режимом стока большое значение для бес­перебойного отбора воды имеет режим уровней, наносов и шуголедовый режим реки. Режим уровней реки обус­ловливается прежде всего изменением ее водности, в peзультате чего на большинстве рек наблюдается сходст­во графиков колебания уровней и расходов. На отдель­ных участках эта закономерность может нарушаться из-за морфологических особенностей поймы и русла. На ;устьевых участках рек, где оказывают влияние сгонные и нагонные течения, приливы и отливы и т.


д., уровен- ный режим имеет своеобразный характер. Существенное влияние на уровень воды оказывает также шуголедовый режим реки. В предледоставный период происходят ко­лебания уровня со сложной закономерностью, не связан­ные с водностью источника.



Рис. 2. Графики колебания уровня в Волге до строительства водохранилищ (а) и после строительства (б) (по М. И. Львовичу) 1 — Калинин; 2 — Андропов; 3 — Ярославль; 4 — Горький; 5 — Вязовые; 6 — Тетюши; 7 — Куйбышев; 8 — Саратов; 9 — Волгоград; 10 — Астрахань

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 RH (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 Ru по сравнению с расходом воды Qp. На рис. 3 приведен гра­фик функции RH = f(Qp) для Оби у Салехарда. Как вид­но по хронологическому графику, в начале паводка (в мае) устанавливается прямая пропорциональная зависимость между rh и Qp с более интенсивным ростом расхода наносов (dQp/dt>Q; dRH/dt>0), затем (в июне) с увеличением стока воды расход взвешенных наносов почти не изменяется (dQp/dt>Q; dRH/dt = consi); в по­следующем (в июле) при относительно устойчивом стоке воды расход наносов резко уменьшается (dQp/dt&const; dRn/dt<Q). На спаде паводка расход воды уменьшается значительно быстрее, чем расход наносов (dQp/dt<Q; dRH/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 (pi/pсp) по глубине (у/Н) при скорости потока va (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.

ГЛАВА II. УСТРОЙСТВО ВОДОЗАБОРОВ

За последние два десятилетия в системах комму­нального водоснабжения почти всех городов РСФСР по­строены или реконструированы водозаборные соору­жения различных типов. В большинстве водозаборы из поверхностных источников строились с русловыми за­топленными водоприемными оголовками, наиболее круп­ные из них (производительностью до 500 тыс. м3/сут и более) — в Куйбышеве, Горьком, Саратове, Ульяновске, Перми, Тюмени, Хабаровске и других городах. Широкое внедрение получили ковшовые водозаборы (рис. 6), по­строенные в этот период в системах коммунального во­доснабжения Ростова-на-Дону, Омска, Новосибирска, Барнаула, Кемерово, Ленинска-Кузнецкого и других го­родов, а также приплотинные и водохранилищные водо­заборы (рис. 7) в Пензе, Свердловске, Челябинске, Руб­цовске, Прокопьевске, Владивостоке и т.


д. На этих водозаборах применены наиболее совершенные конструк­ции водоприемников, оборудование и технология, благо­даря чему достигнута высокая надежность их работы.



Рис. 6. Строительство ковшового водозабора на р. Томь

1. Роль водозаборов

в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения

и принципы их размещения

Водозабор является первым звеном сложной системы водоснабжения, обеспечивающим питание всех водопо-требителей. Занимая головное положение в системе, во­дозабор имеет определяющую роль в ее функционирова­нии.

Современный водозабор для водоснабжения крупно­го города представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений, оснащенных энергетическим и механическим оборудованием, системой автоматическо­го и телемеханического управления, стоимость его дос­тигает 2...5 млн. руб. Такой водозабор должен работать бесперебойно при любых условиях забора воды, сущест­венно изменяющихся по сезонам года.

Судоходство, лесосплавы, шугоход и ледоход, резкие колебания уровней воды, а также непредвиденные об­стоятельства нарушают работу водозаборов. Даже не­большие нарушения режима работы водозабора влекут за собой крупные осложнения в водоснабжении, аварии же могут принести материальный ущерб, многократно превышающий стоимость самих водозаборных сооруже­ний. Поэтому строительство и эксплуатация водозабо­ров обязательно должны сочетаться со всеми другими видами водопользования.



Рис. 7. Плотина на водозаборе из р. Миасс 18

Учение о водозаборах из поверхностных источников, разработка их конструкций и технологии были заложе­ны по существу только в послереволюционный период. Здесь почти полностью отсутствует заимствование зару-.бежного опыта, ибо условия забора воды на реках СССР

значительно сложнее, чем на реках Западной Европы. Уже в годы первой пятилетки были проведены экспери­менты и натурные исследования по открытым водозабо­рам в Кузбассе и Донбассе, на Волге и т. д., что в зна­чительной степени обусловливалось высокими темпами роста водопотребления.


Особенно бурный рост комму- нального водопотребления имел место во второй полови­не текущего столетия благодаря массовому жилищному строительству в нашей стране и коренному улучшению благоустройства городов.

Все это влечет расширение масштабов строительст­ва водопроводов в целом и как составного их звена — водозаборных сооружений. Очевидно, и в дальнейшем исходя из ожидаемого роста водопотребления будет про­исходить интенсивное развитие водозаборов. С ростом водопотребления менялись не только масштабы отбора воды из поверхностных источников, не только возраста­ло число водозаборов, но (что особенно существенно) -изменялся их тип, совершенствовалась технология с уче­том специфики рек отдельных регионов и требований рыбоохраны, увеличивалась водозахватная способность водоприемных устройств.

С укрупнением (увеличением мощности) водозабо­ров возрастают требования к надежности (бесперебой­ности) их работы, ибо многократно увеличивается воз­можный материальный ущерб при аварийных ситуациях, а это требует в свою очередь более глубокого изучения гидрологических и иных условий забора воды, усовер­шенствования конструкций и технологии водозаборов. Большие эксперименты и теоретические разработки в этой области, проверка их в натурных условиях дают ог­ромный материал для обобщения исследований, более широкого внедрения в производство их результатов.

С созданием водохранилищ на Волге, Каме, Днепре, Оби, Енисее, Ангаре, со строительством крупных кана­лов существенно изменились условия (технические и правовые) забора воды, возникли комплексные решения водохозяйственной проблемы с учетом различных водо­пользователей: хозяйственно-питьевое и промышленное водоснабжение, гидро- и теплоэнергетика, орошение, рыбоводство и т. д.

Важное значение всесторонней оценки источников хозяйственно-питьевого водоснабжения вытекает из то-то, что выбор источника, места расположения водозабора на нем и отдаленность водозабора от населенного пункта в большой степени отражаются на устройстве системы водоснабжения в целом, на всех иных видах водопользования и на водоохранных мерах.


По существу выбор того или иного источника для хозяйственно-питье­вого водоснабжения устанавливает систему водопользо­вания и основные принципы взаимоотношения водополь­зователей с водными объектами на далекую перспекти­ву, и тем более сейчас, когда из-за бурного роста городов, освоения новых территорий, активного экологи­ческого воздействия на источники водозаборы приходит­ся удалять на многие десятки километров от населенных пунктов, например в Риге, Иванове, Ижевске, Владивос­токе, Саранске и во многих городах за рубежом. Так, для водоснабжения Праги построен уникальный водозабор в комплексе с плотиной высотой 58 м, длиной 620 м и вместимостью водохранилища 264 млн. м3. Подача во­ды с водозабора осуществляется по системе водоводов и подземному туннелю на расстояние более 70 км. Для водоснабжения Хельсинки построен водозабор с подачей воды по подземному туннелю на 120 км.

Строительство водозаборов и всего комплекса голов­ных сооружений водопровода с производственными, ад­министративными и жилыми зданиями помимо чисто строительных работ включает нередко переселение на новые места (из зоны затопления) населенных пунктов, оздоровление территории, облесение, снятие раститель­ного слоя, расчистку русел малых водотоков и т.д. В крупных городах строительство водозаборов нередко дает начало развитию нового производственно-админи­стративного комплекса и жилого поселка со всей его инфраструктурой (например, поселки на водозаборах в Кемерове, Прокопьевске, Новосибирске и т.д.). Строи­тельство таких водозаборов осуществляется не только для одного города, но и для нескольких населенных пунктов, включая сельскохозяйственные комплексы и сельские населенные пункты. Например, водозабор из Невы в Ленинградской обл. обеспечивает водой города Пушкин, Павловск, Гатчину, Ломоносов, Красное Село и несколько сельских населенных пунктов; запроектиро­ван водозабор из Дона для Ростова-на-Дону, Новочер­касска, Батайска и т. д.

В связи с территориальным перераспределением сто­ка рек и строительством крупных водохозяйственных систем (например, системы на базе каналов Иртыш — Ка­раганда, Северский Донец — Донбасс и т.


д.) построено большое число новых водозаборов общего назначения: коммунальное, промышленное и сельскохозяйственное водоснабжение, а также орошение земель. Головной во­дозабор на канале Иртыш — Караганда имеет расчет­ную производительность 75 м3/с с подачей воды на рас­стояние свыше 500 км, причем отбор столь большого расхода воды из Иртыша осуществляется без зарегули­рования стока (бесплотинным водозабором). На самом канале построено несколько водозаборов берегового ти­па (совмещенных с насосными станциями), наиболее крупные из которых обеспечивают подачу воды в Эки-бастузский, Карагандинский и Темиртауский промыш­ленные районы. Строительство этого водохозяйственно­го комплекса сочеталось с использованием и модерниза­цией водозаборов на местных маловодных источниках (подземных и поверхностных). За счет сброса воды из канала в р. Нуру и поступления ее в Самаркандское во­дохранилище достигнуто увеличение производительности ранее построенных водозаборов. Ниже этого водохрани­лища в 180 км предусмотрен приплотинный водозабор для подачи воды в район Джезказгана.

Массовое строительство водозаборов большой произ­водительности стало возможным благодаря не только новым технологическим средствам, но и выпуску мощно­го насосно-энергетического оборудования, запорной и регулирующей арматуры, средств управления и автома­тики. Намеченная до 1995 г. реализация плана переброс­ки части стока северных рек в бассейн Волги, создание в последующем на этой основе Единой водохозяйствен­ной системы европейской части СССР повлекут измене­ние условий забора воды и, следовательно, необходи­мость строительства большого числа новых и переустрой­ства действующих водозаборов. Все это дополнительно диктует необходимость детального изучения водозаборов, анализа их работы и обобщения опыта.




Рис. 8. Схема комплексного регули­рования малых рек (по С. В. Боль-шинскому, Ю. П. Беличенко и др.)

1 — магистральный канал; 2 — 4 — соединения; 5 — 7 — наливные водо­хранилища; 8 — 10 — реки; 11 — 19 — створы; 20 — 22 — диспетчерские пункты; 23 — 25 — водосбросные соо­ружения




Массовое использование рек, особенно малых, для централизованного водоснабжения, отрицательное ант­ропогенное воздействие на их водность и качество воды привели к необходимости комплексного решения задач водопользования, включая не только устройство водоза­боров, но и регулирование стока, сохранение и улучше­ние качества воды в источниках. На этой основе уже созданы крупные водо­проводные системы в Свердловске, Владивосто­ке, создается в Челябин­ске.

С. В. Болыпинским, Ю. П. Беличенко и др. разработан способ регу­лирования малых рек, ос­нованный на устройстве наливных водохранилищ в их верховьях (рис. 8). Водохранилища рассчи­тываются не на задержа­ние собственного поверх­ностного стока рек, а на аккумулирование воды, подаваемой из магист­рального канала. В систе­ме такого регулирования появляются промежуточ­ные (приплотинные, при­канальные) водозаборы, предназначенные для по­дачи воды на пополнение стока рек. Режим эксплуатации этих водозаборов дик­туется необходимостью водоснабжения всех потребителей в данном регионе. Проект такой системы на базе канала Днепр — Донбасс уже разработан совместно ВНИИВО и Укргидропроектом.

Согласно Основам водного законодательства [26, ст. 32], при проектировании, строительстве и эксплуатации водохранилищных водозаборов режим пополнения и сработки водохранилищ должен устанавливаться с уче­том интересов всех водопользователей и землепользова­телей, находящихся в зоне влияния водохранилища. Данное положение распространяется также и на водо­заборы из озер.

2. Типы водозаборов и условия их применения



Рис. 9. Типы затопленных водоприем­ных оголовков

1 — раструб; 2 — самотечные или си­фонные трубопроводы; 3 — сваи; 4 — сороудерживающие решетки; 5 — ка­менная загрузка; б — ряж; 7 — бетон­ный корпус оголовка; 8 — вихревая камера; 9, 10 — соответственно верхний и нижний блоки оголовка; 11 — козы­рек; 12 — обратный фильтр; 13 — водо­приемная галерея; 14 — водоприемные окна с фильтрующей загрузкой; 15 — отмостка





Устройство водозаборов определяется совокупностью факторов: потребным расходом воды и его соотношени­ем с дебитом источника, типом источника (река, озеро, водохранилище, канал и др.), его гидрологическим и шуголедовым режимом, переформированием ложа и транспортированием наносов, условиями строительства в акватории и прибрежной части и т. д. Наиболее полна вопросы устройства водозаборов освещены в трудах А. С. Образовского [24]. Отражая лишь некоторые но­вые элементы, мы ограничимся схематичным изложени­ем вопросов конструирования водозаборов, необходимым для правильной оценки тех или иных ситуаций на дейст­вующих водозаборах и для применения соответствующих, средств и методов эксплуатации, увеличения производи­тельности и надежности работы водозаборов.

В коммунальном хозяйственно-питьевом водоснабже­нии наиболее распространены речные водозаборы с рус­ловыми и реже с береговыми водоприемниками различ­ных типов. Практика эксплуатации показывает, что наи­более часто осложнения в работе водозаборов происхо­дят из-за неполадок на водоприемных устройствах.

Вопросы устройства береговых колодцев на водоза­борах, насосных станций I подъема, их оборудования достаточно подробно освещены в специальной техничес­кой литературе [19]. Известно более 30 типов затоплен­ных водоприемных оголовков, применяемых, в зависи­мости от требуемой надежности водоснабжения, в раз­личных природно-климатических условиях. Систематиза­ция водоприемных оголовков и ковшей, сделанная на основе работ А. С. Образовского, приведена на рис. 9 и 10.

На небольших реках, не используемых для лесоспла­ва и судоходства, с относительно легкими природными условиями при малой производительности (0,02 — 0,2 м3/с) водозабора применяют простейшие раструбные оголовки на сваях (рис. 9-1), а при производительности до 0,5 м3/с — трубчатые или тарельчатые незащищенные оголовки (рис. 9-2). На реках с небольшими глубина­ми и средними природными условиями применяют ря­жевые оголовки с боковым приемом воды (рис. 9-3) производительностью до 1 м3/с, а при тяжелых шуго-ледовых условиях — фильтрующие ряжевые оголовки (рис. 9-4).





Рис. 10. Основные типы водоприемных ковшей

1 — верховая дамба; 2 — акватория ковша; 3 — водоприемник берегового ти­па; 4,5 — соответственно верховая и низовая шпоры; 6 — струенаправляющая стенка; 7 — незатапливаемая низовая дамба; S — затапливаемая верховая дамба

На лесосплавных реках с легкими и средними природ­ными условиями применяют железобетонные раструб­ные оголовки с боковым приемом воды (рис. 9-5) при производительности водозаборов до 1 м3/с и железобе­тонные двухсекционные с вихревыми камерами (рис. 9-6) при большей производительности (до 3 мэ/с). Ого­ловок с трубчатой вихревой камерой (рис. 9-7) приме­няют на реках с тяжелыми природными условиями для малой и средней производительности водозаборов.

Массивные бетонные и железобетонные оголовки, мо­нолитные или сборные (рис. 9-8 — 9-14) рекомендуют­ся для судоходных и лесосплавных рек при больших скоростях течения и любой производительности. Филь­трующие (простые и комбинированные) оголовки приме­няют при малых глубинах потока, большом количестве донных и взвешенных насосов в чрезвычайно тяжелых шуголедовых условиях как при малой (рис. 9-15), так и, при большой (рис. 9-16) производительности водоза­боров.

В отдельных случаях — при особо тяжелых шуголедовых условиях и малых глубинах потока — невозмож­но обеспечить устойчивую работу водозаборов с русло­выми водоприемниками даже при малой их производи­тельности (QB>0,5 м3/с), и в этом случае возникает необходимость устройства ковшей. Чаще же всего ков­ши применяют при QB>2...3 м3/с.

На шугозажорных реках со значительными подъема­ми уровней в предледоставный период и при ледоставе,, на реках с тяжелым весенним ледоходом применяют не­затопляемые ковши, частично или полностью выдвину­тые в русло (рис. 10-1). Если к тому же речным пото­ком транспортируются насосы (до 0,75 кг/м3) и возмо­жен подсос загрязненных вод, на таких ковшах делают затапливаемые при паводках шпоры (рис. 10-2, 10-3).


На реках, не допускающих стеснения русла в перио­ды паводков, а также при недостаточных глубинах в межень и возможных береговых шугозажорах применя­ют затапливаемые ковши частично или полностью выдви­нутые в русло (рис. 10-4). А если, кроме того, необхо­димо поддержание у входа в ковш или на подходе к не­му глубин, превышающих бытовые, рекомендуется: применять ковши с самопромывающимся входом (рис. 10-6). Заглубленные в берег ковши с углом отвода 135° (рис. 10-5) применяют на реках с ограниченной интен­сивностью шуголедовых явлений, русла которых сложе­ны слабыми или мелкозернистыми грунтами. Ковши с верховым входом сейчас не рекомендуются.

Наиболее отработанной технологией строительства оголовков является погружение металлического кожуха с последующим заполнением его стенок бетоном. Слож­ности производства подводных работ не всегда позволя­ют установить оголовок в строгом соответствии с проек­том. Тем не менее совершенно недопустима установка его выше расчетных отметок, с наклоном в ту или иную-сторону, с разворотом к направлению потока и т. д. При грядовом перемещении наносов высота гряд может до­стигать 1...1,5 м, следовательно, порог водоприемных окон по возможности должен быть высоким и исключать захват наносов, в любом случае он должен быть не ме­нее 0,5 м.

Уровень воды над водоприемником даже в самых не­благоприятных условиях должен исключать образова­ние водоворотной воронки, через которую подсасывались бы воздух и плавник. В этой связи следует строго ограничивать высоту водоприемных окон и самого водопри­емника. Но даже при самых ограниченных возможнос­тях недопустимо заглубление верха окон менее 0,3 м от поверхности воды и верха оголовка менее 0,2 м от ниж-ной плоскости льда. Снижение уровня в источнике с уменьшением этих параметров ниже допустимых значе­ний на действующих водозаборах должно расцениваться как аварийная ситуация, требующая принятия неотлож­ных мер.

Оголовки, масса которых может достигать 200 т, а габариты внушительных размеров (высота до 5 м, пло­щадь основания до 75 м2), устанавливают на естествен­ное скальное основание или, если русло сложено слабы­ми грунтами, на каменную подсыпку.



При строительстве водоприемных оголовков и ковшей нередко возникает необходимость углубления дна реки и выполнения связанных с этим трудоемких работ, в осо­бенности когда русло сложено скальными породами. Целесообразно в таких случаях использовать плавучие буровые установки (ПБУ), разработанные в тресте Со-юзвзрывпром [13], и скважинный метод взрывных работ. ПБУ представляет собой металлическое сборно-разбор­ное сооружение, состоящее из платформы, двух понто­нов и опорных колонн. На платформе смонтированы буровые станки, лебедки и вспомогательное оборудова­ние. Применяют ПБУ при глубине воды в источнике-1,8...8 м. ПБУ были успешно использованы при углубле­нии дна Оки у Касимова и Енисея у Красноярска. Ско­рость речного потока в том и другом случае была около-1,5 м/с. Скальное дно Оки было углублено на 0,4...1,4 м, а Енисея — на 3...6 м. Применение буровзрывного метода с использованием ПБУ позволяет, в сравнении с ранее применявшимся методом накладных зарядов, существен­но сократить сроки строительства водозаборов и умень­шить вредное воздействие взрывов на фауну водоема.

Самотечные и сифонные трубопроводы водозаборов прокладывают, как правило, из стальных труб диамет­ром 250...1420 мм с толщиной стенки ,12...14 мм. Длина таких трубопроводов составляет чаще всего 50...150 м, но иногда достигает 800 м и более. Укладывают их на глубину до 10 и даже до 25 м (Саратов) в береговой части и не менее 0,5 м в русле.

На многих действующих сейчас водозаборах самотеч­ные линии уложены секционным способом с муфтовым соединением труб. В последние два десятилетия уклад­ку их производят чаще всего способом свободного погру­жения (аналогично дюкерам), что существенно сократи­ло сроки строительства и объем ручного труда водола­зов. Трубопроводы эти в обязательном порядке должны быть присыпаны защитным слоем из камня толщиной не менее 0,5 м вровень с поверхностью дна реки.

3. Устройство водозаборов в условиях Севера

На некоторых реках Севера (Лене, Колыме, Алдане, Якокуте, Огодже, Ангаре и др.) водозаборы были пост­роены в сложных гидрологических и природно-климати­ческих условиях.


Опыт устройства и эксплуатации водо­ заборов на Севере за последние 20 лет обобщен Ю. И. Вдовиным [8].

Береговые водозаборы на Севере представляют со­бой сложную ряжевую конструкцию, загруженную бу­товым камнем.

На Якокуте водоприемник был встроен в подпорную стенку набережной. Из-за малой глубины потока водоприемные окна име­ли высоту всего 0,2 м при ширине до 3,5 м, что приводило к большой протяженности водоприемника: на Огодже она составляла 38,5 м, а на Якокуте — 76 м. Более подробно такие водозаборы описаны в трудах А. В. Москвитина и А. С. Образовского [24].

Русловые водозаборы выполнены с устройством железобетонных оголовков. При их строительстве широко применялся метод послой- , ного вымораживания воды и грунта. Водозаборы эти имеют ряд конструктивных и технологических особенностей, диктуемых слож­ными шуголедовыми условиями и требованием бесперебойного отбо­ра воды. Во-первых, в проекты была заложена высокая степень ре­зервирования водоприемных устройств. Например, водозабор на Огодже помимо 10 береговых водоприемных окон имел береговую инфильтрационную галерею, встроенную в тело того же водоприем­ника, и подрусловую (поперечную) дрену с сечением 0,4X0,4 м и длиной 50 м. Галерея имела размеры в поперечном сечении 1,5X1 м, длину 38,5 м и была заглублена ниже дна реки на 1,26 м.

При данной конструкции водоприемника водозабор работает бесперебойно даже при перемерзании реки, обеспечивая возмож­ность отбора поверхностных и подрусловых вод, и следовательно, регулирования качества подаваемой воды.

Водоприемный оголовок на водозаборе из Ангары также имеет дополнительное питание из подруслового потока, для чего в русло­вых аллювиальных отложениях уложены две дрены длиной около 80 м из перфорированных труб диаметром 350 мм. На дренах до­полнительно установлены водоприемные патрубки, возвышающиеся на 0,5 м над дном реки. Кроме того, береговой колодец водозабора имеет аварийные водоприемные окна из расчета отбора воды при шугозажорах и в периоды паводков.





Рис. 11. Водозабор с фильтрующим оголовком на маловодной реке

1 — водоприемный фильтрующий оголовок; 2 — самотечные трубопроводы; 3 — береговой водоприемный колодец; 4 — шпунтовое ограждение

Опыт эксплуатации этих водозаборов подтверждает целесообразность высокой степени резервирования.

На рис. И показан построенный по проекту Гипро-спецгаза [28] водозабор на маловодной реке. При не­достаточной глубине потока в русле реки делают проре­зи и полузапруды, а водоприемник располагают в бере­говой выемке (ковше) с подводящим каналом, как показано на рис. 12. В данном случае для строительства береговых сооружений использована местная впадина, дно которой на 2,3 м ниже дна реки. Такая конструкция водозабора обеспечила устойчивое водоснабжение при весьма ограниченных возможностях: минимальный сток реки 0,45 м3/с зимой и 1 м3/с летом, глубина потока 0,2...0,3 м, а скорость течения 0,5 м/с.



Рис. 12. Ковшовый водозабор на маловодной реке

1 — дноуглубительная прорезь; 2 — водоподводящий канал; 3 — водоприемный ковш; 4 — каменная наброска в русле; 5 — водоприемный оголовок; 6 — берего­вой колодец; 7 — насосная станция

Наиболее надежны на Севере водозаборы инфильтра-ционные и с фильтрующими водоприемниками, менее других подверженные шуголедовому воздействию, обла­дающие хорошими рыбозащитными свойствами и обес­печивающие улучшение качества воды при ее отборе. Поэтому при выборе типа водозабора для условий Севе­ра всегда анализируют возможности использования инфильтрационных или фильтрующих водоприемников ес­ли не в качестве основных, то хотя бы резервных.

Второй особенностью водозаборов на Севере являет­ся преимущественное использование для строительства водоприемных устройств лесоматериала, менее подвер­женного внутриводному обледенению, чем металл и бе­тон. Так, на водозаборах из Якокута и Огоджи деревян­ными выполнены не только ограждающие конструкции (ряжи), но и Сороудерживающие решетки на водоприем­ных окнах.


Железобетонный оголовок на Ангаре возве­ден в деревянной опалубке, оставленной по завершении строительства в качестве противообледенительной ру­башки. Водоприемные патрубки на дренах имеют футе­ровку из деревянных реек.



Рис. 13. Ковшовый водозабор на р. Норилке

1 — трубопроводы; 2 — водоприемный колодец, совмещенный с насосной стан­цией I подъема; 3 — водоприемный ковш; 4 — рыбозаградительная запань

Для защиты от обмерзания к водоприемным окнам -береговых и русловых водозаборов подается нагретая вода с температурой до 25 °С из расчета подогрева забираемой воды до 0,5 °С. Сороудерживающие решетки на водоприемном оголовке имеют, кроме того, электрообогрев, а к окнам с целью шугозащиты подается сжа­тый воздух.

Малые глубины в руслах рек и их разветвленность диктовали необходимость строительства регулирующих сооружений в комплексе водозаборов. На Якокутском водозаборе были построены дамбы для перекрытия мел­ких проток выше по течению, расчищены перекаты и по­роги, на отдельных участках каменной наброской укреп­лены берега, у противоположного от водозабора берега построена дамба. На Огоджинском водозаборе вдоль ряжевой стенки сделаны прорезь шириной 6 м и четыре полузапруды у противоположного берега. Как видно, во­дозаборы в условиях Севера имеют весьма сложное уст­ройство и принципиально отличаются от водозаборов в средней полосе нашей страны.

Надежный водозабор на Крайнем Севере в условиях вечной мерзлоты построен на р. Норилке [38]. Опреде­ляющим фактором при выборе типа водозабора стали шуголедовые явления: зашугованность реки достигает 60 % живого сечения, толщина ледяного покрова 1,9 м, продолжительность периода ледостава около 8 мес. При столь тяжелых шуголедовых условиях и большом отборе воды (более 60 % минимального стока) исключается применение обычных (русловых или береговых) воде-приемников, в связи с чем был применен водозабор ков­шового типа с низовым входом воды (рис. 13). Для за­бора воды из основного русла реки ковш расположили на затапливаемом острове и выполнили в полувыемке-полунасыпи, а головные сооружения построили на неза­тапливаемых отметках.



Средством борьбы с шугой является и подача нагре­ той воды во входную часть ковша и у водоприемных окон, причем от двух источников тепла: основного — от ТЭЦ. и резервного — от местных электроподогревателей. Ры­бозащитным средством на входе в ковш служит уста­новленная наплавная запань с погружными (на 1,4 м) щитами. Важным преимуществом ковшового водозабора в данном случае является также предварительное от­стаивание воды, позволяющее упростить технологию по­следующей ее обработки.

Освоение Крайнего Севера сопровождается строи­тельством гидротехнических, в том числе и водозабор­ных, сооружений. Только в бассейне Вилюя за последние два десятилетия построено около 20 плотин различного назначения [6] высотой 5...75 м (в основном 10...20 м). Все они возведены на вечной мерзлоте из местных мате­риалов с отсыпкой тела плотины не только летом, но и зимой при температуре наружного воздуха до — 40 °С: Принципиально новым решением, специфическим для условий Крайнего Севера, является устройство в плоти­нах щитовых и ряжевых диафрагм, мерзлотных противо-фильтрационных завес и др. (рис. 14).

Из-за крайне неравномерного стока северных рек и больших паводковых расходов определенную сложность представляют устройство и эксплуатация водосбросных сооружений плотин, в большей степени, чем сами плоти­ны, подверженных отрицательному воздействию клима­тических факторов: глубокому промерзанию зимой и от­таиванию летом, образованию фильтрационных потоков и т. д. По этой причине ранее водосбросные сооружения на Севере нередко разрушались и приводили даже к раз­рушению самих плотин.



Рис. 14. Плотина с мерзлотной противофильтрационной завесой

1 — камень; 2 — супесь; 3 — ядро; 4 — автодорога; 5 — упорная призма из по­лускальных грунтов; 6 — морозильные колонки

В современных плотинах стоимость строительства во­досбросных сооружений близка к стоимости плотин. Но­вые конструктивные решения по устройству плотин и во­досбросов, способы возведения, технология производства-работ обеспечили высокую их устойчивость и опровергли ранее существовавшее мнение о ненадежности плотины на вечной мерзлоте.


Благодаря этому открылись новые возможности для применения приплотинных водозабо­ров хозяйственно-питьевого и промышленного назначе­ния.

В случаях, когда возведение плотины нецелесообраз­но по технико-экономическим соображениям, а забор во­ды непосредственно из рек затруднен из-за их перемер-зания, создают искусственные водоемы — копани с се­зонным заполнением их водой из расчета водообеспечения на весь зимний период. Копани уже давно используют в системах водоснабжения поселков Мыс Шмидта, Дик-сон, Баренцбург и др. Строят их в основном зимой взрыв­ным методом с последующей зачисткой дна и стенок выемки. Восточно-Сибирским отделением Союзводока-налпроекта копани запроектированы, в частности, для водоснабжения одного из предприятий и станционного поселка на БАМе. Правда, применение копаней не всегда дает ожидаемый эффект. Так, в поселке Баренц-бург на о. Шпицберген потери воды на инфильтрацию из копани достигали 80 %. Если запас воды в копани ис­черпывается до наступления паводка, воду подвозят из отдаленных источников с доставкой иногда на 20...30 км.

4. Нестационарные водозаборы

В практике коммунального водоснабжения нередко используют мобильные водозаборы, представляющие со­бой насосные станции на шасси или наплывных средст­вах. До недавнего времени их применяли только в вы­нужденных случаях: остановка основного водозабора, необходимость временного увеличения мощности дейст­вующего водозабора (например, в Волгограде, Рубцов­ске и др.). В аварийных ситуациях наиболее приемлемы небольшие насосные станции на прицепе к автомобилю (рис. 15) или наплавных средствах (рис. 16). Ниже да­ны их технические характеристики.



Рис. 15. Водозабор с передвижной насосной станцией заводского изготовления СНП-50/80

1 — всасывающий трубопровод; 2 — лебедка; 3 — насос; 4 — топливный бак; 5 — задвижка; 6 — напорный трубопровод; 7 — втулочно-пальцевая муфта; S — двигатель; 9 — разборный трубопровод РТ-180; 10 — газоструйный вакуум-ап­парат





Рис. 16. Водозабор с плавучей насосной станцией заводского изготовления НСП-0,5/10

1 — насосная станция; 2 — береговой трубопровод; 3 — шаровое соединение; 4 — береговой якорь; 5 — трап



Рис. 17. Временный плавучий водозабор с погружными насосами

а — на судне; о — на понтоне; 1 — речное судно; 2 — понтон; 3 — погружные электронасосы; 4 — напорный трубопровод (гофрированный шланг); 5 — элект­рокабель; 6 — переключатель; 7 — подвески из уголковой стали; 8 — фиксиру­ющий якорь

Использование погружных электронасосов позволяет без особой сложности переоборудовать инвентарные на­плавные средства (понтоны, легкие речные суда и др.) в плавучие водозаборы временного типа (рис. 17). Одна­ко уже накоплен опыт многолетнего использования мо­бильных водозаборов в качестве постоянных водозабор­ных установок, например, в Уфе, Сургуте, Нижневартов­ске. Гидромехпроектом Минэнерго СССР разработаны береговые и плавучие водозаборные насосные станции производительностью 0,25...1,3 м3/с. Монтируют их из унифицированных строительных блоков непосредственно на площадке строительства. Южгипроводхозом (Ростов-на-Дону) разработаны проекты на семь типов усовер­шенствованных плавучих водозаборных насосных стан­ций [37].

Ряд плавучих водозаборов действует сейчас в ороси­тельных системах на Волге (Астраханская и Волгоград­ская области, Калмыцкая АССР), Кубани (Ставрополь­ский и Краснодарский края), Иртыше (Омская, Семипа­латинская и Восточно-Казахстанская обл.),Урале (Гурь-евская и Уральская области), что позволяет рассматри­вать их как перспективные и дающие качественно новый экономический эффект.

Береговые насосные станции с водоприемниками рус­лового типа (табл. 2) собирают из унифицированных строительных элементов на месте эксплуатации. Приме­няют их в системах временного водоснабжения: на строй­площадках, в вахтовых поселках, летних санаториях, до­мах отдыха и т. д.

Более прогрессивным устройством водозаборов явля­ется применение передвижных насосных станций заводского изготовления, имеющих производительность 0,03... 0,7 м3/с (табл. 3).


Такие станции найдут широкое при­менение в водоснабжении малых населенных пунктов, особенно в отдаленных районах, где устройство стационарных водозаборов затруднено. Их можно рассматри­вать и как резервные водозаборные устройства. Станции имеют геодезическую высоту всасывания около 3...4,5 м, длину всасывающего трубопровода до 6 м. Монтируют их на шасси с пневматической ходовой частью (одноос­ный или двухосный прицеп) или на салазках (прицеп санного типа); оборудуют электродвигателем или двига­телем внутреннего сгорания; транспортируют на прицепе к автомобилю или к трактору (транспортная скорость до 25 км/ч). Водоприемник поднимается и опускается с по­мощью специальной лебедки, находящейся в комплекте с насосной станцией. Насос запускают с помощью газо­струйного эжектора или вакуум-насоса. Обслуживает та­кую станцию, как правило, один человек. В комплекте станции имеется напорный трубопровод длиной до 300 м. Вода может подаваться в береговой колодец насосной станции I подъема или во всасывающий трубопровод ос­новных насосов.

Таблица 2. Техническая характеристика нестационарных береговых водозаборов с насосными станциями Гидромехпроекта

Производительность, м3/с	Напор, м	Мощность двигателей, кВт
0,25	137	680
0,4	90	500
0,45	38	240
0,75	58	575
0,83	23	280
1,3	20	360

Таблица 3. Техническая характеристика данных передвижных насосных станций заводского изготовления

	Тип станций
Показатель	СНП 250/18	СНП 240/30	СНП 120/30	СНПЭ 240/30
Производительность, м3/с	0,17. ..0,26	0,16. ..0,34	0,08. ..0,17	0,17...0,36*
Напор, м	24... 18	28... 16	39... 23	33... 21
Масса, т	3,8	2,8	2,6	3,485
Габаритные размеры, м	3,5X2,2X1,3	6,1X3,3X3,7	6,83X2,64X2,58	7,46X2,85X2,6
Ходовая часть	Салазки	Пневматический	Пневматический	Салазки
		одноосный	одноосный

Продолжение табл. 3

Показатель	Тип станций
	СНП 50/80	СНП 50/40	СНП 500/10	СНП 75/100	СНП 150/5
Производительность, м3/с	0,03. ..0,14	0,05	0,54. ..0,07	0,27. ..0,54	0,12. ..0,19
Напор, м	85... 25	40	10. ..5	100... 50	6, 2. ..3,2
Масса, т	2,68	2,3	5,525	3,7	0,97
Габаритные размеры, м	9,4X2,48X2,4	3,28X1,27X2,05	4,2X1,5X2,12	5,73X1,89X2,45	3,25X1,4X1,48
Ходовая часть	Пневматический одноосный	Салазки	Салазки	Пневматический одноосный	Салазки

* Питание осуществляется от линии электропередачи,

В аварийных ситуациях такие насосные станции мо­жно использовать для подачи воды отдельным потреби­телям или группе потребителей непосредственно из ис­точника, а также из водопроводной сети или резервуа­ров. Применение их в качестве постоянно действующих водозаборов (например, в отдаленных вахтовых посел­ках, на стройплощадках и т.д.), особенно в суровых кли­матических условиях, может потребовать строительства отапливаемых помещений с размещением в них одной или нескольких станций, которые удобны для подачи во­ды для нужд летнего полива.

Разработанные Гидромехпроектом плавучие насосные станции (табл. 4) имеют производительность 0,03... 1,25 м3/с; как и береговые насосные станции, они мон­тируются из унифицированных строительных конструк­ций и не рассчитаны на буксировку на большие рассто­яния.

Таблица 4. Техническая характеристика плавучих водозаборов с насосными станциями Гидромехпроекта

Производительность, м3/с	Напор, м	Мощность двигателей, кВт
0,03	120	75
0,2	89	250
0,35	44	250
0,45	90	500
0,55	34	240
1	71	1000
1,25	90	1350

Более совершенными являются плавучие насосные станции, разработанные Южгипроводхозом [37]. Важно, что такие насосные станции (табл. 5) изготовляют цен­трализованно на заводах, а следовательно, на более вы­соком техническом уровне, чем на площадке строитель­ства.


Серийный выпуск станций осуществляют предприя­ тия Министерства судостроительной промышленности СССР. Преимуществом их использования является уско­рение освоения капиталовложений и ввода объектов в действие.

Таблица 5. Техническая характеристика плавучих водозаборных насосных станций

Южгипроводхоза

Индекс проекта	Производительность, м3/с	Напор, м
3408	1...1.8	143... 20
РН-2Э	1,5...2,3	107... 10
РН-4Х630	2,6...4, 6	60... 47
РН-4Х450	4...5, 7	35... 28
РН-6Х320	3,9...9,3	21. ..7
5811	6. ..14,7	107. ..10
5815	14,4... 24	35... 26

Нормативный срок изготовления станций в заводских условиях, транспортирования к месту установки и монта­жа составляет в сумме 6...8 мес, в то время как продол­жительность строительства стационарных станций той же производительности превышает 18 мес. Предназнача­ются они для гидромелиоративных целей, но, как пока­зывают анализ их характеристик и уже имеющийся опыт, с успехом могут быть использованы также в коммуналь­ном и промышленном водоснабжении.

Плавучая насосная станция (ПНС) представляет со­бой стоечное судно, корпус которого разделен на несколь­ко водонепроницаемых отсеков: машинное и энергетиче­ское отделения, мастерская, бытовые помещения и др. Водоприемник ПНС оборудован высокоэффективным струйным рыбозаградительным устройством. Шаровые соединения трубопроводов насосной станции с береговы­ми трубопроводами обеспечивают надежную работу во­дозабора при амплитуде колебания уровня воды в источ­нике более 12 м. Поскольку такие станции рассчитаны на эксплуатацию не только летом, но и зимой, они могут применяться (что особенно важно) и в северной клима­тической зоне, в том числе во вновь осваиваемых районах Сибири и Дальнего Востока. Разумеется, при этом дол­жны предусматриваться дополнительные меры эксплуа­тации: защита от шуги, околка льда, ограждение от ле­дохода и др.

Применению ПНС на водозаборах из крупных судо­ходных рек благоприятствует возможность буксировки их в готовом виде водными путями от заводов-изготови­телей до мест использования.


Это подтверждается опы­ том доставки плавучих насосных станций с судостроительных заводов Северным морским путем на Ир­тыш в район Усть-Каменогорска (около 12,5 тыс. км). Буксировка длилась около месяца, включая 10 сут на прохождение арктического участка. Освоена буксировка ПНС также по Каспийскому морю.

Южгипроводхозом разрабатывается унифицирован­ная ПНС УТ-ЗХО,2 небольшой мощности для Сибири и Дальнего Востока с расчетом доставки ее в готовом ви­де железнодорожным транспортом.

В 1978 — 1982 гг. в конструкторском бюро по иррига­ции Минводхоза СССР [9] разработан типовой ряд элек­трифицированных ПНС (табл. 6), которые оснащены но­вейшими типами оборудования, отвечающего современ­ным требованиям, и рекомендованы для рек и других во­доемов при амплитуде колебания уровней воды до 4 м.

Большое число водозаборов в системах коммунально­го и промышленного водоснабжения города и сосредото­чение их в ведении городского водопровода (как, напри­мер, в Калуге, Ульяновске и др.) позволяют использо­вать 1...2 ПНС как резерв для всех водозаборов. Это значит, чтоб зависимости отшуголедовой обстановки, ре­жима уровней и наносов ПНС может быть оперативно подключена к тому или иному водозабору, действующе­му в единой водохозяйственной системе города.

Таблица 6. Техническая характеристика плавучих насосных станций конструкторского бюро по ирригации

Тип станции	НСПЭ-4/10	НСП-05/10	НАП-ЫМ	СНПлЭ-500/10	СНПЭ-2/5
Производительность, м3/с	4. ..4, 8	0,5. ..0,7	1,62. ..1,3	0,6. ..0,7	2, 34.. .2, 47
Напор, м	10. ..6	10. ..5	12, 5. .-17	10. ..5	8. ..6
Число агрегатов, шт.	2	1	2	1	1
Обслуживающий персо­нал в смену, чел.	2	1	2	1	1
Габаритные размеры корпуса, м	19,6X6,5X1,5	7,4X3,1X1,2	17,4X6,5X1,4	7,4X3,1X1,2	10,8x5,5x1,5
Электродвигатель мощ­ностью, кВт	250	81... 95	173	110	250
Тип насоса	ОГ5-70	ПГ-50	Д2600-17	ПГ-50	ОГ5-70

Примечания: 1. В таблице приведены плавучие несамоходные станции. 2. Во всех случаях — класс судна Л.

5. Усовершенствование водозаборов

В последние два десятилетия водозаборы, как ни од­но другое звено системы коммунального водоснабжения, подверглись существенному усовершенствованию. За это время появились водоприемные оголовки с вихревыми камерами, фильтрующие водоприемники с засыпными и пакетно-реечными кассетами, комбинированные водопри­емники, водоприемные самопромывающиеся ковши, усо­вершенствована система обратной промывки самотечных линий и водоприемных окон и т.д., что стало возможным благодаря широкому изучению опыта эксплуатации и дальнейшим научным исследованиям водозаборов (в первую очередь ВНИИ ВОДГЕО и ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева) в лабораторных и натурных условиях.

Кроме повышения надежности водоснабжения усо­вершенствование водозаборов в большинстве случаев да­ло большой экономический эффект. Так, применение ого­ловков с вихревыми камерами позволило в 1,3...1,5 раза уменьшить удельный (на 1 м2 площади водоприемных от­верстий) объем их строительства и соответственно капи таловложения.

Важным технологическим усовершенствованием явля­ется замена обычной (от насосов или резервуаров) об-ратной промывки самотечных линий и оголовков импуль­сной промывкой, предложенной и исследованной А. С. Образовским и В. В. Остриковым. При несложных конструктивных дополнениях (установка в приемных ка­мерах берегового колодца гидроколонн высотой 6...8 м на концах самотечных линий и вакуум-насоса) достига­ется высокий эксплуатационный эффект — восстановле­ние пропускной способности водоприемных отверстий и трубопроводов без большого расхода воды и электро­энергии.

В начале 60-х годов Союзводоканалпроектом были разработаны типовые проекты водозаборов на реках и водохранилищах с насосными станциями I подъема про­изводительностью до 6 м3/с, получившие массовое рас­пространение как в промышленном, так и в коммуналь­ном водоснабжении.


Использование же артезианских по­гружных насосов позволило создать в диапазоне произ­водительности 0,02...! м3/ с более компактные насосные станции I подъема (рис. 18), в результате чего сущест­венно снизилась стоимость строительства водозаборов. В то же время благодаря научным исследованиям и обо­бщению производственного опыта были усовершенство­ваны ранее известные и созданы новые типы затоплен­ных водоприемных оголовков, ковшовых и комбинирован­ных водозаборов, насосных станций I подъема. Насосная станция I подъема трубчатого типа, разработанная впервые для системы временного водоснабжения Сургута, представляет собой колодец в виде стальной трубы диа­метром 1800 мм, заглубляемой с помощью вибропогру­жателей. Вода из реки поступает в колодец по сифонно­му трубопроводу, проходит через цилиндрическую сетку и откачивается артезианским погружным насосом. Сетку периодически поднимают на поверхность и промывают. Преимуществом такой станции является ее компактность и возможность высокой индустриализации строительст­ва. Однако ее применяют только на источниках с малым содержанием наносов и плавающих веществ.

Массовое гидротехническое строительство в нашей стране, изменившее условия забора воды из многих рек, вызвало необходимость разработки специальных водоза­борных сооружений и устройств для обеспечения устой­чивой их работы при интенсивной переработке берегов и миграции наносов, образовании шуги, развитии планк­тона и т.д.



Рис. 18. Водозабор с погружными насосами

1 — водоприемный оголовок; 2 — гравийно-щебеночный фильтр; 3 — линия естественной поверхности земли; 4 — кре­пление откоса (каменная наброска); 5 — насосная станция; 6 — напорный трубопровод; 7 — подготовка из щебня; 8 — погружной электронасос



Рис. 19. Водохранилищный водоза­бор башенного типа

Рис. 20. Водохранилищный берего­вой водозабор при большой ампли­туде колебания уровня воды

1 — 5 — уровни воды соответственно максимальный, нормальный под­порный, ежегодной сработки, мини­мальный, катастрофический мини­мальный; 6 — сифонный водопри­емник; 7, 8 — водоприемники соот­ветственно второго и третьего яру­сов; 9 — водоприемный колодец; 10 — насосная станция







В последнее время появились отдельно стоящие водо­заборы башенного типа с многоярусным расположением водоприемных окон (рис. 19), например из р. Б. Тесьмы для Златоуста; встроенные в тело плотины, например из Ангары для Иркутска, Енисея для Дивногорска, а так­же береговые водохранилищные водозаборы с водопри­емниками на разных уровнях (рис. 20) и др.



Рис. 21. Водозабор на Енисее

1 — 4 — уровни воды соответственно: максимальный зарегулированный, мини­мальный, мертвого объема, бытовой (до зарегулирования); 5 — фильтрующий оголовок; 6 — сработка берега; 7 — водоподводящая штольня; 8 — водоприем­ная камера; 9 — скважины с погружными насосами; 10 — насосная станция

Комплексное решение задач гидротехнического строи­тельства и водоснабжения, взаимоувязка сроков возведе­ния объектов позволили в ряде случаев построить водо­хранилищные водозаборы на незатопленных отметках (до заполнения водохранилищ), что существенно умень­шило продолжительность строительства и снизило капи­таловложения. Так, водозабор на Енисее (рис. 21) был построен незадолго до заполнения водохранилища Крас­ноярской ГЭС на отметках, значительно превышающих бытовые отметки уровня воды в реке, что позволило при­менить новые конструктивные решения и способы стро­ительства водозабора. Вместо самотечных трубопрово­дов был сделан туннель высотой 2,5 м и длиной 86 м, вы­полненный штольной проходкой на глубине до 30 м с внутренним креплением стенок. Заканчивается туннель водосборной камерой, в перекрытие которой входят об­садные трубы скважин с установленными в них погруж­ными насосами; над скважинами сделан наземный па­вильон с установкой там энергетического оборудования; на входе в туннель построен железобетонный оголовок с фильтрующей обсыпкой. Благодаря отсутствию подтопления строительной площадки достигнуто высокое качест­во всех строительных работ. В короткий срок был по­строен аналогичный водозабор на Артемовне, только вместо проходки штольни здесь уложили трубу диамет­ром 2000 мм и непосредственно в нее установили погруж­ные насосы.



Интересен водозабор из водохранилища Чиркейской ГЭС на р. Сулак, служащий для водоснабжения Буйнакска. Водозабор бе­регового типа представляет собой пробитый в скальных породах туннель протяженностью 60 м и площадью сечения около 17 м2, в который с поверхности пробурено 15 скважин глубиной 60 м. Вход в туннель перекрыт, как на обычном водоприемнике, решеткой и сет­кой. Скважины объединены в три куста, каждый из которых вклю­чает четыре водоподъемные скважины диаметром по 600 мм с арте­зианскими насосами типа АТН и одну скважину для обслуживания диаметром 1200 мм (для спуска водолаза). При заполнении водо­хранилища до НПГ водоприемник находится на глубине 55 м, при максимальной сработке уровня — 15 м. На такой глубине водопри­емник не подвержен воздействию волновых процессов.

Таким образом удалось исключить необходимость строительства берегового колодца большой глубины. Эксплуатация водозабора на протяжении нескольких лет подтверждает его высокую техническую и санитарную надежность.

Положительный опыт устройства и эксплуатации во­дозабора из водохранилища Чиркейской ГЭС учтен при проектировании и строительстве Миатлинской ГЭС, сле­дующей в каскаде гидроузлов на Сулаке. Здесь принят единый водоприемник для ГЭС и водоснабжения насе­ленных пунктов, от которого вода проходит по выруб­ленному в скале напорному туннелю диаметром 6 м и протяженностью 2,5 км до уравнительного резервуара. Из резервуара отходят самотечные водоводы группового водопровода для городов Кизилюрт, Махачкала, Кас­пийск, Избербаш, Хасавьюрт и многих сельских населен­ных пунктов, являющегося по существу объединенным водопроводом Дагестана.

Помимо удобства строительства таких водозаборов они имеют еще и существенные технологические преиму­щества. Благодаря расположению водоприемных окон на больших глубинах обеспечивается возможность полу­чения воды высокого качества. Так, на водозаборе из Чиркейского водохранилища вода соответствует ГОСТ 2874 — 82 без какой-либо очистки, и перед подачей потре­бителям ее только хлорируют.


Поэтому отпала необхо­димость строительства водоочистной станции, предусмот­ренной проектом.

По проекту Гипрокоммунводоканала на Кубанском водохранилище построен водозабор для группы городов Кавказских Минеральных Вод. Большая амплитуда ко­лебания уровня воды в водохранилище (15 м), интенсив­ное волнообразование и пологие берега обусловили большую (более 500 м) удаленность водоприемного ко­лодца с насосной станцией I подъема от уреза воды при ГНВ и большую глубину заложения подводящих трубо­проводов. В связи с этим соединение оголовков с берего­вым колодцем отличается от общепринятых решений: на участке около 100 м от оголовков уложены самотечные стальные трубопроводы диаметром 1400 мм, а далее на участке 526 м — щитовой проходкой построены два тун­неля. Самотечные трубопроводы уложены открытым спо­собом в подводные траншеи глубиной до 6 м. Туннели проходят на расстоянии 14 м один от другого на глуби­не 8,5...18 м, имеют внутренний диаметр 1700 мм и уклон 0,008, закреплены они железобетонными блоками-обо­лочками с устройством внутренней монолитной бетонной рубашки толщиной 210 мм. Оголовки раструбного типа подняты на высоту 4 м над дном водохранилища и опи­раются на рамные металлические опоры. Помимо соро-удерживающих решеток они оснащены рыбозащитными сетками.

Повсеместное использование малых рек, как прави­ло, с зарегулированием стока и увеличение отбора воды из них расширило строительство приплотинных водоза­боров, потребовало принципиально новых решений как в устройстве самих водозаборов, так и в регулировании стока. Н. В. Ересновым для одного из промышленных объектов с большим водопотреблением разработана си­стема водоснабжения с четырьмя приплотинными водо­заборами, расположенными последовательно на одной реке. Регулирование стока для всех четырех водозаборов осуществляется одной водохранилищной плотиной, в то время как при ниже расположенных по течению реки водозаборах сделаны облегченные водоподъемные плоти­ны.


Русло реки использовано в качестве водоподводяще- го канала, что позволило исключить строительство водо­водов. Подобная система водоснабжения построена, в частности, на р. Белой. Экономичность такого решения очевидна.

Усовершенствованы водозаборы с фильтрующими во­доприемниками, издавна применяемыми на реках Сибири. Наряду с традиционными оголовками с каменной об­сыпкой сейчас стали широко применять подрусловые га­лереи, фильтрующие дрены в скальном грунте, донные водоприемники с фильтрующими кассетами и т.д. А. С. Образовским и Ю. И. Вдовиным исследованы воп­росы кольматации таких водоприемников и предложены методы восстановления водопроницаемости фильтров. Особенно много таких водозаборов построено в систе­мах железнодорожного и промышленного водоснабжения (например, на р. Шире в Хакасской автономной области) на водопроводах малой производительности. Обеспечивая малые входные скорости потока, они оказались более устойчивыми для работы в сложных условиях (малые глубины в источнике, шугоход, лесосплав и т.д.).

Часто фильтрующие водоприемники устраивают с по­толочным приемом воды и заглубляют в дно реки. По­верх водоприемной решетки до уровня дна укладывают слой фильтрующего материала (отсортированный гра­вий, галечник насыпной или уложенный в кассеты). Иногда такие водозаборы устраивают с расчетом не только фильтрующего, но и открытого приема воды с взаимным резервированием водоприемников. Так, водо­забор на р. Белокуриха на Алтае, имея открытый водо-прием через донные решетки, в период паводков пере­ключается на фильтрующий прием воды через гравийную обсыпку и боковые окна того же оголовка, причем пото­лочные водоприемные окна в период паводка могут за­крываться специальными крышками. Такая конструкция оголовка позволяет устанавливать технологию отбора во­ды с учетом не только бесперебойности водоснабжения, но и предварительной очистки воды. Аналогичный водо­забор запроектирован на р. Томь.



Рис. 22. Новый водозабор ковшового типа на Оби



Водоприемные ковши, построенные в рассматривае­мый период в системах коммунального водоснабжения в Омске, Новосибирске, Армавире, Кемерове, Барнауле, Междуреченске и др., выполнены с самопромывающимся входом на основе исследований ВНИИ ВОДГЕО (А. С. Образовский). Благодаря этому достигнута надеж­ная защита водоприемников от воздействия наносов и шуги и, следовательно, получена основа для более ши­рокого применения ковшей в коммунальном водоснабже­нии. Ковшовые водозаборы запроектированы в последние годы для Тулы, Калинина, Саранска, Уфы и др.

Совершенствование ковшей наиболее четко прослеживается на водозаборах из рек Томь и Обь, где по истече­нии 50-летнего периода появилось их третье поколение. Современные самопромывающиеся ковши (рис. 22) ря­дом с ковшами 30-х годов большой протяженности с не­затопляемыми ограждающими дамбами на всей их дли­не, в отдельных случаях с двусторонним входом воды от­личаются гидравлическим совершенством, меньшими объемами и, следовательно, экономичностью строитель­ства. В ряде случаев новые ковши примыкают к старым, увязываясь с ними конструктивно и технологически, т.е. появились спаренные ковши, когда верховая дамба ра­нее построенного ковша становится низовой дамбой но­вого, а струенаправляющие сооружения могут иметь об­щее назначение.

Крупных осложнений в работе ковшовых водозабо­ров новых конструкций не наблюдается. Более того, в ряде случаев отпала необходимость ежегодной чистки ковшей от наносов. Так, ковши на водопроводах Между-реченска и Осинников надежно проработали без профи­лактической чистки около 7 лет, а ковш новосибирского водопровода — 5 лет. К концу летней межени на Между-реченском ковше наблюдается отложение наносов в рус­ле (перед входом в ковш) в виде песчаной косы за шпо­рой верховой дамбы. Иногда эту косу удаляют с по­мощью экскаватора-драглайна, но большей частью она размывается паводковыми потоками. Однако технологи­ческое совершенство вновь построенных ковшей не ис­ключает полностью необходимости их периодической чистки.


Наблюдения показывают, что если ковши не чи­стить 5...7 лет, они начинают интенсивно зарастать вы­сокорослыми травами и кустарником. Очевидно, эксплуа­тация ковшей в этих условиях требует дальнейшего со­вершенствования.

6. Реконструкция и увеличение производительности водозаборов

Одна из задач одиннадцатой пятилетки — модерниза­ция и техническое перевооружение действующих пред­приятий. Применительно к водозаборным сооружениям это означает реализацию таких инженерных решений, ко­торые повышают надежность работы водозаборов и, сле­довательно, дают возможность бесперебойного отбора не только расчетного, но и дополнительного расхода воды. Водозаборные сооружения рассчитывают, как уже отме­чалось, на самые неблагоприятные условия работы. Сле­довательно, если осуществить меры по улучшению усло­вий работы и снижению степени отрицательного воздей­ствия природных и других факторов, то водозабор может работать с большой надежностью и даже с увеличенной производительностью.

Из практики эксплуатации систем коммунального во­доснабжения известны многочисленные факты модерни­зации водозаборных сооружений с увеличением их про­изводительности в 2...3 раза по отношению к расчетной без больших дополнительных капиталовложений (водо-. заборы в Пензе, Новосибирске, Новокузнецке, Искитиме). В связи с этим проектированию и строительству но­вого водозабора должно предшествовать изучение состо­яния существующих водозаборов, условий их эксплуата­ции и возможностей реконструкции. Большого внимания заслуживает производственный опыт повышения надеж­ности работы водозаборов. На рис. 23 даны схемы прак­тикуемой реконструкции речных водозаборов.



Рис. 23. Схемы реконструкции реч­ных водозаборов

1 — водоприемные оголовки; 2 — самотечные или сифонные линии; 3 — береговой колодец, смещенный с насосной станцией I подъема; 4 — раструбные оголовки; 5 — водопри­емный ковш; 6 — береговой водо­приемник; 7 — соединительный трубопровод для переключения водоводов; _______ —первоначальные сооружения; ----------  — сооружения последующего раз­вития



При общих благоприятных условиях работы водоза­бора производительность его может быть увеличена пу­тем замены насосно-энергетического оборудования (ра­зумеется, при наличии соответствующей пропускной спо­собности всех коммуникаций), а также профилактичес­ких мероприятий на водоприемниках (расчистка русла, углубление перекатов, шугозащита и т. д.). Однако здесь возрастают входные скорости потока в водоприемных окнах, что может привести к непредвиденным осложне­ниям на водозаборе. Вследствие этого возникает необхо­димость расширения или устройства дополнительных во­доприемных окон, что требует больших трудозатрат. При выполнении работ в береговом кольце на одном из водо­заборов Новосибирска по предложению академика М. А. Лаврентьева был применен взрывной метод с по­мощью кумулятивных зарядов, благодаря чему в десят­ки раз были сокращены сроки производства работ по ре­конструкции и их трудоемкость. Таким же способом были успешно выполнены дноуглубительные работы в скаль-ном грунте.

Чаще всего наряду с заменой оборудования требует­ся строительство дополнительных водоприемников, самотечных или сифонных линий и напорных водоводов, которое может осуществляться в зависимости от мест­ных условий по схемам 23, а или 23, в. Дополнительный оголовок может быть вынесен дальше в русло реки или, наоборот, приближен к берегу, так как за предшеству­ющий период эксплуатации водозабора могут изменить­ся гидрологические условия, требования других водо­пользователей, появиться новые конструкции водоприем­ников и т. д. Такая реконструкция осуществлена на водопроводах Свердловска, Омска, Томска, Барнаула, в результате чего в комплексе одного водозабора действу­ет до 5 и более водоприемных оголовков и 2...3 берего­вых колодца.

Практика эксплуатации подтверждает, что наличие даже простейшего дополнительного водоприемника (ти­па незащищенного раструбного оголовка, рис. 23, в) в эстремальных условиях позволяет предотвратить полную остановку водозабора.



Если по каким-либо причинам дальнейшая эксплуата­ ция русловых водоприемников невозможна или крайне затруднена, реконструкцию водозабора можно осущест­вить с устройством ковша по схеме 23, г или подводящей прорези. В противоположной ситуации, когда забор во­ды у берега становится невозможным (например, по при­чине интенсивного отложения наносов, понижения уров­ня воды в реке и т.д.), проводят реконструкцию водоза­бора путем строительства дополнительного руслового затопленного водоприемника по схеме 23, д. Когда же возможности замены насосно-энергетического оборудова­ния исчерпаны, осуществляется строительство дополни­тельных насосных станций I подъема (рис. 23,6 и 23, д) с переключениями на напорных, а иногда и на всасыва­ющих водоводах. Достигается, таким образом, взаимное резервирование насосно-энергетического оборудования насосных станций. При строительстве дополнительных водоприемников целесообразно применять более совер­шенные для данных условий типы оголовков (с вихре­выми камерами, фильтрующие и т.д.), благодаря чему достигается не только увеличение производительности, но и повышение надежности работы водозаборов.

Надо отметить ошибки, часто встречающиеся на практике, когда строительство дополнительных оголов­ков привязывают к действующим самотечным или си­фонным линиям, рассчитывая одинаково использовать как прежние, так и новые водоприемники. Поскольку со­противление движению воды от разных водоприемников при этом неодинаковое, оголовки будут работать с раз­ной интенсивностью и, следовательно, с разной устойчи­востью забора воды. Работу оголовков в этом случае сложно проконтролировать. И поэтому более целесооб­разно строительство дополнительных оголовков с само­стоятельными самотечными или сифонными трубопрово­дами.

Второй характерной ошибкой является подсоединение самотечных трубопроводов к всасывающим линиям на­сосов, минуя водоприемные камеры и сороудерживаю-щие сетки. То и другое решение может рассматриваться как временная мера, но не как средство увеличения про­изводительности водозаборов.


Даже в относительно бла­гоприятных условиях (например, на Волге в Волгогра­де) работа водоприемников в режиме всасывания сопро­ вождается осложнениями, вызываемыми вовлечением наносов и всевозможного речного мусора не только в на­сосные станции, но и в водоочистные сооружения. Оп­равданным может быть лишь временный перевод водо­приемника на всасывающий режим работы, например, при зимнем устойчивом ледоставе и низком горизонте воды к реке, когда не возникает каких-либо помех, что подтверждается опытом эксплуатации водозабора из Лены в Якутске.

Массовое гидротехническое строительство в нашей стране существенным образом повляло на условия забо­ра воды из рек и технологию ее очистки. Изменился ре­жим наносов, шуголедовый режим рек, возросла цвет­ность и уменьшилась мутность воды, а также изменился ее солевой состав. Все это потребовало существенной корректировки ранее применяемых решений по устрой­ству и эксплуатации не только водозаборов, но и стан­ций очистки воды, глубокого изучения особенностей за­бора воды из водохранилищ.

Многочисленные факты перебоев в работе водозабо­ров на ряде водохранилищ обусловили необходимость натурных и лабораторных исследований. Во ВНИИ ВОДГЕО А. А. Смирновым впервые были детально ис­следованы водозаборы на Каховском водохранилище, подвергавшиеся непрогнозированному шуголедовому воздействию с перебоями в подаче воды. Пять исследо­ванных здесь водозаборов имеют аналогичное устройство — водоприемники (затопленные оголовки) руслово­го типа с береговыми колодцами, самотечными и сифон­ными подводящими трубопроводами протяженностью 10...560 м. Оголовки расположены на глубине 1...14 м от расчетного уровня воды и в основном в защищенных от волнового воздействия акваториях. Тем не менее все они в большей или меньшей степени испытывали отри­цательное воздействие либо шуги, либо наносов. Воз­действие шуги начинало проявляться, как правило, при скорости ветра v>5 м/с и температуре воздуха t< — 6°С.


Обратная промывка и даже продувка водоприемников горячим воздухом не устраняли этого воздействия. На некоторых водозаборах наблюдалось интенсивное во­влечение планктона. Исследования А. А. Смирнова по­казали, что определяющим фактором в данном случае являются вдольбереговые течения, вызывающие отрица­тельные последствия при каком-то определенном на­правлении ветра. Иногда отрицательное воздействие оказывают также градиентные, плотностные и компенса­ционные течения. Скорость вдольбереговых течений мо­жет достигать 1...2 м/с на пологих береговых склонах и до 3 м/с — на крутых. Лишь там, где водоприемные ого­ловки находились за пределами зоны вдольбереговых течений, водозаборы работали устойчиво.

Возникают такие течения в прибойных зонах под воздействием волн, подходящих к берегу под острым углом. На изгибах берегового склона направление вдольберегового течения отклоняется от берега, а сфор­мировавшийся поток транспортирует на большие глуби­ны наносы, шугу, планктон и т.д. (рис. 24). Оказавшие­ся в зоне распространения этого потока водоприемники как раз и испытывают отмеченные выше осложнения. На одном из водозаборов, подвергавшихся воздействию шуги, было выявлено отложение наносов у водоприем­ного оголовка в виде конуса выноса с высотой гребня 5,5 м, вытянутого в направлении вдольберегового тече­ния.

Очевидно, чтобы избежать воздействия вдольберего­вых течений необходимо располагать водоприемники вне зоны их распространения или применять специаль­ные сооружения и устройства (шпоры, буны), изменяю­щие направление вдольберегового течения (рис. 24). Строительство таких сооружений на действующих водо­заборах можно рассматривать как их реконструкцию.



Рис. 24. Вдольбереговые течения на водохранилищных водозаборах (по А. А. Смирнову)

а — водоприемник подвержен воздейст­вию вдольбереговых течений; б — во­доприемник не подвержен воздействию вдольбереговых течений; в — вдольбе-реговое течение при наличии взвесе-перехватывающей шпоры; 1 — водопри­емник; 2 — подводящие трубопроводы; 3 — береговой колодец; 4, 5 — вдольбе­реговые течения при различных на­правлениях ветра; 6 — взвесеперехва-тывающая шпора



Когда же шпоры или буны построить невозможно, ре­конструкция должна включать, как и на речных водоза­борах, строительство дополнительных водоприемников вне зоны вдольбереговых течений. В любом случае ре­конструкции или строительству новых водозаборов дол­жно предшествовать детальное изучение топографиче­ских условий водоема, направлений ветров, условий вол­нообразования и т. д.

Реконструкция ковшовых водозаборов, как и русло­вых, нередко осуществляется заменой насосно-энергети-ческого оборудования станций I подъема, а также стро­ительством дополнительных водоприемников в ковшах (например, в Кемерове), устройством шуго- и наносоза-щитных шпор и струенаправляющих стенок. На водо­проводе Киева реконструкция ковша произведена с установкой продольных распределительных стенок, что обеспечило параллельно-струйное движение воды в ков­ше и улучшило тем самым его технологические возмож­ности.



Рис. 25. Ковшовый водозабор на р. Томь

1 — насосная станция I подъема; 2 — водоприемный колодец; 3, 4 — соответ­ственно верховая и низовая ветви ковша; 5 — струенаправляющий выступ; 6 — срезка осередка; 7 — ограждающая дамба; 8 — полузапруды


Наиболее показательным примером из практики реконструкции ковшовых водозаборов является реконструкция ковша на р. Томь в Новокузнецке (рис. 25). Несмотря на то что ковш имел двустороннее питание, он не обеспечивал требуемую подачу воды и на­дежность водоснабжения, так как с одной стороны шуга перекры­вала проход воды к водоприемнику, а с другой происходил подсос загрязненной воды из устья притока. Чтобы исключить строитель­ство нового водозабора, на основе исследований А. С. Образовского были приняты меры по улучшению гидравлического режима источ­ника и самого ковша: произведена срезка осередка перед входом в ковш, разделявшего русло на две протоки; построены четыре дон­ные полузапруды у противоположного берега реки; построен струе­направляющий выступ на верховом входе в ковш; сделана донная прорезь на подходе к ковшу.


Благодаря реконструкции, своевремен­ной чистке ковша и проведению других профилактических мероприя­ тий полностью устранены причины осложнений в его работе и до­стигнута требуемая надежность водоснабжения. Последующий бо­лее чем 20-летний опыт эксплуатации этого водозабора подтвердил правильность и экономичность инженерных решений.

Реконструкция с устройством верховой струенаправляющей дамбы ковша в 1976 г. была осуществлена на водозаборе из р. Бердь в Искитиме, что позволило снизить интенсивность заиле­ния ковша. В сочетании с заменой оборудования на насосной стан­ции I подъема это дало возможность увеличить производитель­ность водозабора более чем в 2 раза.

Опыт реконструкции и интенсификации работы мно­гих водозаборов заслуживает более широкого внедрения в производство и более глубокого изучения, так как он дает основу для дальнейшего усовершенствования водо­заборных сооружений.

ГЛАВА III. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОЗАБОРОВ

1. Приемка водозаборов в эксплуатацию и их обслуживание

Обслуживание водоприемных сооружений, находящихся на протяжении всего периода эксплуатации под  водой, их осмотр и ремонт связаны с большими труд-i ностями. Поэтому обеспечение качества строительства водозаборов, строгое соблюдение всех технических усло вий их устройства имеют важное значение.

Приемка в эксплуатацию законченных строитель­ством водозаборов производится в порядке, установлен­ном для объектов производственного назначения, и в строгом соответствии со СНиП III-3-76 «Основные поло­жения. Приемка в эксплуатацию законченных строи­тельством предприятий, зданий и сооружений», а также со СНиП на отдельные виды строительно-монтажных работ, технологического оборудования и другими дей­ствующими нормативными документами по строитель­ству, утвержденными Госстроем СССР. Водозаборы мо­гут быть приняты в эксплуатацию, если с них начата подача воды (выпуск продукции) качества, диктуемого потребителем или принятого технологией последующей ?е обработки.



Водозаборы принимают в эксплуатацию в составе всего водопровода или только комплекса водозаборных сооружений. Производится приемка государственными приемочными комиссиями местных Советов народных депутатов независимо от сметной стоимости объекта, если заказчиками являются исполкомы местных Сове­тов народных депутатов; министерствами и ведомствами СССР, если заказчиками выступают предприятия, вхо­дящие в системы этих министерств, в порядке, установ­ленном министерствами и ведомствами СССР. Особое внимание при приемке должно быть обращено на соот­ветствие проектным фактических отметок установки оголовков, профиля подводной части ковша, размеров и высотного положения водоприемных окон, качества рус-ловыправильных и берегоукрепительных работ, засыпки самотечных и сифонных трубопроводов и т. д.



Рис. 26. Водоприемный ковш на р. Чулым

а — продольный профиль по оси ковша; б, в, з — поперечные профи­ли соответственно на входе, в сред­ней части и перед водоприемником; 1 — по проекту; 2 — фактически

Если при завершении строительства водозабора водопотребление не достигло расчетной производительно­сти, приемка в эксплуатацию может производиться с насосно-энергетическим оборудованием меньшей мощности из расчета последующей (по мере роста водопотребле-ния) замены этого оборудования. Испытывать же водо­забор в любом случае следует при расчетной нагрузке. Приемка и ввод в эксплуатацию водоприемных ковшей с меньшей, чем расчетная, производительностью сопро­вождается изменением режима потока в ковше и отло­жением наносов. В таких случаях должны быть намече­ны дополнительные меры по чистке ковша.

Надо отметить, что при строительстве ковшей не всегда достигается их строгое соответствие проекту. На­пример, в ковше на р. Чулым перед вводом его в дей­ствие были выявлены недопустимые отклонения в про­филе подводной части (рис. 26), устранить которые ока­залось невозможным. В последующем эти отклонения отрицательно отразились на работе ковша.



В ковше новосибирского водопровода в начальный период эксплуатации наблюдались интенсивный размыв и последующее оползание откосов из-за недостаточного уплотнения грунта при строительстве. Процесс этот был приостановлен путем посадки ивы.

При эксплуатации водозаборов надо вести постоян­ные наблюдения за источниками, включая уровни воды, переформирование берегов и перемещение наносов, фор­мирование ледяного покрова, разрушение его и прохож­дение льда у водоприемников, санитарное состояние источников. На малых реках, подверженных перемерза-нию, необходимо наблюдать не только за участком рас­положения водозабора, но и за вышерасположенными участками, а иногда и за всем бассейном водосбора.

В местах вероятного перемерзания источника система­тически замеряют толщину льда и глубину потока, а при необходимости утепляют перекаты и отдельные мел­ководные участки.

Для наблюдения за уровнями воды на водозаборах должны быть оборудованы водомерные посты (простые или автоматические). Наиболее приемлемые для водо­заборов простые водомерные посты могут быть реечны­ми или свайными. Реечный пост представляет собой одну или несколько реек, укрепленных на береговом колодце или на специально забитых сваях. Посты это­го типа более приемлемы для водозаборов берегового типа на реках с крутыми берегами при небольшой ам­плитуде колебания уровня (до 3 м). Свайные водомер­ные посты, применяемые чаще всего на водозаборах руслового типа, состоят из нескольких свай, установлен­ных перпендикулярно течению реки в одном створе. Такие посты применяют на реках с пологими берегами и значительной амплитудой колебания уровней. Высо­ту уровня воды на свайном посту измеряют переносной водомерной рейкой, а результаты измерений заносят в специальный журнал. Длительные наблюдения на водо­мерных постах позволяют прогнозировать обстановку на водозаборах и предотвращать благодаря этому аварий­ные ситуации.

 

Таблица 7. Основные виды работ по ремонту водозаборных сооружений

Сооружения	Виды ремонта
текущий	капитальный
Береговые водо­приемные колод­цы	Очистка от наносов, промывка камер; чи­стка и ремонт реше­ток, сеток и затворов; окраска металличе­ских поверхностей с очисткой от ржавчи­ны; затирка с желез-нением стен колодцев	Ремонт стен и днища ко­лодцев, камер и берего-укрепления; смена реше­ток, сеток и затворов; разборка и ремонт при­водов вращающихся се­ток; смена ходовых скоб и лестниц; ремонт креп­ления ковша с заменой деталей; ремонт грязевых эжекторов и промывных устройств сеток
Водоприемные оголовки	Обследование состо­яния оголовка и уст­ранение мелких по­вреждений	Смена венцов ряжа с за­грузкой и отсыпкой кам­ня; демонтаж и монтаж самотечных трубопрово­дов
Подводящие и от­водящие каналы, откосы плотин, от­стойные пруды	Засев травой, затирка трещин в бетонной облицовке; замена от­дельных бетонных плит в креплении ка­налов, чистка прудов	Замена конструкции крепления стенок и отко­сов каналов; противо­оползневые работы; бу­рение разгрузочных и дренирующих скважин; ремонт противофильтра-ционных дренажей; ре­монт входных и выход­ных оголовков каналов

 

Таблица 8. Периодичность осмотра и планового ремонта водозаборных сооружений

Сооружения и виды работ	П ериодичность
	осмотра	ЧИСТКИ	текущего ремонта	капитального ремонта
Оголовки водоприемников	2 раза в год	По мере надобно­сти	2 раза в год	По мере надобно­сти
В том числе в период ледохода и шугообразования	Постоянно	То же	—	—
Самотечные и сифонные трубопро­воды	1 раз в год	»	По мере надобно­сти	По мере надобно­сти
Береговые колодцы	2 раза в год	—	1 раз в год	По мере надобно­сти, но не реже 1 раза в 5 лет
В том числе: удаление осадка	То же	По мере надобно­сти	—	—
ремонт сеток Берегоукрепление	Каждую смену 2 раза в год	Каждую смену	2 раза в год По мере надобно­сти, но не реже 1 раза в 2 года	1 раз в 2 года По мере надобно­сти, но не реже 1 раза в 5 лет
Трубопроводы и запорно-регули-рующая арматура	2 раза в год	—	2 раза в год	То же
Плотины, дамбы, каналы, ковши	1 раз в месяц	По мере надобно­сти	То же	»

Рис. 27. Автоскоп для подводного обследова­ния водозаборов

1 — стекло верхнее 100X100 мм; 2 — раструб из листового железа; 3 — ручки; 4 — скоба для страхующего троса; 5 — дуги предохрани­тельные из проволоки; 6 — фара автомобиль­ная герметичная; 7 — стекло зеркальной ко­робки 110X110 мм; 8 — зеркало плоское 145Х Х100 мм; 9 — труба (D=114 мм); 10 — провод электрический в резиновой изоляции


Наблюдение за санитарным состоянием источников проводят отбором проб воды и их анализом. Качество воды оценивают по ГОСТ 17.1.3.03 — 77 (с изм.). При благоприятной санитарной и эпидемической обстановке пробы отбирают на насосной станции I подъема, при не­благоприятной — в различных точках выше по течению реки, а на непроточных водоемах — в обе стороны от во­дозабора. При ухудшении показателей качества воды в источнике по отношению к нормативным должны быть приняты дополнительные меры, обеспечивающие качест­во подаваемой потребителям воды по ГОСТ 2874 — 82 «Вода питьевая».

Неотъемлемой составной частью эксплуатации водо­заборов должны быть также наблюдения за состоянием водоприемников, подводящих трубопроводов и всего комплекса водозаборных сооружений, своевременное устранение повреждений конструкций неполадок в ра­боте оборудования. В плановом порядке должны выпол­няться ремонтные работы (табл. 7 и 8).

При благоприятных условиях эксплуатации деталь­ное обследование и текущий ремонт всех водозаборных сооружений производят, как правило, дважды в год: после весеннего половодья, когда наиболее вероятны разрушения, и примерно за месяц до ледостава. В пер­вом случае выполняют в основном аварийные рабо­ты, во втором — профилактические. При активных рус-лоформирующих процессах оголовки могут не только заноситься грунтом, как отмечалось выше, но и подмы­ваться паводковыми потоками (чаще всего со стороны примыкания самотечных линий). При этом трубопрово­ды провисают, вибрируют, возникают завалы из корчей и топляков, создавая угрозу механических повреждений водоприемника.


В таких ситуациях должны быть срочно приняты противоавар!шные меры. Завалы разбирают с по­мощью речных судов или бульдо­зеров при участии водолазов. Корчи и топляки захватывают тросом и вытаскивают на берег. Работа эта требует большой ос­торожности. После разборки за­вала под трубопроводы подводят пригруженные фашины из хворо­ста, а затем с плавучих средств засыпают камнем всю выемку. Эффективность обследования водоприемников и дру­гих находящихся под водой элементов водозаборов су­щественно повышается при использовании предназна­ченных для этого специальных технических средств. А. И. Гагариным был предложен и испытан на водоза­борах Новосибирска прибор — автоскоп (рис. 27), по­зволяющий без помощи водолазов детально осматривать подводные сооружения и их отдельные узлы, оператив­но оценивать состояние водоприемных отверстий, засо­ренность сороудерживающих решеток и т. д. Автоскоп представляет собой трубу диаметром 100 мм, длина ко­торой принимается в зависимости от глубины погруже­ния наблюдаемого объекта. На одном конце трубы мон­тируют зеркальную коробку со смотровым окном, а на другом — тубус с защитным стеклом.



Рис. 28. Водозабор временного ти­па с погружным электронасосом

1 — водоприемник; 2 — самотечный трубопровод; 3 — береговой водо­сборный колодец; 4 — электронасос; 5 — напорный трубопровод

Источником света в приборе являются автомобиль­ная фара с лампой 70 Вт и аккумулятор СТ-128. При­бором можно пользоваться с наплавных или стационар­ных средств. В зависимости от степени освещенности объекта радиус видимости при обследовании водозабо­ров на Оби составляет 0,5...2 м. Простота конструкции автоскопа позволяет изготовлять его на месте, в мастер­ских водозабора.

Для обследования дна источника в акватории водо­забора, прежде всего для уточнения характера грядооб-разования и перемещения гряд, целесообразно пользо­ваться эхолотом.

Учитывая особую важность водозаборов в обеспече­нии бесперебойности водоснабжения, они всегда долж­ны быть оснащены (даже в благоприятных условиях эксплуатации) средствами для обследования, резервным оборудованием и заготовками для ликвидации повреж­дений.


Сейчас, когда действует множество водозаборов всевозможных типов в различных природно-климатичес­ких зонах нашей страны и накоплен огромный произ­водственный опыт их эксплуатации, постоянным наблю­дением за источниками и своевременным проведением профилактических мер в большинстве случаев аварии на водозаборах могут быть предотвращены. Изучение опыта эксплуатации водозаборов-аналогов позволяет своевременно принять соответственные меры на вновь построенных водозаборах.

Чаще всего при аварийных ситуациях на водозабо­рах наблюдается резкое падение уровня воды в водо­приемных и всасывающих камерах берегового колодца, что влечет срыв вакуума насосов и их остановку. Запуск насосов бывает очень затруднен и может сопровождать­ся повторными срывами вакуума. Причина этого в большинстве случаев заключается в резком снижении уровня в источнике или в увеличении сопротивления дви­жению воды на водоприемнике и в подводящих трубо­проводах. Усилия эксплуатационного персонала в таких случаях должны быть направлены на задействование резервных водоприемников, выяснение причин осложне­ний и их устранение. Если же устранить причины не удается длительное время, то применяют дополнитель­ные средства подачи воды в береговой колодец: поверхкостной прокладкой монтируют сифонные линии, уста­навливают описанные выше передвижные насосные станции (иногда используют земснаряды), строят вре­менные водозаборы. На рис. 28 показан водозабор вре­менного типа с погружным насосом.

2. Биообрастания на водозаборах и борьба с ними

Водоприемные окна с сороудерживающими решет­ками, самотечные, всасывающие и напорные трубопро­воды на водозаборах (особенно на зарегулированных источниках) подвержены внутреннему обрастанию гид-робионтами, среди которых наиболее часто присутству­ют моллюски дрейссены. Обрастание это нередко быва­ет значительным, что приводит к критическим потерям напора во всасывающей системе водозабора и к угрозе остановки насосных станций.


В системе водоснабжения личинки дрейссены редко перемещаются самостоятель­но, а в основном — под влиянием потока воды.

Поселения дрейссены сосредоточиваются на подвод­ных частях железобетонных конструкций насосных стан­ций, облицовке водоприемных ковшей, на оголовках в подводящих трубопроводах, на сороудерживающих ре­шетках и сетках, в напорных водоводах с насосных станций I подъема.

Слой дрейссены на внутренних стенках трубопрово­дов достигает 7...10 см, а масса обрастаний до 7 кг/м2 [39]. При таком обрастании существенно возрастает со­противление трубопроводов, что влечет дополнительные расходы электроэнергии на подачу воды. В связи с этим борьбу с дрейссеной на действующих водозаборах необ­ходимо рассматривать не только как средство обеспече­ния бесперебойного водоснабжения, но и как меру эко­номии электроэнергии. Мелкие личинки дрейссены спо­собны проникать не только через сороудерживающие сетки и микрофильтры, но и через песчаные (скорые и даже медленные) фильтры, осложняя тем самым техно­логию очистки воды. Отсюда видно, насколько важно предотвратить попадание гидробионтов в водоприемные устройства.

Осложнения в работе водозаборов по причине биооб­растаний были на водопроводах многих городов: Моск­вы, Ростова-на-Дону, Днепропетровска, Донецка, Куйбы­шева, Калининграда, Дзержинска и др. Обрастания иногда уменьшали на треть диаметр трубопроводов, а из зарубежной практики известны факты полной заку­порки трубопроводов дрейссеной.

Борьба с гидробионтами на водозаборах дает двой-ной положительный эффект: сохранение пропускной спо­собности водозабора и, следовательно, предотвращение перерасхода электроэнергии при одновременной беспе­ребойности подачи; улучшение качества воды, поступаю­щей на водоочистные станции, и, следовательно, сокра­щение эксплуатационных расходов, связанных с ее очисткой. Первостепенное значение в борьбе с биообра­станиями имеют предупредительные меры. Возможно предотвратить воздействие дрейссены при заборе воды, зная общие закономерности ее обитания и развития.


Из­вестно, что в некоторых озерах преобладающее количе­ ство дрейссены обитает на глубине 5...15 и 10...20 м, в реках бассейна Волги — на глубине 2...9 м. Зимой при температуре 5...8°С размножения ракушек не наблюда­ется. В крупных каналах, например в Северо-Крымском, личинки дрейссены большей частью находятся в придон­ном слое. Массовое размножение дрейссены начинается при прогреве воды до 16 °С, а наилучший рост и разви­тие происходят при температуре 21...25°С. В южных областях нашей страны в динамике численности личи­нок моллюсков имеется два пика, приходящихся на пер­вую декаду июля и третью декаду августа. Продолжи­тельность жизни дрейссены 5...6 лет. Размещая водопри­емные окна на разных глубинах и маневрируя их работу по сезонам года, можно уменьшить попадание дрейссены в водоприемные устройства.

Доступным и эффективным средством предупрежде­ния обрастания является предварительное хлорирование воды с вводом хлора перед водоприемными отверстия­ми. Дозы хлора устанавливают в зависимости от видов гидробионтов, преобладающих в той или иной географи­ческой зоне. Обрастание водозаборных сооружений, как показывает опыт, предотвращается уже при остаточном содержании хлора в воде до 0,3 мг/л [32]. Надо отме­тить, что предварительное хлорирование воды на водо­заборах может иметь многоцелевое назначение: борьба с гидробионтами, улучшение качества воды, рыбоза­щита.

Когда предотвратить попадание и развитие дрейссе­ны в водозаборных сооружениях не удается, принимают меры по ее удалению. В этом случае применительно к водозаборам хозяйственно-питьевого водоснабжения хлорирование воды пока остается наиболее надежным и доступным средством. Хлорирование с оптимальной периодичностью обеспечивает умертвление моллюсков на определенной стадии их развития, потерю связи с предметами и последующее удаление из системы смы­вом. Проводят это мероприятие в теплое время года в периоды максимального развития дрейссены, не допу­ская вырастания моллюска более 2...3 мм (практически 2...3 раза в год), Личинки дрейссены погибают при воз­действии на них в течение 8 ч дозы хлора 0,5...1,5 мг/л.


Радикальное действие, как показывает опыт Северной водопроводной станции Москвы, достигается при дозе хлора до 5 мг/л и продолжительности воздействия не менее 7 сут.

Хлор вводят перед водоприемными окнами в 60 — 40 см от сороудерживающих решеток. Содержание хло­ра после насосов I подъема должно быть около 2 мг/л. Разумеется, при этом должны быть приняты меры пре­досторожности, предотвращающие попадание хлора в источник и отравление рыб. При периодическом хлори­ровании отмирающая масса дрейссены в большом коли­честве попадает в водоприемные камеры насосных стан­ций I подъема и на очистные сооружения,, забивая прежде всего распределительные системы камер хлопье-образования и вызывая осложнения в водоснабжении. Опыт московского водопровода доказывает целесо­образность непрерывного хлорирования воды на протя­жении теплого времени года (вторая половина мая начало октября) дозами хлора 3...5 мг/л. Если это не­возможно, то рекомендуется применять периодическое хлорирование. На рис. 29 приведена технологическая схема хлорирования воды на водозаборе [3].

Хлорирование как средство борьбы с обрастанием лучше сочетать с общесанитарной обработкой (дезин­фекцией) воды, для чего на водозаборах монтируют ста­ционарные хлораторные установки. Если же санитарны­ми нормами не требуется предварительное хлорирова­ние воды, для борьбы с обрастаниями целесообразно использовать передвижные хлораторные установки.


Рис. 29. Схема хлорирования воды на водозаборе

1 — бочки с хлором; 2 — танк-ис-паритель; 3 — ротаметр; 4 — напор­ный трубопровод от водопровода; 5 — эжектор; 6 — шланг для подачи хлорной воды; 7 — футляр из тру­бы; 8 — водоприемный оголовок



Из других способов борьбы с биообрастаниями водо­заборов применяют купоросование воды, нанесение на поверхность конструкций специальных красок и иных покрытий и др. Однако далеко не все из них применимы в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения. На ряде водозаборов, особенно на Волге, при угрожающем зарастании сороудерживающих решеток ракушкой во­долазы очищают их скребками или заменяют.



Для удаления дрейссены из трубопроводов примени­мы также общеизвестные методы и средства, использу­емые в эксплуатации водопроводных сетей. Опыт эк­сплуатации подтверждает, что воздействие дрейссены на водозаборы нельзя устранить каким-либо одним мето­дом, в тех или иных условиях требуется проверка прак­тикой комплексных мер: хлорирование, микрофильтро­вание, покраска конструкций, механическая прочистка и др.

3. Методы и средства рыбозащиты на водозаборах

Увеличение числа водозаборов и возрастание объема воды, отбираемой из поверхностных источников, приво­дят к нарушению не только их гидрологического режи­ма, но и экологического равновесия. Особо ощутимые отрицательные последствия экологического воздействия водозаборов возможны на реках, имеющих рыбохозяйст-венное значение. Водохозяйственные и рыбопромысловые цели в таком случае взаимосвязаны и рассматриваются в двух аспектах: техническом — предотвращение попада­ния рыбы (в основном взрослых особей) в водоприемные устройства, способного создать помехи в работе водоза­бора и очистных сооружений; экологическом — предот­вращение попадания рыбы (главным образом молоди) в водоприемные устройства, способного нанести ущерб рыбному хозяйству.

С начала развития централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения длительное время (примерно до 1960 г.) технический аспект оставался главным по ряду причин. Во-первых, отбираемые из крупных рыбопро­мысловых рек расходы были сравнительно малы и, сле­довательно, водозаборы не оказывали пагубного влияния на жизнедеятельность рыбы. Во-вторых, применяемые типы водозаборов (в основном русловые и береговые) и инженерные решения по их размещению и технологии от­бора воды, связанные с защитой от наносов и шуги, кос­венно исключали массовое вовлечение рыб в водоприем­ники и, таким образом, не вступали в противоречие с экологическим аспектом.

Сейчас, когда многократно возрос отбор воды, в том числе на зарегулированных участках рек, большое рас­пространение получили водозаборы ковшового, припло-тинного и других типов, экологический аспект приобрел первостепенное значение.


В связи с этим возникли новые задачи, в решении которых потребовалось участие не только технических специалистов, но и специалистов-их­тиологов. Многие задачи уже успешно решены, что поз­воляет обеспечивать потребность коммунального водо­снабжения без ущерба для рыбного хозяйства. Таким образом, по современным требованиям, тот или иной во­дозабор, являясь технологическим элементом системы водоснабжения и отвечая требованиям ее надежности, должен одновременно функционировать как природоох­ранный объект.

Отсюда вытекают главные требования к рыбозащит-ным устройствам (РЗУ): гарантированный (бесперебой­ный) пропуск воды; эффективная рыбозащита; надеж­ность действия при доступных средствах эксплуатации (простота конструкции, автоматическое действие и т. д.). Строительство и эксплуатация водозаборов без рыбоза-щитных мер не допускаются. На протяжении более двух десятилетий ведутся биологические исследования рыбы в различных условиях, связанные с изучением ее пове­дения и факторов воздействия. Главными критериями по­ведения рыбы являются ориентация головой на течение и движение против потока воды (реореация). Минималь­ная (пороговая) скорость течения, при которой не про­исходит сноса рыбы, не одинакова для разного вида и размера рыбы. Установлен [27] обобщающий показа­тель критической скорости течения укр~15...20 см/с. Сложные закономерности перемещения рыбы по глуби­не и ширине потока на различных участках рек, озер и водохранилищ в разное время года обусловливают необ­ходимость подробной ихтиологической характеристики источников на стадии проектирования водозаборов и разработки рыбозащитных устройств.



Рис. 30. Схема экологического способа защиты молоди рыбы на водозаборах

1 — водоприемник; 2 — опоры; 3 — неподвижное зонное ограждение; 4 — вер­тикально перемещающееся зонное ограждение; 5 — здание управления

Рис. 31. Схема рыбозащитного устройства физического действия

1 — створ для отлова рыбы на входе; 2 — рыбозаградительная сетка; 3 — во-1 доприемник; 4 — створ для отлова рыбы на выходе; 5 — рыбоотводной канал



Временные положения по проектированию РЗУ на водозаборах и требования Главрыбвода устанавливают, что расчет РЗУ должен производиться, как правило, из условия защиты ранней молоди и личинок всех ценных видов рыбы. При этом условии принимают расчетную длину рыбы lр=0,5...4 см. Для миграции рыб характе­рен скат (снос потоком) молоди и личинок по течению от мест размножения к местам нагула. Именно в этот (расчетный) период рыба, подвергаясь пассивному сно­су течением и теряя ориентацию, в большом количестве может вовлекаться в водоприемники.

Существует несколько классификаций методов, уст­ройств и всевозможных средств рыбозащиты [22, 33]. По характеру воздействия на рыб все РЗУ разделяются на гидравлические, экологические, поведенческие. На основе поведенческих реакций рыбы и особенностей ее ориентации в потоке наиболее полно разработаны и про­должают разрабатываться три принципиально отличаю­щиеся группы способов (направлений) защиты рыб от попадания в водоприемные сооружения.

Экологические способы (рыбоотгораживающие) основаны на выделении в источнике нежилых для рыб зон, путей миграции, мест скопления и на соответствующем размещении водозаборов. При этом в необходимых случаях могут применяться специальные устройства (за­пани, стационарные и нестационарные зонные огражде­ния), отгораживающие акваторию водозабора от зоны пребывания рыб (рис. 30). При этом способе защиты должна быть обеспечена возможность прекращения от­бора воды в период ската молоди.

В основе механических способов лежит задер­жание рыбы непосредственно перед водоприемником с помощью рыбозаградительных экранов (мелкоячеистых сеток, перфорированных щитов и др.) с последующим отводом ее в водоем (рис. 31). Скорость потока в ячей­ках экрана должна быть значительно ниже скорости об­текающего его потока, что обеспечивает снос задержан­ной рыбы в рыбоотвод.

Сущность поведенческих способов заключается в воздействии на рыбу различных раздражителей, в ис­пользовании реакции рыбы и ее поведения под воздей­ствием этих раздражителей.



Эффективность действия РЗУ, т. е. возможность со­хранять жизнеспособность попадающих в зону воздей­ствия водозабора рыб, оценивается коэффициентом К.э=A/В [где А — число жизнеспособных рыб, отведен­ных от водозабора и отловленных по прохождении РЗУ в створе II — II (рис.31); В — число жизнеспособных рыб, подлежащих защите и отловленных в створе I — I перед прохождением РЗУ].

В. М. Синявской [33] предложена система классифи­кации РЗУ по конечному результату (пропуск воды, эф­фективная рыбозащита, надежность), которая наиболее полно охватывает все требования и системы в их взаи­мосвязи. Из этой классификации следует, что только гидравлические РЗУ отвечают всем конечным требова­ниям. В большом числе рыбозащитных устройств преоб­ладают сетчатые и фильтрующие РЗУ, примененные в основном на крупных водозаборах ирригационных и теп­лоэнергетических систем водоснабжения.

Наиболее совершенным считается РЗУ, показанное на рис. 32, отвечающее конечным требованиям, но явля­ющееся все же далеко не простым и дорогостоящим устройством. Данное РЗУ рекомендуется для крупных водозаборов энергетических и других промышленных объектов (с забором воды до 100 м3/с, с секционными водоприемниками пропускной способностью до 5 м3/с каждый).

 


Рис. 32. Водозабор с рыбозащит-ным устройством (РОП)

1 — водоприемник; 2 — заградитель­ное сетчатое полотно; 3 — циркуля­ционный бассейн; 4 — гибкая пере­городка (в двух положениях); 5 — выводной канал; 6 — рыбоотводной канал; 7,8 — гидроускорители; 9 — лебедка для перемещения перего­родки; 10 — запань; 11 — затвор



Для систем коммунального водоснабжения по ряду причин имеющиеся РЗУ оказались малоприемлемыми. Здесь нужны простые в эксплуатации рыбозащитные ме­тоды и устройства, не требующие постоянных ихтиоло­гических наблюдений. Они должны быть рассчитаны так­же на воздействие шуголедовых факторов, наносов, биологических обрастаний и др. Достаточно надежно обеспечивают рыбозащиту без каких-либо дополнитель­ных РЗУ русловые затопленные водоприемные оголовки, если скорость обтекания их речным потоком в 3...4 раза превышает скорость входа воды в водоприемные отвер­стия.


Разумеется, что оголовки не должны располагать­ся в местах сосредоточения рыбы. В противном случае требуются дополнительные меры рыбозащиты. Так, на одном из водозаборов из Волги в Ярославле отмечалось массовое вовлечение в водоприемник не только молоди, но и взрослых особей рыбы, в связи с чем в 1980 г. был построен новый оголовок в большом удалении от берега, а старый выключен из работы.

На водозаборе из Волчихинского водохранилища сис­темы водоснабжения Свердловска действует РЗУ, рассчитанное на пропуск расхода около 14 м3/с. РЗУ пере­крывает под прямым углом вход в водоподводящий ка­нал и представляет собой сложную конструкцию, вклю­чающую сороудерживающие решетки с рыбозащитными кассетами, забральную стенку, подъемно-транспортную и промывную системы. Скорость потока на подходе к РЗУ принята 0,1 м/с. Столь малые скорости потока обус­ловили большую ширину водоприемного фронта (72,8м), соответствующее расширение и углубление входной час­ти канала. Рыбозащитным элементом служит кассета размерами 2X4X0,31 м, заполненная пластмассовыми шариками диаметром 40 мм, изготовленными из поли­этилена. Кассеты вставляют в каркас сороудерживающей решетки размерами 4,3X4,17X0,64 м (две кассеты на одну решетку), который в свою очередь вставляют в пазы водоприемных окон. В каждую кассету загружено 26,5 тыс. шариков. Для промывки кассеты вынимают на поверхность; промывка производится в специальном по­мещении.

Во ВНИИ ВОДГЕО В. Н. Ересновым под руководст­вом А. С. Обр азовского проведены исследования, связан­ные с гидравликой фильтрующих кассет и с их усовер­шенствованием [15]. Для загрузки кассет применяли керамзит крупностью зерен d = 20...25 мм и пористостью р=0,45, щебень d=20...30 мм, р=0,45 и d=40...60 мм, р=0,48, пластмассовые, резиновые и деревянные шари­ки. Рекомендуемая толщина кассеты с зернистой загруз­кой bк = 3...5d.

На некоторых водозаборах нашли применение пакет-но-реечные деревянные рыбозащитные кассеты (рис. 33).


Пакетно- реечная кассета представляет собой панель, собранную из 2...4 пакетов деревянных (перекрывающих­ся) реек прямоугольной или квадратной формы попереч­ного сечения. Внешний, омываемый речным потоком, пакет состоит из 2...3 слоев реек сечением 13X13 мм, рас­положенных с шагом 25 мм. Этот пакет имеет наимень­ший размер ячеек. Средний пакет состоит из реек 25Х Х25 мм с шагом 50 мм, а внутренний — соответственно 50X50 и 100 мм. Пакеты плотно прижимаются один к другому и стягиваются металлической рамой, вставляе­мой в направляющие пазы водоприемных окон. При та­кой конструкции кассеты она надежно обеспечивает за­щиту рыбы и задержание сора, не закупоривается и лег­ко промывается обратным током воды. Пористость пакетно-реечных кассет р=0,5, а вес в набухшем со­стоянии 160...170 кг на 1 м2. Скорость фильтрации воды через них, как и через керамзитовые и щебеночные кас­сеты, рекомендуется принимать vф=0,1...0,12 м/с.



 

Рис. 33. Пакетно-реечные рыбозащитные кассеты (по В. Н. Ереснову)

а — общий вид: 1 — паз водоприемного отверстия; 2 — контурная рама; 3 — опорный уголок; 4 — торцовая накладка из полосовой стали; 5 — обрамля­ющий уголок; 6 — опорный пакет; 7 — средний пакет; 8 — сороудерживающий пакет (внешний слой, дубовые рейки); б — кассета с внешним слоем из косо-расположенных реек (план-разрез)

Рис. 34. Береговой водоприемник с фильтрующими поворотными рыбозащит-ными устройствами

1 — сетчатые кассеты, заполненные фильтрующим материалом; 2 — пазовые направляющие; 3 — поворотный шарнир; 4 — поплавок; 5 — направляющие ще­ки; 6 — бычки

Укрводоканал проектом, запроектировано фильтрую­щее поворотное рыбозащитное устройство (рис. 34) для береговых водозаборов на р. Северский Донец системы водоснабжения промпредприятий Северодонецка. Произ­водительность водозаборов 200.. .300 тыс. м3/сут. РЗУ представляют собой металлические сетчатые кассеты, заполненные фильтрующим материалом — керамзитом. Отличительной особенностью их является то, что кассе­ты, имея шарнирную пяту и поплавок, меняют свое по­ложение в зависимости от уровня воды в источнике, обеспечивая тем самым постоянство фильтрующей пло­щади и, следовательно, скорости фильтрования (уф = = 0,1 м/с).


Такое решение позволило избежать увеличе­ ния ширины водоприемного фронта, чего нельзя было до­стичь без строительства ковша.

Возможность рыбозащиты на водоприемных оголов­ках без устройства специальных РЗУ А. С. Образовский рекомендует [25] оценивать как соотношение скоростей

va/K2 > vв<vкр,

где va — средняя скорость течения в реке, м/с; Kz — ихтиологичес­кий параметр; /С2=уа/ав = 3...4; vb — скорость втекания воды в сжа­том сечении водоприемного отверстия, м/с; икр — критическая ско­рость течения в реке, м/с; vKp = K1lp (K1 — ихтиологический пара­метр, K1 = vKP/lp = 5...15; lр — расчетная длина тела рыб, lр = 15... 20 мм).

Требования рыбозащиты на водозаборах систем ком­мунального водоснабжения в ряде случаев могут быть удовлетворены при выполнении следующих рекоменда­ций [23]:

на реках со скоростью течения vа>0,3 м/с следует применять водоприемники с входными скоростями в 3...4 раза меньшими, чем скорость течения в реке, и устанавливать на водоприемных окнах жалюзийные ре­шетки;

на реках с va<0,3 м/с и водохранилищах — приме­нять затопленные фильтрующие ряжевые оголовки со съемными кассетами с загрузкой из щебня, керамзита, полимерных материалов, а также с пороэластовыми и керамзитобетонными кассетами. На водохранилищах во­доприемники дополнительно оборудовать системой водовоздушной защиты;

на приплотинных водозаборах устанавливать конус­ные сетки со сбросом сора и молоди рыбы в нижний бьеф, а также применять затопленные водоприемники с вихревыми камерами и импульсной обратной промывкой;

на водоприемных ковшах обычного типа — устраи­вать запани. Самопромывающиеся ковши, обеспечиваю­щие наиболее надежный отбор воды при сложных гидро­логических и геоморфологических условиях на реках, позволяют комплексно решить задачу защиты водопри­емников от наносов, шуги и захвата молоди рыбы.

 

4. Русловые процессы и защита водозаборов от наносов



Рис. 35. Типизация русловых процессов (по ГГИ)



1 — ленточно-грядовый тип; 2 — побочневый тип; 3 — ограниченное меандриро­вание; 4 — свободное меандрирование; 5 — незавершенное меандрирование; 1а — русловая многорукавность; 5а — пойменная многорукавность ( стрелка указывает направление нарастания транспортирующей способности потока)

Чтобы при проектировании и эксплуатации водозабо­ров оценить воздействие на них наносов, необходимо учи­тывать характер развития русла реки и поймы на выб­ранном участке и, следовательно, знать основные типы русловых процессов. Согласно разработанной Государ­ственным гидрологическим институтом (ГГИ) типиза­ции, выделяют 7 типов русловых процессов — макроформ (рис. 35): ленточно-грядовый; побочневый; ограниченное меандрирование; свободное меандрирование; незавершенное меандрирование; русловая многорукавность; пойменная многорукавность. Следует учитывать, что на­ряду с явно выраженными русловыми процессами могут происходить переходные или смешанные процессы: например, ограниченному меандрированию может сопут­ствовать побочневый тип, русловой многорукавности — ленточно-грядовый и др. Знание характера руслового процесса позволяет правильно оценить воздействие на­носов на работу водозаборов и применить наиболее рациональные средства защиты. Ниже дано краткое описание основных типов русловых процессов.

Ленточно-грядовый тип. Цепи гряд наносов вытянуты по ширине русла и движутся постоянно, при­останавливаясь только в период низкой межени, и тогда вершины гряд, обнажаясь, образуют отдельные осеред-ки. Расстояние между гребнями гряд (шаг гряд) в 4... 8 раз превышает ширину русла в бровках меженных берегов. Данный тип наблюдается в верховьях рек при отсутствии поймы; на других участках он может со­путствовать незавершенному (в спрямляющих про­токах) или свободному меандрированию (в начальных стадиях).

Побочневый тип. Ленточные гряды, перекошен­ные в плане, в противоположных направлениях сползают в половодье. Размываемые участки берегов прикрывают­ся сползающими побочнями, гребни которых периодиче­ски размываются при спаде паводка и восстанавливают­ся в половодье.


Шаг гряд превышает ширину русла. В межень побочни, а частично и гряды обнажаются, об­разуя песчаные отмели, за ними тянутся подводные ко­сы, создающие затоны. Пойма выражена слабо.

Ограниченное меандрирование. В резуль­тате размыва пойменных массивов излучины сползают вниз по течению без существенного изменения плановых очертаний и профиля дна. Перекаты, образующиеся на перегибах русла, размываются в межень и восстанавли­ваются в периоды паводков. Плесы, наоборот, размыва­ются в половодья и заносятся в межень. Пойменные про­цессы (намывы, размывы) протекают активно, массив поймы нарастает в высоту. При высоком половодье на пойме возможны транзитные течения.

Свободное меандрирование. Излучины по­лучают замкнутый цикл развития — от искривления рус­ла до отторжения петли. Углы разворота потока увели­чиваются, излучины сползают, вытягиваются, перешеек сужается, и наконец образуется прорыв, спрямляющий русло. Перекаты на перегибах русла представляют собой перекошенные в плане гряды, переходящие в пляж выпуклого берега нижерасположенной излучины. Русло од-норукавное. Плесовая ложбина у сильноразвитых излучин разделена перевалом. Пойма широкая с гривистым релье­фом и старицами подковообразных очертаний.

Незавершенное меандрирование. Излу­чины на промежуточной стадии развития (до получения формы петли) спрямляются протоком в результате глу­бокого затопления поймы и большого совпадения дина­мических осей потока в половодье и в межень. По спрямленному руслу протока интенсивно транспортиру­ются наносы, в нем последовательно устанавливается побочневый, ленточно-грядовый или осередковый тип руслового процесса. В результате перемещения наносов в главное русло (ниже по течению протока) меандриро­вание его дополняется образованием сползающих гряд и побочней.

Русловая многорукавность. Осередки и гряды интенсивно деформируются и сползают, переме­щаются границы русла вследствие меандрирования про­токов и интенсивного обрушения берегов (явление дей-гиша).


Поток перегружен донными наносами. В песчаных руслах с большим уклоном рельеф дна может пол­ностью изменяться в течение нескольких часов, воздей­ствию дейгиша могут быть подвергнуты многокиломет­ровые участки. В руслах из гравийно-галечниковых отложений деформации происходят лишь при высоких па­водках, но протекают они очень интенсивно. Пойма име­ет основной характер. Наблюдается русловая многору­кавность чаще всего в предгорных и устьевых участках рек.

Пойменная многорукавность. Спрямле­ние охватывает многочисленные излучины с образовани­ем длинных пойменных протоков без четко выраженных признаков основного русла. Главные протоки соединены вторичными и создают на пойме единую водную сеть. В протоках самостоятельно развиваются различные формы русловых процессов. Пойма широкая, затапливается на большую глубину.



Рис. 36. Связь уровней воды (1) и отметок дна (2) р. Куры

а — на плесе; б — на перекате

При устройстве и эксплуатации водозаборов важно знать также локальные особенности перемещения нано­сов на плесах и перекатах при всех типах русловых про­цессов. При подъеме уровня воды в периоды паводков плесы обычно подвергаются размыву за счет более ин­тенсивного, чем на перекатах, возрастания скорости потока. На перекатах же, наоборот, происходит отложение наносов (рис.36), могущее достигать на крупных реках, например на Волге, Дону, Днепре, 5...6 м.

При всех типах руслового процесса в руслах рек об­разуются мелкие песчаные гряды — микроформы, при движении которых происходит периодическое изменение донного рельефа с активным перемещением наносов в придонном слое. Водозаборные сооружения, размещен­ные без учета этого, будут подвергаться отрицательному воздействию наносов: частичному или полному перекры­тию водоприемных отверстий отложениями, снижению пропускной способности самотечных или сифонных тру­бопроводов, накоплению наносов в береговых колодцах и т. д., что подтверждается приведенными ниже приме­рами.



Защитить оголовки на действующих водозаборах от воздействия наносов не менее сложно, чем от внутривод-ного льда. К тому же последствия от наносов оказыва­ются более продолжительными и тяжелыми: наносы от­лагаются в оголовках и самотечных линиях, береговых колодцах, камерах реакций и отстойниках водоочистных станций, вызывая осложнения в работе не только водо­заборов, а в целом головных сооружений водопроводов. Надежность защиты водозаборов от наносов достигается при комплексном решении задач на основе глубокого изучения особенностей поверхностных источников.

Примером неудачного расположения водозабора в отношении воздействия наносов может служить водоза­бор на р. Суре, построенный в 50-х годах. Еще до окон­чания строительства выявилась угрожающая подвижка вышерасположенного побочня, имеющего длину около 2,5 км. Из расчета размыва ухвостья побочня у водоза­бора были установлены хворостяные полузапруды, но это не дало ожидаемого эффекта. Затем в побочне была выполнена прорезь, которая быстро заносилась. На ос­нове моделирования была построена донная струенаправ-ляющая стенка (порог) в виде свайного ростверка высо­той 0,6 и длиной 40,8 м. Но только применение земснаря­дов позволяло поддерживать работу водозабора и то непродолжительный период. В последующем на этом во­дозаборе была построена струенаправляющая дамба, обеспечившая улучшение режима наносов у водоприем­ника. Однако в результате интенсивного размыва берега на вышерасноложенном участке в 1978 г. (рис. 37) и вызванного этим активного перемещения побочня на во­дозаборе вновь возникла аварийная ситуация и необхо­димость расчистки русла земснарядами. И только со строительством нового (приплотинного) водозабора обеспечена требуемая надежность забора воды.

Особенно интенсивное перемещение наносов в виде подводных гряд происходит в нижних бьефах плотин в результате изменения руслоформирующих процессов. Например, на Волге скорость движения песчаных гряд достигает 1...3 км в год, а протяженность участков с ак­тивным перемещением наносов 200 км.


Гряды крайне не­ равномерно распределяются по дну реки; наибольших размеров они достигают в местах сопряжения склонов побочней и осередков с плесовыми лощинами.

Отрицательное воздействие руслоформирующих про­цессов проявляется в отложении наносов у водоприем­ников, в повышении отметки дна реки у водоприемных окон до уровня порога и даже выше и вовлечении нано­сов внутрь водозаборных сооружений. Другим проявле­нием руслоформирующих процессов может быть размыв русла с подмывом водоприемников и самотечных линий, что бывает значительно реже.



Рис. 37. Размыв берега р. Сура у водозабора Пензы

По мере отложения наносов у водоприемных окон мо­гут образоваться воронки, по стенкам которых сползает песок. Равновесное состояние при этом легко нарушает­ся, и окна оказываются частично, а нередко и полностью завалены песком. Аналогичная ситуация была в 1977 г. на Чемском водозаборе из Новосибирского водохранили­ща. Первоочередной мерой обеспечения подачи воды при этом должна быть расчистка водоприемника с использо­ванием эжекторов и гидромониторов, которую выполня­ют водолазы. В последующем должна быть расчищена значительная часть акватории водозабора с помощью земснарядов, гидромониторных судов и др.

На ковшовых водозаборах старой конструкции большая часть наносов отлагается в периоды паводков во входной части ковша, в водоворотной зоне, образуя отмель. При спаде паводка отмель обнажается, высту­пает из воды и перекрывает (частично или полностью) вход в ковш, создавая аварийные ситуации, имевшие место на ковшах в Рубцовске, Искитиме, Барнауле и других городах. На рис. 38 показана универсальная пла­вучая машина УПМ-2 на разработке отмели в ковше на р. Алей.



Рис. 38. Расчистка входа в ковш на р. Алей с использованием универсальной плавучей машины УПМ-2

В усовершенствованных, самопромывающихся ков­шах А. С. Образовского, например, на р. Кубань в Армавире наносы размываются и удаляются речным потоком. Несвоевременная или неполная чистка ковша может повлечь дополнительные осложнения в период ледостава из-за перекрытия входа шуголедовой массой, что имело место ра одном из ковшей на Оби в Барнауле, где для расчистки входа в аварийной обстановке был применен взрывной метод с использованием накладных зарядов.


Наиболее характерными в отношении влияния наносов на работу оголовков являются водозаборы Канска, Томска, Тары, Хабаровска, Кирова, Волгограда и др.

При обследовании водолазами оголовка Канского водопровода выявлено, что примерно 50 % поверхности площади его водоприем­ных окон занесено песком, а самотечные линии подмыты на значи­тельной длине. В данном случае заносу оголовка благоприятствова­ло неудачное размещение его в русле — ниже острова по течению реки в зоне аккумуляции наносов. Работавший в аналогичных усло­виях оголовок водопровода Тары (р. Иртыш) неоднократно полно­стью заносился песком. Работа водозабора резко осложнилась со времени зарегулирования стока вышерасположенной плотиной ГЭС, изменившей гидрологический режим потока на выбранном участке реки. Дальнейшая эксплуатация этого оголовка стала невозможной.

Нарушение естественного гидрологического режима реки яви­лось также основной причиной осложнений в работе водозабора Томска. Выемка гравия в большом объеме для строительных целей из русла Томи ниже по течению от этого водозабора повлекла сни­жение уровня воды в реке на 1,4 м на участке расположения трех оголовков. Происходило ежегодное (последовательное) снижение уровней, что вызвало недопустимое уменьшение глубины речного потока у водозабора и вмерзание в ледяной покров одного из ого­ловков. В период весенней подвижки льда один конец этого оголов­ка был приподнят на 0,6 м и были сорваны верхние венцы ряжа. В летнюю межень верх оголовка стал обнажаться, у водоприемных окон образовывались водоворотные воронки, через которые подса­сывался воздух и происходил срыв вакуума насосов. Вызванные этим перебои в работе водозабора были устранены установкой над водоприемными окнами плавающих щитов.

Снижение уровней, вызвавшее увеличение скоростей потока у водозабора, повлекло также изменение режима наносов, в резуль­тате чего второй оголовок был полностью занесен песком и грави­ем. На первом и третьем оголовках происходили, кроме того, интен­сивный размыв грунта со стороны примыкания самотечных линий и отложение наносов у водоприемных окон, из-за этого самотечные линии на участке длиной до 20 м оказались подмытыми.


Потребо­ вались срочные меры по защите оголовков и самотечных линий от разрушения.

Ниже дан ряд примеров из опыта Сибирского управ­ления Росводоканалналадки (И. Д. Козлов, О. Н. Дег­тярев) по защите водозаборов от наносов.

Водозабор на Амуре представлен двумя рус­ловыми оголовками с вихревыми аванкамерами и пото­лочным приемом воды, двумя самотечными линиями, водоприемным колодцем, совмещенным с насосной стан­цией I подъема. От уреза воды при ГМВ оголовки уда­лены соответственно на 200 и 230 м и затоплены на 7...8 м. С самого начала эксплуатации они подвергались интенсивному воздействию наносов, так как, будучи рас­положенными ниже по течению устья протоки, они ока­зались вблизи ухвостья осередка в зоне интенсивных руслоформирующих процессов с грядовым движением наносов. К тому же, учитывая значительное содержание донных наносов в месте расположения оголовков, высо­та порога водоприемных окон (1,5 м) оказалась недоста­точной. Оголовки аналогичной конструкции, работающие в подобных условиях на Волге и Каме, имеют высоту порога 3...4 м и не испытывают таких осложнений отвоз-действия наносов.

Помимо затруднений на водозаборе песчаные нано­сы на Амуре резко увеличили износ насосов станции I подъема, ухудшили технологию осветления воды.



Рис. 39. Дополнительный оголовок на водозаборе из Амура

1 — самотечный трубопровод; 2 — оголовок; 3 — патрубок; 4 — опорная рама

Очистка сооружений от наносов потребовала больших трудозатрат, только из камер реакции и отстойников бы­ло удалено более 8 тыс. м3 песка. Замеры содержания наносов в речном потоке в створе водозабора и наблюде­ния за руслоформирующими процессами показали, что наиболее благоприятные условия в отношении наносов имеются в том же створе, но примерно на 100 м ближе к берегу.

В соответствии с техническими разработками Сибир­ского управления Росводоканалналадки Гипрокоммун-водоканалом в кратчайшие сроки был выполнен проект нового оголовка с расчетной производительностью 125 тыс.


м3/сут и площадью водоприемных окон 7,64 м2. Конструкция его (рис. 39), форма и размеры приняты исходя из следующих условий: простота изготовления, использование стандартных элементов, минимальное со­противление потоку, максимальное возвышение над дном реки. Оголовок был установлен в феврале 1977 г. со льда с помощью автокрана. На месте установки водолазами с помощью гидромониторов был разработан котлован, на вскрытом самотечном трубопроводе d=1400 мм выполнено отверстие размером 2X0,5 м, установлен патрубок, на котором смонтирован оголовок. Для увеличения жест­кости сделана опорная металлическая конструкция. После монтажа оголовка котлован был замыт местным грунтом, дно вокруг него укреплено каменной наброской, а отверстия действующего оголовка заглушены металли­ческими листами.

С подключением нового оголовка поступление нано­сов в водозаборные сооружения сократилось в 2,8 раза. Вместе с тем перемещение места отбора воды положи­тельно сказалось на фракционном составе отложений. Если раньше в наносах, отлагавшихся в водоочистных сооружениях, преобладали песчаные частицы d=0,25 мм, то после установки нового оголовка отложения в каме­рах реакции на 30...40 % состоят из илистых частиц, в отстойники же песчаные частицы не проникают совсем.

В последующем (1978 г.) такой же оголовок был ус­тановлен на второй самотечной линии, что позволило до­стичь требуемой надежности работы водозабора. Эконо­мическая эффективность от снижения затрат на очист­ку только отстойников и камер реакции составила 29,4 тыс. руб.

Водозабор на Вятке руслового типа с тремя водоприемными оголовками, как и на Амуре, оказался в мае 1976 г. (в период спада паводка) на грани останов­ки. Обильное вовлечение наносов привело к снижению пропускной способности самотечных линий, к прежде­временному износу запорной и регулирующей арматуры, насосов, отрицательно сказалось на работе очистных со­оружений и в конечном итоге привело к снижению про­изводительности водопровода.



На расстоянии 1200 м выше по течению от водозабо­ра сформировавшийся в русле Вятки песчаный осередок делит ее на два рукава. Ближе к водозабору русло рас­ширяется, достигая в его створе 240...260 м, скорость по­тока при ГМВ снижается до 0,3...0,5 м/с, происходит обильное выпадение наносов и уменьшение глубины по­тока в межень до критической. Построенные в 1975 г. у противоположного от водозабора берега четыре затап­ливаемые при паводках полузапруды позволили увели­чить глубину у оголовков, но одновременно активизиро­вали русловый процесс — перемещение песчаных наносов в виде гряд высотой 1,2...1,5 м. Вовлекаясь в водоприем­ные окна, наносы эти отлагались по всему водозаборному тракту и в количестве до 10 м3/сут проникали на во­доочистные сооружения.

Для ликвидации аварийной обстановки все три ого­ловка были реконструированы с переходом от бокового приема воды к потолочному. С этой целью перед водо­приемными отверстиями на всю высоту оголовка были установлены металлические короба из листового железа толщиной 3 мм, изогнутого в виде полуокружностей ра­диусом 1,5 м и усиленного ребрами жесткости. Крепле-лие коробов осуществлено к вбитым в дно реки сваям. Сверху короба оборудованы сороудерживающими ре­шетками с прозорами 50 мм, что обеспечивает скорость .входа воды в водоприемные отверстия 0,2. ..0,3 м/с. Уста­новке коробов предшествовали обследование оголовков водолазами, расчистка их от топляков и углубление дна у водоприемных окон струей гидромонитора. Благодаря такой реконструкции порог водоприемных окон был под-лят на 1,7 м и поступление наносов в оголовки прекра­тилось. Аналогичным образом ранее был реконструиро­ван один из водозаборов на Волге в системе волгоград­ского водопровода. В отличие от предыдущего здесь ко­роб выполнен в форме самого оголовка (но больших раз­меров) и затем надет на него. Изменяя порог водоприем­ника и осуществляя другие меры по защите водозаборов ют наносов в условиях грядового их движения, нужно учитывать параметры гряд, обеспечивая забор воды с минимальной мутностью (рис.40).


При этом результаты натурных измерений, производимых, как правило, в пе­риод летней межени, необходимо уточнять теоретически­ми расчетами также для других сезонов года.

Высоту гряд, м, установившегося профиля в межень определяют по формуле В. С. Кнороза



где Н — глубина потока на участке расположения водоприемника, м; vа — средняя скорость потока, м/с; vap — неразмывающая скорость, м/с, определяемая по формуле vap = l,3Vgdlg 14,7 H/d0,15 (g — ус­корение силы тяжести, м/с2; d — средний диаметр донных отложе­ний, м).

При H>1 м по формуле Б. Ф. Снищенко и 3. Д. Ко-палиани:



где Fr=va/VgH — число Фруда; онр — неразмывающая скорость по В. Н. Гончарову, м/с; vap = 3(Hd/d9Q% )0,2(d+0,0014)0,3.



Рис. 40. Изменение мутности воды некоторых рек Сибири (среднемесячные показатели)

При отсутствии необходимых для расчета данных вы­сота гряд может быть определена по приближенным за­висимостям Б. Ф. Снищенко при Н<1 м, hг = 0,25Я, при H> 1 м, hГ= (0,2...О,1)H. При прохождении половодья высота гряд h'r в полосе активного движения наносов увеличивается и достигает ориентировочно hг=2,5h'г.

Длина гряд 1Т, м, установившегося профиля в межень может определяться по формулам Б. Ф. Снищенко:



где С — коэффициент Шези, м0,5/с,

или для приближенных расчетов lГ=4,2H, а в поло­водье — lг = 2,5 lг.

Скорость смещения микроформ Сг, м/с, следует опре­делять по формуле Б. Ф. Снищенко и 3. Д. Копалиани

Сг = 0,019иарг3.

 

5. Повышение надежности работы водозаборов

Результаты обследования большого числа водозабо­ров свидетельствуют о том, что известные на практике методы и средства повышения надежности их работы ис­пользуются еще недостаточно полно, а задача эта решается нередко путем строительства новых водоприемных сооружении без достаточного на то основания

Водозаборы рассчитываются, как известно на эк­сплуатацию не только в обычных, но и в редко повторя­ющихся (экстремальных) условиях: при образовании заторов и зажоров, переформировании русла реки раз­витии зоо- и биопланктона, изменении гидрологического режима источника вследствие зарегулирования стока перераспределения его в многорукавном русле и т д Наконец, могут быть и скрытые на самих водозаборных сооружениях причины осложнений: неплотности во вса­сывающих трубопроводах, зарастание их внутренних по­верхностей и засорение, повреждение подводных соору­жении и коммуникаций и т.


д.

Указанные факторы нередко (особенно в суровых климатических условиях Сибири и Крайнего Севера) проявляются на одном и том же водозаборе в совокуп­ности: чаще всего (это снижение уровня, шуголедовые процессы и наносы) предельно осложняя отбор воды из источника Примером может служить водозабор на р. Правая Паужетка (п-в Камчатка), донный водоприем­ник которого после шугохода неоднократно оказывался закупоренным гравийно-галечниковой смесью

По методике А. С. Образовского еще на стадии изыс­кании и проектирования необходимо всесторонне оцени­вать условия забора воды (табл. 9), место расположения водозабора, характер источника, конструкцию водопри­емника и технологию отбора воды; давать прогноз воз­можных изменений режима реки на весь период работы водозабора, санитарных и других условий и на этой ос­нове выбирать технологическую схему водозабора 1таол. Ю). Схема а — секционированный водозабор устраиваемый в одном створе; схема б — секционирован­ный водозабор, устраиваемый в одном створе но при Двух и более водоприемниках, размещенных как отдель­ные сооружения или скомпонованные как водоприемник усовершенствованного комбинированного типа- схема в — водозабор, расчлененный на два узла, устроенных в Двух створах, удаленных на расстояние, исключающее возможность одновременного возникновения осложняю­щей обстановки.

Таблица 9. Условия забора воды из рек

Характе­ристика ус­ловий забора ВОДЫ	Показатели, характеризующие условия
наносы, устойчивость берегов и дна	шуга и лед	другие факторы
Легкие	Незначительное количество нано­сов; вполне устой­чивое ложе водое­ма	Слабое внутри-водное ледообра­зование. Ледостав умеренной (0,8 м) мощности, устой­чивый	Отсутствие в ис­точнике обраста-телей (ракушек, водорослей). Ма­лое количество за­грязнений и сора.
Средние	Взвешенные нано­сы с р=1,5 кг/м3 (средняя за паво­док) . Русло и бе­рега устойчивые с небольшими се­зонными дефор­мациями	Обильное внутри-водное ледообра­зование, прекра­щающееся с уста­новлением ледо­става, обычно без значительного шу-гозаполнения рус­ла и образования шугозажоров. Ле­достав обычно устойчивый, мощ­ностью <1,2 м, формирующийся с полыньями	Наличие сора, во­дорослей, обра-стателей в количе­ствах, не вызываю­щих существен­ных помех данно­му водопотреби-телю. Лесосплав, молевой и плота­ми. Судоходство
Тяже­лые	Взвешенные на­носы с р> 1,5 кг/м3. Русло подвижное с эпизодическими значительными пе­реформирования­ми берегов и дна, вызывающими из­менение отметок дна до 1...2 м	Неустойчивый ле­дяной покров с не­однократными шу-гоходами и значи­тельным шугоза-полнением русла при ледоставе, в отдельные годы с образованием шу­гозажоров и ледя­ных заторов. Уча­стки нижнего бье­фа ГЭС в зоне не­устойчивого ледо­става	То же, но в коли­чествах, сущест­венно затрудняю» щих работу водо­забора и сооруже­ний водопровода
Очень тяже­лые	Взвешенные нано­сы р>5 кг/м3. Русло неустойчи­вое, систематиче­ски и случайно из­меняющее плано­вые и высотные формы	Формирование ле­дяного покрова только при шуго-зажорах, вызы­вающих подпор; транзит шуги под ледяным покровом в течение большей части зимы. Воз­можность нале­дей и перемерза-ний русла. Ледо­ход с заторами и большими навала­ми льда на берега	—

Надо заметить, что данная методика рекомендуется для осредненных природных условий и в основном при­менительно к водозаборам средней производительности (1...6 м3/с). Следовательно, принятый по этой методике тип водозабора меньшей производительности будет иметь более высокую степень надежности, а большей произво­дительности, наоборот, меньшую надежность. Очевидно, в последнем случае должны предусматриваться допол­нительные эксплуатационные меры по повышению на­дежности работы водозабора.

Наряду с правильным выбором типа водоприемника надежность работы водозабора обеспечивается также секционированием отдельных элементов: водоприемни­ков, самотечных и сифонных подводящих трубопроводов, приемных и всасывающих камер береговых колодцев. Секционирование является обязательным для водозабо­ров I и II категорий надежности подачи воды.

Всесторонняя оценка условий позволяет еще на ста­дии проектирования обоснованно принять степень надеж­ности забора воды:

Степень надежности Режим отбора забора воды

I........ Бесперебойный отбор расчетного расхода воды

II........ Отбор расчетного расхода с возможностью кратковременных перерывов или временно­го снижения

III........ Отбор расчетного расхода с возможностью прекращения подачи воды до суток

В определяющей степени все это должно быть подчи­нено обеспечению требуемой надежности подачи воды:

Категория надежно-          Режим подачи

сти подачи воды

I....... Допустимо снижение подачи не более 30 %

расчетного расхода в течение до 3 сут, пе­рерыв в подаче или снижение ниже указан­ного предела до 10 мин.

II.......Допустимо снижение подачи не более 30 %

до 15 сут, перерыв в подаче или снижение­ниже указанного предела до 6 ч

III....... Допустимо снижение подачи не более 30 %

до 15 сут, перерыв в подаче или снижение ниже указанного предела до суток.

Таблица 10. Надежность работы водозаборов из поверхностных источников

Степень надеж­ности забора воды	Типы водоприемных устройств	Категории надежности подачи воды в условиях
легких	средних	1 тяжелых
Схемы водозабора
а	6	в	а	б	в	а	б
I	Береговые незатапли­ваемые водоприемники с водоприемными отвер­стиями, всегда доступны­ми для обслуживания, с необходимыми ограж­дающими и вспомога­тельными сооружениями и устройствами	I			I			II	I	I
II	Затопленные водопри­емники всех типов, уда­ленные от берега, прак­тически недоступные в отдельные периоды года	I	—	—	II	I	—	III	II	I
III	Нестационарные водо­приемные устройства: плавучие фуникулерные	II	I		III	III	II-
III	II	—	—	—	—	—	—	—

Проверку соответствия водозаборов требуемой кате­ гории надежности подачи воды следует производить по табл. 10.

Для надежности отбора воды важное значение имеет исполнение затопленных (подводных) сооружений водо­забора в строгом соответствии с нормативами строитель­ства: возвышение низа водоприемных отверстий должно-быть не менее 0,5 м над дном реки, расположение верха оголовков не менее 0,2 м ниже уровня ледостава, заглуб­ление самотечных и сифонных линий в дно реки и т. д.

Реальные природно-климатические и другие условия» нередко бывают сложнее тех схематизированных, кото­рые рассматриваются на стадии проектирования, вследствие чего даже на обоснованно выбранном типе водозабора полностью не исключаются аварийные ситуа­ции.

Из практики эксплуатации водозаборов на меандри-рующих и многорукавных реках известно немало приме­ров, когда из-за отторжения (частичного или полного) излучин и проток нарушается режим работы водоприем­ных устройств. Такие случаи чаще встречаются на малых и средних реках (например, Алей), но известны и на крупных (Иртыш, Лена и др.), где этому иногда способ-ствуют русловыправительные мероприятия, осуществля­емые в интересах судоходства. В 1975 — 1978 гг. при рас­чистке одной из проток Иртыша и перемещения в нее судового хода протока, используемая для водоснабжения, стала мелеть, быстро заноситься наносами и водозабор оказался отрезанным от основного русла реки. В резуль­тате земснарядами пришлось разрабатывать подводящий канал.

Ю. С. Демьяненко описывает случай, когда на вновь построенном водозаборе создалась угрожающая ситуа­ция из-за интенсивного размыва и спрямления русла ре­ки (рис. 41). Частичное, а затем и полное отторжение вышерасположенной излучины интенсифицировало раз­мыв берега и создало условия для разрушения перешей­ка основной излучины, на которой размещен водозабор.



Рис. 41. Водозаборы на меандриру-ющей реке

1 — действующий водозабор; 2 — участок интенсивного размыва бе­рега; 3 — спрямляющий канал; 4 — отторгнутая излучина; 5 — проек­тируемый водозабор



По мере отторжения из­лучины скорость потока в ней уменьшалась, изме­нился гидрологический режим, происходило ин­тенсивное осаждение на­носов, и, наконец, излучи­на превратилась в стари­цу. Тенденция к этому же создалась и на основ­ной излучине. В ка­честве профилактичес­ ких мер по обеспечению работы водозабора было рассмотрено два варианта: укрепление берега на пере­шейке основной излучины и спрямление русла путем строительства канала через перешеек смежной излучины. Оба варианта давали лишь временное улучшение усло­вий забора воды с неизбежными большими эксплуатаци­онными затратами по поддержанию режима источника в последующем. В конечном итоге было признано целесо­образным построить новый водозабор у коренного берега на вышележащем устойчивом участке реки. К тому же этот участок, хотя и более сложный для строительства, был менее отдален от водопотребителей. Очевидно, та­кое расположение водозабора при первоначальном вы­боре места для него позволило бы существенно снизить стоимость водопровода.

В последние годы все чаще приходится решать задачи повышения надежности работы водозаборов при сниже­нии уровня воды в источнике, вызванном углублением его русла в связи с добычей песчано-гравийных строи­тельных материалов. Выемка грунта из русел рек (на­пример, Оки, Оби, Томи и др.) для строительных целей достигает иногда таких размеров, что уровень воды сни­жается на 2 м и более. Характерными в этом отношении можно считать водозаборы на Томи и Оби. Русло реки на одном из водозаборов из Оби для Новосибирска врезается до коренных пород, скорость руслового потока во время ледостава 0,9...1 м/с. До зарегулирования реки продолжительность периода формирования ледяного по­крова составляла 5...16 сут, после зарегулирования — 35 сут. Формирование устойчивого ледяного покрова за­канчивается к 5...10 декабря, но вскоре у водозабора вновь образуется полынья. Работа водозабора в шуголе-довые периоды стала все более и более осложняться.


Одной из главных причин этого явилось чрезмерное сни­жение ГНВ в предледоставный период, когда слой воды над верхом оголовка составлял всего 0,75...! м и плыву­щая шуга слоем толщиной 1,5...2 вовлекалась в водопри­емные окна. Снижение ГНВ ниже расчетного, как пока­зали наблюдения, является следствием размыва русла реки в нижнем бьефе ГЭС и отбора большого количест­ва грунта без учета условий работы водозабора. С 1960 по 1975 г. отбор грунта из русла Оби для строительных целей составил около 20 млн. м3, в результате чего на участке расположения водозабора ГНВ при шугоходе через 18 лет (1957 — 1975 гг.) оказался ниже проектного на 0,7 м. Этому способствовала также барьерная роль плотины ГЭС, уменьшившей поступление наносов в ниж­ний бьеф: до строительства ГЭС твердый сток у Новоси­бирска составлял 6,5 млн. м3/год, а к 1975 г. снизился до 4,5 млн. м3/год.

Для поддержания требуемого уровня (1,4 м над вер­хом оголовка), при котором уменьшается воздействие шуги на работу водозабора, осуществляется непроизво­дительный сброс воды на ГЭС, что ведет к преждевре­менной сработке водохранилища. Следовательно, при проектировании водозаборов на зарегулированных участ­ках рек надо учитывать возможную посадку уровней во­ды не только за счет изменения режима сброса и размыва русла, но и за счет возможного расширения масшта­бов отбора грунта из реки. Разумеется, необходимо упо­рядочить также отбор грунта в зоне наибольших русло­вых переформирований с учетом нужд всех водопользо­вателей.

 

6. Повышение устойчивости работы насосных станций I подъема

Условия работы насосных станций на водозаборах (станции I подъема) сложнее, чем станций на очистных сооружениях, сетях и др., где воду забирают из промежуточных емкостей. Резкие колебания уровня воды в источнике (особенно в нижних бьефах ГЭС), увеличение сопротивления в решетках из-за их засорения или обле­денения, снижение пропускной способности подводящих трубопроводов — все это сопровождается снижением уровня воды в водоприемном колодце и, следовательно, увеличением высоты всасывания насосов.


Очень часто это приводит к срыву вакуума насосов, их остановке и перерывам в подаче воды. Чтобы избежать этого, в про­ектах все чаще применяют насосные станции I подъема с расположением насосов под заливом, что влечет за собой дополнительные капиталовложения.



Рис. 42. Схемы аварийного переключения коммуникаций и дополнительного оборудования водозаборов

1 — водоприемная камера; 2 — камера всасывания; 3 — плавающий щит; 4 — напорный трубопровод к эжектору; 5 — дополнительный всасывающий трубо­провод; 6 — вакуум-котел; 7 — сифонный трубопровод; 8 — герметичное пере­крытие; 9 — вакуум-насос

Как известно, предельная вакуумметрическая высота всасывания (6...7 м вод. ст.) обеспечивается лишь в не­которых конструкциях центробежных насосов. Большин­ство же из них имеет значительно меньшую высоту вса­сывания; с превышением ее происходят не-только срывы в работе насосов, но и возникает кавитация, сопровож­дающаяся ухудшением показателей работы насосов и разрушением отдельных их деталей.

Практикой эксплуатации проверен ряд методов и средств повышения устойчивости работы насосов при увеличении высоты всасывания (рис. 42): установка ва­куум-котлов, погружных насосов, оборудование всасыва­ющих раструбов диафрагмами и плавающими щитами; соединение всасывающих трубопроводов насосов с само­течными линиями; оборудование всасывающих патруб­ков эжекторами; вакуумирование камер всасывания в береговых колодцах.

Вакуум-котлы обеспечивают удаление воздуха, выде­ляющегося из воды во всасывающей системе трубопро­водов, и тем самым предотвращают срыв работы насосов. Установка вакуум-котлов целесообразна на подво­дящих сифонных трубопроводах, а также на всасываю­щих трубопроводах большой протяженности (особенно при раздельно расположенных насосной станции I подъ­ема и берегового колодца) и прежде всего, когда всасы­вающие трубопроводы уложены выше оси насоса. При­менительно к вновь проектируемым водозаборам уста­новка вакуум-котла позволяет уменьшить заглубление сифонных и всасывающих трубопроводов и тем самым снизить стоимость их строительства.



На действующих водозаборах горизонтальные насо­ сы заменяют погружными, когда другие методы и сред­ства обеспечения устойчивости работы насосных станций оказываются неэффективными. Устанавливают погруж­ные насосы непосредственно в камеры всасывания; осо­бенно они применимы при реконструкции водозаборов. На вновь проектируемых водозаборах, как уже отмеча­лось, погружные насосы применяют в условиях большой амплитуды колебания уровня воды в источнике (напри­мер, на водохранилищах), когда возникает необходи­мость заглубления берегового колодца до 20 м и более. Установка погружных насосов позволяет в данном слу­чае уменьшить размеры насосной станции и тем самым сократить капиталовложения.

Дополнительные переключения в коммуникациях во­дозаборов (например, соединение всасывающих трубо­проводов насосов с самотечными линиями) рассматрива­ют иногда не только как противоаварийное мероприятие, но и как средство увеличения производительности водо­заборов при благоприятных условиях. Расчет водозабо­ров ведется на экстремальные условия, однако в отдель­ные периоды, например устойчивого ледостава, условия забора воды существенно облегчаются, что позволяет вре­менно осуществлять забор воды в форсированном ре­жиме.

Одним из способов повышения устойчивости работы водозаборов в условиях чрезмерного снижения уровня во­ды в источнике (в водоприемном колодце) является уве­личение вакуумметрической высоты всасывания насосов, в частности, за счет создания высоконапорной струи воды во всасывающем трубопроводе насоса. На основе специ­альных исследований, выполненных во ВНИИ ВОДГЕО В. Ф. Тольцманом, изучены гидравлические явления и установлены закономерности взаимодействия основного потока всасывания и потока струи, которая создается соплом, устанавливаемым во всасывающем трубопрово­де. Для получения положительного эффекта сопло надо устанавливать на расстоянии от насоса не менее пяти диаметров трубопровода.

Увеличение допустимой высоты всасывания насосов рекомендуется при этом определять по формуле ДЯ-=C(dc/D)m(va/2g),



где опытный коэффициент С = 4,07, показатель степени m = 7/3; dc — диаметр сопла, мм; v — скорость потока струи на выходе из соп­ла, м/с; D — диаметр всасывающего трубопровода, мм; g — ускоре­ние силы тяжести.

Для практических целей ДЯ удобнее определять с помощью номограммы (рис. 43). Допустим, требуется увеличить высоту всасывания на водозаборе . на 2 м (ДЯ=2 м) при диаметре всасывающего трубопровода D = 500 мм и напоре насоса (напоре истечения струи) H = v2/2g=70 м. Соединив на номограмме соответству­ющие точки шкал и продолжив линию до пересечения с третьей шкалой, получим dc/D = 0,12 и, следовательно, dc = 0,12 D = 60 мм. Описанный метод увеличения высо­ты всасывания рекомендуется применять не только для действующих, но в некоторых случаях и для вновь про­ектируемых водозаборов, так как он позволяет умень­шить заглубление насосных станций I подъема и тем са­мым снизить их стоимость.



Рис. 43. Номограмма для определе­ния увеличения высоты всасывания насосов

В периоды низких (критических) уровней воды в ис­точнике, а следовательно, и в береговом колодце работа насосов может нарушаться также по причине малого за­паса воды во всасывающих камерах, что приводит к под­сосу воздуха. Чтобы избежать этого, при устройстве бе­регового колодца должна быть обеспечена конструктивно-технологическая связь параметров водозабора по зависимости Wi/qi> 30...35 (где Wi — объ­ем воды во всасывающей камере, м3; qi — расход воды, откачиваемой из этой камеры, м3/с). С этой же целью водо­приемные отверстия вса­сывающих труб необходи­мо заглублять не менее чем на h, м:

h > 8,5qi/(0,785Dк),

где DK — диаметр колодца, эквивалентного по площади всасываю­щей камере, м.

Кроме того, должно обеспечиваться условие h>2D. Во избежание подсоса отлагающихся в береговом колод­це наносов низ раструба должен быть расположен на расстоянии не менее 0,5 D от дна колодца.

На действующих водозаборах при нарушении устой­чивости работы насосов по причине подсоса воздуха де­лают диафрагмы на раструбах всасывающих труб или плавающие щиты, препятствующие образованию воздуш­ных воронок и срыву вакуума.


Диафрагмы обычно дела­ют из листовой стали и приваривают к раструбам, а пла­вающие щиты — из досок, сколоченных в обхват верти­ кальных стояков всасывающих трубопроводов. При этом щиты могут перемещаться только по вертикали.

Повышение устойчивости работы насосных станций I подъема путем вакуумирования береговых колодцев заключается в их герметизации (прежде всего перекры­тия) и дополнительном оборудовании вакуум-установка­ми (рис. 42г). Для этой цели могут быть использованы вакуум-насосы ВВП-12 или РМК-3 (один рабочий, вто рой резервный). При любых габаритах современных бе­реговых колодцев потребная величина вакуума в них мо­жет быть достигнута в течение 5... 10 мин. Уровень воды в колодце регулируют впуском воздуха под перекрытие, для чего на всасывающем трубопроводе вакуум-насосов устанавливают специальный патрубок. Кроме повышения устойчивости работы насосов вакуумирование водозабор­ных колодцев позволяет повысить их производительность. Расход (м3/ч) в условиях вакуумирования можно оп­ределять по формуле



где F — площадь самотечного трубопровода, м2; Aft — перепад в уровнях воды в водоеме и приемной части колодца при отсутствии в нем вакуума, м вод. ст.; hвак — величина вакуума, м вод. ст.; £сист — коэффициент сопротивления системы, EСист=Лl/D+S£ (Л, — коэффициент трения движения воды в трубопроводе; l — длина тру­бопровода, м; D — диаметр трубопровода, м; S£ — сумма коэффи­циентов сопротивления, учитывающая местные сопротивления).

В 1982 — 1983 гг. по предложению В. В. Балыгина, В. И. Соловьева и И. Г. Котова данный способ был при­менен на одном из водозаборов Новосибирска, что обес­печило устойчивую его работу при критическом уровне воды в реке и благодаря этому намного уменьшило не­производительный сброс воды из водохранилища ГЭС. Ранее этот способ был внедрен на инфильтрационных шахтных колодцах в Красноярске и позволил существен­но увеличить их производительность (исследования Ю.


В. Якунина).

ГЛАВА IV. ШУГОЛЕДОВЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАБОТУ ВОДОЗАБОРОВ И БОРЬБА С НИМИ

1. Эксплуатация водозаборов в условиях промерзания рек



Рис. 44. Шугоход и забереги на Оби

В суровых климатических условиях эксплуатация во­дозаборов осложняется, так как сток малых рек изменя­ется из-за их частичного или полного перемерзания. Ха­рактерной особенностью рек Сибири и Крайнего Севера является неравномерное распределение их стока: напри­мер, более 60 % стока рек Нижняя Тунгуска, Курейка, Турухан приходится на 1...2 мес. Максимальный расход весеннего паводка р. Норилка более 4 тыс. м3/с, в то время как ее минимальный зимний расход — 19,3 м3/с. Амплитуда колебания уровня достигает 11 м (Иртыш у Тобольска) и даже 21 м (Енисей у Игарки). Интенсив­ный шугоход (рис. 44) и весенний ледоход, зажоры с подъемами уровня воды, торосистый ледостав, большая толщина ледяного покрова (до 2 м- и более), полное перемерзанне малых рек — все это существенно отличает реки Севера от рек средней полосы и налагает дополни­тельные требования к устройству и эксплуатации водоза­боров на них. К тому же на многих северных реках осу­ществляются интенсивное судоходство и лесосплав. При всем этом мутность воды в них, как правило, невелика (10...15 мг/л), лишь,в паводки она достигает 50...70 мг/л и позволяет применять упрощенную технологию ее очи­стки, в том числе непосредственно на водозаборах, что для условий Севера имеет очень важное значение. Одна­ко интенсивное хозяйственное освоение новых районов Сибири и Крайнего Севера нередко влечет ухудшение са­нитарного состояния источников, поэтому здесь особое значение имеет реализация водоохранных мер. Отбор во­ды из малых поверхностных источников при недостаточ­ном и неравномерном стоке (особенно в условиях Сибири)] нередко связан с трудностями. Известно, что надеж­ность работы водозаборов в таких случаях обеспечива­ется за счет регулирования (сезонного или многолетнего) речного стока и поддержания необходимых глубин в местах расположения водоприемных устройств.


Для этого в последние годы построены плотины на реках Алей, Яя, Кара-Чумыш и др. бассейна Оби. Опыт эксплуатации во­дозаборов показывает, что осложнения в их работе воз­можны даже в условиях регулирования стока и обуслов­ливаются они непредвиденными изменениями режима источника (например, водозаборы городов Рубцовска, Прокопьевска, Салаира, водозаборы горнорудных пред­приятий горного Алтая и горной Шорни). Причиной ос­ложнений явилось чрезмерное снижение стока рек зимой из-за суровых климатических условий и редко повторя­ющихся сочетаний погодных факторов: низкие темпера­туры, продолжительный период при малом снеговом по­крове, запоздалое снеготаяние весной, недостаточное выпадение осадков в осенне-летний период, сопровождаю­щееся сокращением грунтового питания рек. В этих ус­ловиях становится особенно необходимым проведение на малых открытых водотоках — источниках водоснабжения специальных мероприятий по поддержанию минимально­го стока, а также применение водозаборов с повышенной маневренностью. Расширяется строительство открытых водозаборов на Крайнем Севере, на реках Енисей, Лена, Алдан, Колыма, Анадырь, Большой Анюй и др. В одной лишь Магаданской области, по данным Б. Т. Суворова, к 1970 г. было построено около 60 водозаборов из неза­регулированных источников, 14 водозаборов с регулиро­ванием стока русловыми или прибрежными водохрани­лищами (копанями).

Только крупные реки на Севере (с водосборной пло­щадью свыше 6 тыс. км2) не промерзают. Большинство же малых и средних рек полностью перемерзает, за ис­ключением тех, которые питаются межмерзлотными под­земными водами, имеющими устойчивую положительную температуру. Промерзание рек, колебания уровней, неус­тойчивый сток отрицательно сказываются на работе во­дозаборов. Но даже при перемерзании малые реки, на­пример Среднекан, Сусуман, Омсукчан и др., сохраняют подрусловый сток если не на всем протяжении, то на от­дельных участках, а также под островами, сложенными аллювием, и пойменными террасами.


В этих условиях подрусловый сток приобретает важную роль в водоснаб­жении, и, следовательно, он должен быть изучен, как и поверхностный, на стадии обоснования строительства водозабора. Для задержания подрусловых вод в комплексе водозаборов (открытых или инфильтрационных) строят барражи.

В аварийных ситуациях, связанных с перемерзанием реки, для обеспечения более полного захвата подрусло­вых вод рекомендуется устраивать мерзлотные пояса ни­же по течению от водозабора. Мерзлотный пояс созда­ется периодическим снятием снегового покрова на поло­се шириной 5...10 м, пересекающей подземный поток на всей ширине долины. На таких реках часто приходится иметь дело также с наледями, которые осложняют ра­боту водозаборов, а нередко приводят к их полной оста­новке. Наледи на реках образуются там, где в холодное время года в результате промерзания возникаю! препят­ствия потоку поверхностных или подрусловых вод. На реках с естественным (ненарушенным) стоком наледи обычно образуются ежегодно в одних и тех же местах: у перекатов, порогов, на расширенных участках речной долины, где имеется наибольшая поверхность охлажде­ния, быстрее промерзает живое сечение потока и возни­кают преграды на его пути. Процесс образования нале­дей активизируется на участках речной долины, где от­сутствует растительность, способствующая задержанию снега.

Постройка водозабора и других сооружений на малых реках существенно изменяет режим поверхностных и подрусловых вод, условия снегозадержания и др. Недо­оценка этого фактора может привести к непредвиденным осложнениям в работе водозаборов.

Процесс образования наледей может быть многократ­но интенсифицирован, если наряду с водозабором на данном участке реки будут построены дорожные перехо­ды, зимние ледяные переправы, ограждающие насыпи, а также вестись разработки грунта в русле, на пойме и т.д. Для водоснабжения опасны наледи и в верхнем те­чении малых рек, так как они нарушают сток реки и при­водят к сокращению подаваемого расхода даже при ис­правном водозаборе.



Образование наледей начинается обычно в октябре — декабре и продолжается нередко до марта — апреля; их толщина часто достигает 3...4 м, и они могут разрушаю­ще воздействовать на водозаборы. На водозаборах борь­ба с наледями ведется для обеспечения пропуска воды к водоприемным сооружениям, в то время как в других случаях (на мостах, промплощадках и т.д.) воду можно, наоборот, отвести от сооружений и тем самым решить за­дачу. Пропуск воды к сооружениям особенно важен на зарегулированных реках, когда из-за нарушения режи­ма источников нарушается приток в водохранилища. Способы борьбы с наледями разделяются на пассивные и активные. Пассивные способы не устраняют причин об­разования наледей, а лишь направлены на ликвидацию их воздействия: окалывание льда у водозабора, устрой­ство прорезей в ледяном покрове реки и др. Активные способы направлены на устранение самих причин обра­зования наледей: утепление водотока, расчистка, углуб­ление перекатов, спрямление русла (рис. 45).

Описанный Н. Д. Гусевым многолетний опыт эксплу­атации водозаборов из маловодных источников в усло­виях перемерзания поверхностного стока и образования наледей накоплен на водопроводе пос. Баренцбург на о-ве Шпицберген. На ранее действовавшем здесь водоза­боре русло ручья ежегодно углубляли бульдозером и спе­циальным плугом, закрывали щитами и засыпали снегом, а поверхностный сток увеличивали подпиткой из выше­расположенного озера. Большим достижением в практи­ке водоснабжения на Крайнем Севере за последние го­ды является строительство трестом Арктикуголь нового водопровода в пос. Баренцбург. Затопленный водопри­емник с береговой насосной станцией на оз. Стеммеван, а также резервный водозабор из ручья ледникового пи­тания обеспечили устойчивую подачу воды потребителям. Применение здесь аккумулирующей копани вместимо­стью 60 тыс. м3 воды не дало положительного результа­та, так как копань была выполнена в трещиноватых по­родах и до 80 % воды терялось на инфильтрацию.


Оче­видно, в таких условиях должны быть тщательно выполнены противофильтрационные мероприятия.



Рис. 45. Противоналедные устройства на малых реках

1 — снег; 2 — лед; 3 — утепляющий слой (ветви хвойных деревьев, мох, торф. хворост и др.): 4 — настил; 5 — воздушная прослойка; 6 — легкие сваи (колья); 7 — деревянный щит, уложенный на продольные валики из льда и снега: S — промораживаемая часть русла; 9 — утепление русла по одной из схем о — о и берегов; 10 — выравнивание и утепление русла по одной из схем 6 — ж; 11 наледь до проведения противоналедных мероприятий; 12 — возможное положе­ние наледи в итоге проведения противоналедных мероприятий; 13 — направ­ляющие валы для регулирования зимнего стока

Характерные осложнения претерпели и испытывают также водозаборы на реках Кара-Чумыш и Алей.

Водозабор на Кара-Чумыше — берегового типа, расположен в 50 м от плотины. Вместимость водохранилища первоначально была равна 5,5 млн. м3, а отбор воды в первый год эксплуатации водо­забора составлял 0,4 м3/с. Среднегодовой сток Кара-Чумыша в створе расположения водозабора равен 4,55 м3/с, минимальный зимний — 0,17 м3/с. Река имеет горный характер и большое число порогов и перекатов. Расстояние от плотины до истоков составляет 70 км. Ледостав происходит в первой декаде ноября, ледоход — в последней пятидневке апреля.

В течение 10 лет эксплуатации водозабора отбор воды из во­дохранилища ежегодно увеличивался и возрос в 2,7 раза по сравнению с первоначальным. Однако существенных осложнений в ра­боте водозабора в этот период не наблюдалось. Наполнение водо­хранилища в период весенних паводков до уровня на 0,5 м выше нормального подпертого горизонта (НПГ) и регулирование сброса воды в нижний бьеф обеспечивали устойчивую производительность водозабора. Пониженный (в сравнении с предыдущими годами) по­верхностный сток реки в бездождливую осень 1966 г. при сохранении достигнутого к этому времени отбора воды обусловил существенное снижение уровня в водохранилище уже в начале сентября.


В по­следующем, особенно после ледостава, это снижение достигло уг­рожающих размеров из-за недостаточного подземного питания реки и вызванного этим сокращения притока воды в водохранилище, который к середине января 1967 г. составил 0,14 м3/с. В результате производительность водозабора была снижена на 20 %, что вызва­ло большие затруднения в водоснабжении.

Для выявления дополнительных причин снижения стока провели обследование Кара-Чумыша и его притоков выше по течению от плотины, при котором были обнаружены большие провалы льда в верховьях водохранилища, а выше по течению реки — многочислен­ные наледи и полное перемерзание речного потока на перекатах, чему благоприятствовала малоснежная зима. К началу весеннего паводка общее снижение уровня воды в водохранилище составило 2,8 м при средней его глубине 3,75 м. Увеличить производительность водозабора до паводка не удалось, и лишь завершение строитель­ства новой плотины, увеличившей объем водохранилища в 10 раз, обеспечило надежную работу водозабора в последующие годы.

Водозабор на реке Алей (рис. 46) совмещен с водоподъемной плотиной, обеспечивающей лишь увеличение глубины воды у водо­приемника без регулирования стока. Комплекс сооружений водоза­бора (без буферного водохранилища) введен в действие в 1966 г.. и до 1969 г. перебоев в работе водозабора не возникало. Река Ален на выбранном участке имеет характер равнинных рек с многочис­ленными меандрами, берега ее неустойчивые, легкоразмываемые. Русло сложено песчано-гравийными отложениями, в которых фор­мируется подрусловьш сток (мощность отложений составляет 6...Юм). Подрусловые воды Алея в хозяйственно-питьевом водоснаб­жении используются крайне недостаточно. Средний многолетний ми­нимальный сток в данном створе составляет 2,06 м3/с, а в отдель­ные голы он снижался к концу зимы до 0,5 м3/с. Небывалое сни­жение стока, сопровождающееся нарушением режима работы водо­заборов, было зимой 1968/69 гг. Засушливое лето 1968 г.


и суровая зима 1969 г. с ранними морозами и устойчивой температурой — 40... — 45°С вызвали сокращение поверхностного и подруслового пита­ния реки. Температура воздуха была ниже средней многолетней в ноябре 1968 г. на 4°С, в декабре — на 7 °С, в январе 1969 г. — на 14°С. Расход воды в Алее к концу января снизился до 0,9 м3/с, а производительность водозабора уменьшилась в связи с этим на 25 %.



Рис. 46. Приплотинный водозабор на р. Алей с буферным водохранилищем

1 — водоподъемная плотина; 2 — насосная станция I подъема; 3 — спрямляю­щий канал; 4 — напорно-самотечные водоводы; 5 — распределительная камера; 6 — оголовок; 7 — буферное водохранилище; 8 — обводной канал; 9 — русловы-правительные сооружения; 10 — ковшовый водозабор

В середине февраля было произведено обследование участка реки протяженностью около 30 км выше водозабора. Замеры стока в двух створах, отстоящих один от другого на 28 км, показали, что расход в первом (вышерасположенном по течению) створе равен 0,97 м3/с, а во втором (у водозабора) — 0,35 м3/с. Уменьшение рас­хода воды по течению реки и отсутствие других водозаборов на участке между выбранными створами свидетельствовали о наличии потерь воды. Детальное обследование этого участка с бурением льда позволило выявить отсутствие в отдельных местах воды подо льдом в русле и большие масштабы наледеобразований. Толщина коренного льда достигала 1,3 м, а наледей на отдельных участках — более 2 м. На плесах глубина воды подо льдом достигала 2 м, в то время как на перекатах наблюдалось полное перемерзание потока. Ледяной покров состоял из нескольких слоев. Ранее такого промер­зания на данном участке Алея не наблюдалось.

На протяжении 17 км вверх по течению от водозабора явных потерь воды не было выявлено. Далее на участке 17...26 км почти сплошь распространялись наледи с выходом воды на пойму. Этот участок и являлся основным очагом потерь воды из реки. Из прору­бей, пробуренных во льду выше участка, вода с напором выходила на поверхность.


Бурение льда позволило установить, кроме того, что наряду с потерями воды на ледообразование имеют место также по­тери на насыщение снега на урезе воды в реке.



Рис. 47. Поперечный разрез русла р. Алей на участке подпора

1 — лед; 2 — снеговой покров; 3 — выходы воды на поверхность

Из-за обильных снегопадов при первых заморозках осенью от­ложившаяся по берегам толща снега предотвратила дальнейшее намораживание льда у берегов. Промеры показали, что на некото­рых участках реки толща льда от середины русла к берегам сущест­венно уменьшается, а непосредст­венно на урезе ледяной покров от­сутствует (рис. 47) и снег насыщен водой. На участках выше перекатов такому насыщению спо­собствовало возникновение напора воды подо льдом вследствие пере-мерзания и вызванного этим пе­рекрытия русла реки. Увеличение притока воды к водозабору было достигнуто устройством прорезей во льду на всю ширину реки, ко­торые позволили перехватить наледный поток и ввести его в основ­ное русло, предотвратив тем самым дальнейший рост наледей. Осо­бенно эффективно было устройство прорези у верхнего переката на обследованном участке, где она обеспечила увеличение расхода во­ды в реке у водозабора до 0,7...0,8 м3/с.

Анализ выполненных мероприятий показывает, что борьба с наледями путем устройства только поперечных прорезей эффективна в условиях, когда наледи формируются в пределах основного русла реки. Когда же наледи выходят на пойму, надо дополнительно вы­полнять продольные прорези с расчисткой дна на перекатах. Для предотвращения повторных осложнений прорези следует утеплять снегом.

Улучшение водоснабжения в подобных случаях; мо­жет быть достигнуто наряду с увеличением поверхност­ного стока реки также за счет использования подрусловых вод. Этому благоприятствует то, что режим подрус­ловых вод в значительно меньшей степени, чем поверх­ностных, подвержен влиянию шуголедовых факторов. Для совместного отбора поверхностных и подрусловых вод целесообразно применять комбинированные водоза­боры [29].



 

2. Характерные ситуации и шуголедовые осложнения на водозаборах

Шуголедовые явления на реках по-прежнему созда­ют наиболее серьезные затруднения в работе водозабо­ров, сопровождающиеся иногда полным прекращением подачи воды потребителям. Отрицательному влиянию подвержены водозаборы как в северных, так и в южных районах нашей страны. В последние годы по этой при­чине были крупные осложнения на водозаборах ряда го­родов, сопровождавшиеся перебоями в водоснабжении.

Это подтверждает, что шуголедовые осложнения обусловливаются в меньшей мере географическим поло­жением водозаборов и в большей — природно-климати­ческими особенностями местности. Вопросы шугообразо-вания и воздействия шуги на работу водозаборов изуче­ны достаточно глубоко, поэтому здесь не рассматривают­ся теоретические аспекты проблемы, а главное внимание уделено натурным факторам и методам защиты водоза­боров от шугольда.

Степень влияния шуги не остается постоянной, а из­меняется из года в год и иногда проявляется совершен­но неожиданно.

Так, в 1970 г. на Новосибирском водопроводе водоприемник в ковше оказался полностью забитым шугой. При длине ковша более 900 м, наличии шугоотбойных шпор и расположении входа в ковш под оптимальным углом к речному потоку такое явление трудно было предвидеть. Решающим фактором в данном случае оказалось ветровое воздействие. При определенном направлении ветров до на­ступления ледостава шуга нагоняется в ковш, к тому же в самом ковше вода интенсивно переохлаждается и шуголедовая масса пол­ностью забивает живое сечение потока.

Нередко отрицательное влияние шуги является след­ствием нарушения естественного теплового режима рек. Такое влияние испытывают водозаборы на участках ни­же плотин ГЭС (Новосибирск, Волгоград, Лениногорск), ниже сбросов отработанных теплых вод (Новокузнецк). На водозаборе Ростова в 1972 г. интенсивный шугоход в марте был вызван преднамеренным нарушением ледо­вого покрова на Дону с целью ускорения судоходства.


Последующее неожиданное похолодание повлекло пере­охлаждение воды с характерными для таких случаев по­следствиями.

Отрицательное воздействие шуголедовых факторов на работу водозаборов сопутствует развитию централизо­ванного водоснабжения на всем его протяжении. Еще в 1894 г. возникали угрожающие ситуации от воздействия шуги на водозаборе из Невы в Петербурге, повторяю­щиеся затем в 1914-м, 1916-м и в последующих годах, что послужило толчком к изучению шуголедовых про­цессов применительно к устройству и эксплуатации во­дозаборных сооружений, наложило отпечаток на конст­руктивные и технологические решения водоприемных устройств.



Рис. 48. Шуголедовая обстановка на русловом водозаборе из Оби в предледо-ставный период (ноябрь 1975 г.) 1 — зоны устойчивого ледостава; 2 — шуговые ковры; 3 — основной водопри­емник; 4 — дополнительные водоприемные отверстия; 5 — система пневмозащи-ты; 6 — наплавные буны; 7 — лихтер; 8 — тросы; ---------- поверхностные тече­ния; ---------глубинные течения

Рис. 49. Шуголедовая обстановка на ковшовом водозаборе из Оби в пред-ледоставный период (ноябрь 1975 г.) 1, 2 — соответственно дамбы и, шпоры ковша; 3 — зона устойчивого ледоста­ва; 4 — шуговые ковры

Поскольку шуголедовые процессы нередко развивают­ся очень быстро, с различной интенсивностью образования внутриводного льда и неустойчивой динамикой его перемещения, на водозаборах создаются непредвиденные аварийные ситуации, приводящие к сокращению и даже полному прекращению подачи воды. По этой причине шуголедовые факторы, особенно в суровых климатиче­ских условиях, являются чаще всего определяющими при размещении, выборе типа водозабора и технологии его работы.

С точки зрения эксплуатации важно прогнозировать ситуацию, которая может сложиться на водозаборе в предледоставный период, и своевременно предпринять меры при той или иной шуголедовой обстановке. При благоприятных погодных условиях (устойчивое похоло­дание, отсутствие ветра, малые скорости течения и ста­бильный уровень воды в реке) ледостав происходит в те­чение короткого промежутка времени и образовавшийся береговой припой льда оттесняет шугу от водоприемни­ка.


На рис. 48 и 49 показаны характерные для этого слу­чая ситуации.

На береговых водозаборах зона раннего ледостава может распространяться сразу на акваторию водопри-

емника и, если шуга не подныривает под кромку льда, водоприемник работает устойчиво. На ковшовых водоза­борах ранний ледостав охватывает прежде всего вход­ную часть и акваторию ковша, а также прилегающий к ковшу участок берега. Описанные ситуации являются ис­ключительными, крайне редкими.

На практике почти повсеместно наблюдаются более сложные ситуации, вызываемые неустойчивым похолода­нием, ветрами и др., которые влекут разрушение ранне­го ледостава, перемещение ледовых масс, образование внутриводного льда и шуги. Шуголедовая ситуация мо­жет изменяться в течение суток и даже часов.

В конце ноября 1979 г. на Северной Двине у Архангельска на­блюдался интенсивный ледоход, несвойственный для данного перио­да года. В начале ноября при сильных заморозках река покрылась льдом толщинол до 0,3 . м. Наступившее затем потепление вызвало подвижку льда и резко ухудшило шуголедовую обстановку на реке. Осложнений в работе водозаборов в данном случае не возникло лишь благодаря большому (до 10 м) заглублению водоприемных устройств.

В конце января 1978 г. аварийная ситуация возникла на водо­заборах Ростова-на-Дону. Сильный ветер со снегопадом и интен­сивным волнообразованием осложнил процесс ледостава, водозабо­ры оказались в голове образовавшейся при этом полыньи. Поло­жение усугубилось сопутствующим понижением уровня воды в реке. Русловой водоприемник при этом был закупорен шуголедовой мас­сой, и поступление воды прекратилось.

На водохранилищных и озерных водозаборах слож­ные шуголедовые ситуации возникают чаще всего под воздействием вдольбереговых течений. Ранее счита­лось, что водозаборы на водохранилищах менее, чем на реках, подвержены воздействию шуголедовых факторов или вовсе не подвержены им.

Практика эксплуатации подтверждает, что справед­ливо это только для малых водоемов, на крупных же во­дохранилищах и на озерах создаются шуголедовые ситу­ации не менее сложные, чем на реках, могущие приво­дить к полной остановке водозаборов.


Характерными в этом отношении являются водозаборы на Волгоградском, Боткинском водохранилищах и Онежском озере, где не­редко возникают интенсивные вдольбереговые течения с размывом берегов и образованием внутриводного льда, осложняющего работу водоприемников даже на глуби­не 15... 18 м.

Теоретические представления о воздействии шуголе­довых факторов на водозаборы не всегда соответствуют действительности. Нередко предполагают, что воздейст­вие это заключается только в обмерзании прутьев соро-удерживающих решеток и в закупоривании водоприем­ных отверстий внутриводным льдом, исходя из чего до­статочным средством предотвращения шуголедового воз­действия считают электрообогрев решеток и обратную промывку водоприемных окон. Аварийные ситуации на многих водозаборах, результаты обследования оголовков водолазами показывают, что в действительности обста­новка гораздо сложнее и в особенности тогда, когда во­дозабор оказывается в зоне формирования шугозажоров и шуга забивает если не все, то большую часть сечения речного потока. Выделяют два типа шугозажоров: глу­бинные, при которых шуга вовлекается на глубину до 5...7 м, но шуголедовый массив охватывает сравнитель­но небольшой участок реки (1...2 км, реже до 5 км); по­верхностные, когда шугозажоры распределяются на уча­сток реки 10...15 км при сравнительно малой глубине погружения шуги (до 2,5 м). Знание характера шугоза­жоров на том или ином участке реки позволяет прогно­зировать шуголедовую обстановку и своевременно при­нимать меры по обеспечению устойчивой работы водоза­боров.

Детальное обследование водоприемных оголовков на Оби в Но­восибирске показало, что внутриводный лед обволакивает не только водоприемные окна, но и весь оголовок, образуя подводный массив из насыщенной водой ледяной массы. Водолазы в таких условиях не могут даже приблизиться к водоприемным окнам. Работа ослож­няется тем, что при шугоходе под водой практически отсутствует видимость.


К тому же поток воды насыщен внутриводным льдом, а ледяной массив на оголовках постоянно нарастает.

Аналогичная ситуация имела место на одном из водозаборов Барнаула. Три водоприемных оголовка этого водозабора, оказав­шиеся у кромки берегового припая льда в зоне транзита шуги, соз­дали преграду продвижению ее по руслу, что привело к образова­нию локального шугозажора и закупорке водоприемных отверстий.



Рис. 50. Структура шуголедовой массы на водоприемном оголовке

При исправно действующем электрообогреве решеток в таких ситуациях с наружной стороны окон в толще шу­голедового массива образуется замкнутое свободное про­странство, но доступ воды к окнам не обеспечивается. Обратная промывка также не дает положительных ре­зультатов, ибо вода из окон выходит локально, не обра­зуя сплошного потока. Продолжающийся отбор воды мо­жет привести к прониканию шуги в самотечные линии, береговой колодец и даже на водоочистные станции. Такие случаи имели место в Уфе, Рубцовске и других го­родах.

Закупорка отверстий шугольдом может быть настоль­ко плотной, что в самотечных трубопроводах и оголовке образуется вакуум, способный повлечь разрушение ого­ловка. Из практики эксплуатации известно немало по­добных примеров.

В формировании шуголедового массива у оголовков главную роль играет транзит шуги течением с вышеле­жащих участков реки, в значительной степени способст­вуют этому всевозможные выступающие части оголовков, корчи и топляки, отложение наносов, возвышающи­еся над дном самотечные линии (при их подмыве). По­этому очень важно ежегодное (накануне ледостава) об­следование водоприемников и проведение на них профи­лактических работ: расчистка наносов, удаление топля­ков, корчей, ремонт водоприемных решеток и др.

В структуре шуголедовой массы (рис. 50) присутст­вуют в большом количестве глинистые и песчаные частицы, придавая ей темно-бурый оттенок. По мере разруше­ния или таяния шуголедового массива у оголовка и да­же на его перекрытии остаются наносы, иногда доволь­но крупные (d = 50...100 мм), вовлеченные ранее в поток вместе с донным и прибрежным льдом от заберегов и транспортируемые в толще потока при его шугонасыще-нии.


Наблюдения показали, что транспортирование круп­нозернистых наносов в толще речного потока проходит особенно интенсивно при повышении уровня в реке (в зо­не шугозажора, подпора от встречного ветра или мор­ских приливов), в результате которого шуголедовая мас­са поднимается со дна, отрывается от берегов, увлекая частицы отложений, могущих перемещаться таким обра­зом на большие расстояния. При потолочном расположе­нии водоприемных окон наносы могут попадать внутрь оголовков и во всасывающие линии, а при непосредствен­ном всасывании воды приводить к забивке насосов, вы­зывая дополнительные осложнения на водозаборах.



Рис. 51. Шугосбросное устройство на малых водозаборах из горных рек

а — с заглубленной перегородкой; б — с шандорной стенкой; 1 — водоприем­ник; 2 — шугоотводящий лоток; 3 — водоотводящий лоток или труба; 4 — гря­зевая труба; 5 — заглубленная перегородка; 6 — шандорная стенка

Своеобразная шуголедовая обстановка создается на реках горного и предгорного типов. Например, на неко­торых реках Казахстана с бурным потоком и без устой­чивого ледостава в результате разбрызгивания воды на валунах и порогах при низкой температуре образующие­ся забереги первоначально имеют вид нависающих над водой козырьков, которые нарастают и вскоре смыка­ются, образуя над речным потоком сплошной ледяной свод. Переохлаждение воды и образование внутриводно-го льда в потоке под сводом прекращается. Однако ни­же по течению в результате выполаживания продольного профиля реки и соответствующего изменения гидрологи­ческого режима потока шуголедовые процессы развива­ются очень интенсивно и нередко приводят к закупорке не только водоприемников, но и песколовок, и отводящих трубопроводов. Многочисленные перекаты на таких уча­стках с крупными валунами создают благоприятные ус­ловия для шугозажоров нередко со сплошными ледяны­ми перемычками на всю ширину реки и образованием каскада. При разрушении одной-двух перемычек то же самое происходит с другими (сформировавшимися ниже по течению), в результате чего образуется паводочная волна высотой в несколько метров, насыщенная шуголе-довой массой, плавником, песком, гравием и т.д.


Обыч­ ный водозабор не может противостоять такой волне, что обусловливает разработку специальных типов водозаборов для горных рек (С. А. Шанин). Располагаясь вне ос­новного русла, водозаборы эти имеют шугосбросные уст­ройства (рис. 51), которые вполне оправдали себя, на­пример, на водозаборе из р. Таласе в Казахстане. Они представляют собой небольшие камеры на отводящем канале, в которых благодаря увеличению площади по­перечного сечения потока происходит всплывание шуги с последующим отводом ее в реку ниже водозабора. Скорость поверхностного потока в шугосбросном устрой­стве составляет около 1 м/с (из условия транспортиро­вания шугового ковра), а скорость нисходящего пото­ка — не более 2,5 см/с, что предотвращает вовлечение шуги в водоприемник. Такие устройства надежно рабо­тают при насыщении шугой поступающего в них расхода воды до 25 %.

Определяющее значение в обеспечении устойчивой работы водозаборов имеют не столько технические сред­ства эксплуатации, сколько правильный, всесторонний учет природных факторов и благоприятное размещение водоприемных сооружений. Это подтверждается тем, что водозаборы аналогичного типа на одном и том же ис­точнике, расположенные всего в нескольких сотнях мет­ров один от другого, работают по-разному. Одни из них останавливаются, а другие работают без каких-либо по­мех и перебоев. Это относится к воздействию не только шуги, но также и наносов. Следовательно, в обеспечении устойчивой работы водозабора выбор места расположе­ния имеет определяющее значение.

3. Методы и средства шуголедовой защиты водозаборов

На многих действующих водозаборах отсутствуют средства защиты от шуголедового воздействия, что сви­детельствует о недооценке этого фактора как при проек­тировании, так и при эксплуатации. Поскольку полно­стью предотвратить влияние шуги на водозаборы пока не удается, заслуживают внимания практический опыт шугозащиты и способы, нашедшие применение на неко­торых водозаборах.



Общеизвестные способы: подача пара и нагретой во­ды к водоприемным окнам, обратная их промывка, элек­трообогрев сороудерживающих решеток, обколка льда с устройством майны над оголовками и удаление шуголе­довой массы с плавсредств, специальных мостков и тра­пов — направлены на устранение шуголедовых помех непосредственно у водоприемных окон и составляют пер­вую группу способов. Ко второй группе относятся мето­ды и средства, направленные на обеспечение раннего (с момента устойчивого похолодания) ледостава и пре­дотвращения за счет этого проникания шуги в аквато­рию водоприемных устройств. Ниже кратко описан опыт применения различных способов на действующих водо­заборах.

Непосредственно у водоприемных окон речных водо­заборов борьба с шугой ведется с давних пор. Наиболее распространенным способом является обратная промыв­ка сороудерживающих решеток. Длительное применение этого способа на водозаборах Кемерово, Омска, Барнау­ла, Томска и других городов показало, что он не всегда дает нужный эффект. Кроме того, при интенсивном шу-гоходе периодичность обратной промывки достигает иногда 2...3 ч, в результате чего возрастает расход воды на собственные нужды водопроводов, что сопровождает­ся значительным снижением подачи ее потребителям. Эффективность обратной промывки может быть повыше­на за счет создания импульсных токов воды в самотеч­ных линиях. Для импульсной промывки достаточно ус­тановить в береговом колодце, на концах самотечных ли­ний, стояки того же диаметра, что и самотечные линии, и присоединить их к вакуум-насосу.

Нашедшие немалое распространение способы: элек­трообогрев, гуммирование стержней решеток, установка деревянных решеток на период шугохода, — предотвра­щая решетки от обмерзания, не защищают все же водо­приемные отверстия от закупорки, шугой. К тому же электрообогрев не может остановить уже начавшийся процесс обмерзания, в связи с чем система обогрева должна включаться заблаговременно, до ожидаемого переохлаждения воды.


При исправной работе системы электрообогрева решеток на водозаборах нередко созда­ются критические ситуации: уровень воды в водоприем­ных камерах береговых колодцев снижается настолько, что происходят срыв вакуума насосов и остановка насос­ных станций. Единственной мерой борьбы с шугой в та­ких ситуациях остается механическая очистка решеток баграми. Насколько это трудоемко (и не безопасно!), подтверждает опыт эксплуатации водозабора ТЭЦ Горь-ковского автозавода. В периоды шугохода на оголовке здесь круглосуточно работала бригада из 20...25 чел. В критических ситуациях нередко использовали, кроме того, водолазов.

В литературе можно встретить рекомендации по про­чистке сороудерживающих решеток на оголовках меха­ническими граблями с гидродомкратом, устанавливае­мым внутри оголовка, а на береговых водоприемниках и крибах — граблями с электроприводом. Эти устройства сложны и не получили распространения в коммуналь­ном водоснабжении. Они могут применяться для очист­ки решеток от мусора, но не от шуголедовых отложений, с которыми чаще приходится иметь дело.

Для повышения надежности указанные способы це­лесообразно применять в сочетании с другими, проверен­ными на практике, предотвращающими проникание шуги к водоприемным окнам. Это в основном следующие: сни­жение скорости входа воды в водоприемные окна; сброс нагретой воды вблизи водоприемных окон; создание во-довоздушных завес.



Рис. 52. Шуголедовая обстановка на Оби у водозабора Барнаула (ноябрь 1972 г.)

1 — водоприемный оголовок; 2 — береговой колодец

Рис. 53. Графики изменения температуры воздуха (I) и производительности Барнаульского водозабора (2) (ноябрь 1972 г.)

Снижение скорости применяется на водозаборе Бар­наула (Обь). Водозабор Барнаульского водопровода представлен русловым оголовком бункерного типа с дву­сторонним входом воды. Двумя самотечными линиями диаметром 1200 мм и длиной 81 м оголовок соединяется с береговым колодцем (рис. 52). Для обратной промыв­ки самотечные линии соединены с напорными трубопро­водами.


Водозабор ежегодно в течение 15...20 сут в но­ябре испытывает влияние шуги. В начале периода устойчивого похолодания на участке расположения водо­забора, как показано на рис. 52, образуются забереги, которые из-за большой скорости течения нарастают очень медленно и долго не доходят до оголовка. По мере подсоса шуги к водоприемным отверстиям уровень воды в береговом колодце начинает резко снижаться. Прове­денные ранее на этом водозаборе испытания обратной промывки не дали положительных результатов. При об­ратном потоке воды происходит локальный прорыв шу-гового массива у водоприемных окон, а большая часть площади водоприемных отверстий не освобождается от шуги, в связи с чем от обратной промывки пришлось от­казаться. Сейчас при угрожающем (в отношении устой­чивой работы насосов) снижении уровня воды в берего­вом колодце выключается из работы один из насосных агрегатов, тем самым снижается производительность во­дозабора и, следовательно, уменьшается скорость входа воды в водоприемные отверстия. Затем под воздействием руслового потока шуговой припай отрывается от оголов­ка, улучшая доступ воды в водоприемник. В связи с этим уровень воды в береговом колодце повышается, а насос снова включается в работу. При последующих снижениях уровня процесс повторяется. На графиках (рис. 53) по­казано изменение температуры воздуха и производитель­ности водозабора в период осеннего шугохода 1972 г. Как видно, в отдельные сутки снижение производительности достигает 50 % расчетной. Безусловно, данный способ не отвечает требованиям бесперебойности водо­снабжения и применим лишь как крайняя мера предот­вращения полной остановки водозабора. Задача предо­твращения влияния шуги путем снижения входных ско­ростей успешно решается применением фильтрующих оголовков.

Сброс нагретой воды у водоприемных окон практи­куется на одном из водозаборов Норильска (Норилка) и Рубцовска (Алей). В особо суровых климатических условиях Норильска (среднегодовая температура возду­ха — 8,4 °С, средняя продолжительность периода отрица­тельных температур 252 дня в году) подогрев воды ока­зался единственно надежным способом защиты водоза­бора.


Нагретая вода к водозабору подается от ТЭЦ по трубопроводу диаметром 500 мм и сбрасывается в под­водящий канал в непосредственной близости от водо­приемных окон. При этом одновременно решаются две задачи: защита решеток от шугольда и предотвращение перемерзания наружных трубопроводов, выполненных по­верхностной прокладкой. Подача тепла к водозабору регулируется исходя из того, что температура воды в контрольной точке на сети не должна быть ниже 0,007... 0,01 °С. В аварийных случаях, когда тепла от ТЭЦ недо­статочно, осуществляют дополнительный подогрев пода­ваемой в сеть воды установленными на водозаборе элек­троподогревателями.

На водозаборе Рубцовска в ноябре 1971 г. водоподводлщая га­лерея и водоприемная камера берегового колодца были почти пол­ностью забиты тугой. Вода в водоприемную камеру в небольшом количестве поступала лишь через низкий проход под слоем шуги в водоподводящей галерее (рис. 54). При этом плоские сетки быстро забивались шугой. Поскольку специальных мер защиты водозабора от шуги не было предусмотрено, остановка его оказалась неизбеж­ной. В возникшей ситуации прежде всего были приподняты сетки до нижнего уровня шуги в водоприемной камере (сетки стали вы­полнять роль шугоотбойных щитов). Одновременно в результате срочно принятых мер была обеспечена подача нагретой воды и сжа­того воздуха к водоприемным окнам. За счет таяния шуги высота прохода для воды в галерее увеличилась, и водозабор был введен в работу. В течение нескольких суток удалось таким способом пол­ностью освободить от шуги галерею и водоприемную камеру. К это­му времени перед плотиной образовался устойчивый ледяной по­кров, в результате чего транзит шуги к водозабору прекратился.



Рис. 54. Водозабор на р. Алей

1 — водоприемник в теле плотины; 2 — водоподводящая галерея; 3 — водоприемная камера; 4 — камера всасывания; 5 — плоская сетка; 6 — всасывающий трубопровод

Аналогичная шуголедовая ситуация на этом водоза­боре повторилась весной 1972 г., когда после вскрытия реки и последующего резкого снижения температуры воздуха на реке образо­вался интенсивный шуго-ход.


Благодаря наличию ранее испытанных средств и опыта борьбы с шугой на этот раз удалось предотвратить остановку водозабора. Для борьбы с шугой на ковшовых водозаборах неко­торыми проектами предусматривался сброс отработан­ной теплой воды в реку выше по течению (водозаборы на реках Томь, Ангара и др.). Опыт эксплуатации пока­зал нецелесообразность такого метода, так как большая часть теплой воды при этом из-за поперечных циркуля­ции на входе в ковш отдает тепло речному потоку, не входящему в ковш. Теплую воду рекомендуется сбрасы­вать во входную часть ковша или непосредственно у во­доприемных окон. Но, поскольку данное средство, пред­отвращая образование внутриводного льда, не исключа­ет все же забивания ковша шугой (например, при щугозажорах), более целесообразным средством шуго-защиты считают ускорение ледостава в ковшах.

Водовоздушпые завесы для борьбы с шугой на ого­ловках испытаны на водозаборах Тюмени (р. Тура), Павлодара (р. Иртыш) и др. Воздух от компрессора подводится с берега к оголовку по трубопроводу или по шлангу и выходит через дырчатую трубу в виде сплош­ной завесы. Труба закрепляется у нижней грани водо­приемных окон под углом к речному потоку. Примене­ние данного способа позволило значительно сократить число обратных промывок. Аналогичный способ защиты испытан на водохранилищном водозаборе в Челябинске. В 1972 — 1976гг. способ пневмозащиты оголовков был испытан на водозаборах из Оки в Рязани и Горьком и из Оби в Барнауле и Новосибирске. Надо отметить, что попытки применить этот способ предпринимались и ра­нее, но теоретическое и практическое обоснование, дан­ное В. В. Одинцовым и Т. В. Колесниковой [20], позво­лило расширить масштабы его применения. Сущность способа заключается в создании водовоздушной завесы, ограждающей акваторию водоприемника (рис. 55). Для этого по дну реки на некотором удалении от водоприем­ных сооружений укладывают перфорированные воздухо­проводы диаметром 50...100 мм с отверстиями 2...4 мм и с шагом примерно 25 см.


Конструктивные и технологи­ ческие параметры системы пневмозащиты принимаются на основе соответствующих расчетов. Сжатый воздух, выходя из перфорированных труб, создает зону восхо­дящих потоков, которые выносят шуголедовые массы на поверхность воды, предотвращая их вовлечение в водо­приемные окна. При этом вертикальная составляющая скорости потока в реке (U) должна быть больше ее го­ризонтальной составляющей (va) и должно выполняться соотношение U>Kva (где К — опытный коэффициент, зависящий от скорости и ледонасыщенности потока).



Рис. 55. Водоприемный оголовок с системой пневмозащиты от шуголе-дового воздействия

1 — воздуховоды перфорированные; 2 — понтон из стальных труб; 3 — самотечная галерея; 4,5 — водопри­емный оголовок

Согласно натурным наблюдениям на Оке, при сред­ней скорости течения уа = 0,5 м/с и глубине потока Н = = 3,5 м хороший эффект шугозащиты достигается при расходе воздуха qB=l м3/мин на 1 м, при этом К=1,54. На границе зоны распространения водовоздушных пото­ков смерзшиеся массы шуги легко разрушаются и от­клоняются при движении в стороны от водоприемника.

Применение этого способа даже на крупных водоза­борах (QB до 14 м3/с) обеспечивает бесперебойную ра­боту водоприемных устройств. Система пневмозащиты не представляет особой сложности, монтаж ее не требу­ет остановки водозаборов и не препятствует судоходст­ву. Благодаря этому способ пневмозащиты широко при­меним не только на вновь проектируемых, но и на дей­ствующих водозаборах.

И все же, если описанные выше способы по каким-либо причинам неприменимы или ни один из них не дает положительного результата и закупорка водоприемных окон оказывается неизбежной, как это было в Омске, Павлодаре, Новосибирске, вынужденно приходится при­бегать к расчистке решеток вручную, с помощью водолазов. В некоторых случаях (Тюмень, Павлодар, Ново­сибирск) для этой цели успешно применялись речные суда, винтами которых шуга отгонялась от водоприем­ных окон.



Известный из литературы способ борьбы с шугой с помощью коробов, устанавливаемых над водоприемными окнами, не получил на практике большого распростра­нения.



Рис. 56. Шугоотбойная запань на водозаборе Омска (р. Иртыш)

1 — запань; 2 — деревянные погружные щиты; 3 — стальные трубы; 4 — во­доприемные оголовки; 5 — береговой колодец; 6 — насосные станции; 7 — фи-ксирующие железобетонные якоря; 8 — тросы крепления

Анализ используемых средств борьбы с шугой в не­посредственной близости от водоприемных окон и опыта их применения показывает, что эти средства не обеспе­чивают требуемой бесперебойности водоснабжения. Это заставляет отдавать предпочтение способам борьбы на дальних подступах к водозаборам. Эта задача успешно решается за счет раннего ледостава в акватории распо­ложения водоприемников. Известно, что ранний ледостав надежно обеспечен на ковшовых водозаборах. Дополни­тельное ускорение ледостава в ковшах достигается уста­новкой шугоотбойных запаней. Запани из брусьев успеш­но применяются, например, в ковше Кемеровской ТЭЦ на Томи. Следует заметить, что запань, установленная непосредственно на входе в ковш, не исключает подсос шуги в него. Намерзая при этом на нижней поверхности льда в начале ковша, шуга стесняет поток и может по­влечь резкий спад уровня воды у водоприемника. В этом отношении более надежным является строительство шу­гоотбойных шпор, исследованных А. С. Образовским. Такие шпоры успешно действуют на ковшах в Новокуз­нецке, Междуреченске (Томь), Осинниках (Кондома), Новосибирске (Обь). Наблюдения на новосибирском ковше показали, что ледостав за шпорами образуется при первых заморозках, причем припай льда вдается в русло реки на 30...40 м, надежно защищая вход в ковш от проникания шуги (рис. 49).

Значительно сложнее осуществить ускорение ледо­става в руслах рек на водоприемных оголовках. Поэто­му большинство действующих оголовков практически ос­тается незащищенным от шуги. Вместе с тем из практи­ки известны факты применения шугоотбойных запаней не только в ковшах, но и на оголовках.


Например, ранее запани применялись, по данным Н. С. Макерова, на рус­ловых водозаборах некоторых промышленных предприя­тий Барнаула (Обь), Семипалатинска (Иртыш), Иркут­ска (Ангара).



Рис. 57. Шуголедовая обстановка на р. Томь у водозабора Кемерово (а — но­ябрь 1971; б — ноябрь 1972 г.) 1 — водоприемный оголовок; 2 — береговой колодец, совмещенный с насосной станцией; 3 — хлысты деревьев; 4 — запань; 5 — опора; 6 — тросы крепления

На водозаборе Волгоградского тракторного завода была испытана запань, выполненная из листов железа, загнутых в виде полуцилиндра. При этом установлено, что даже при больших колебаниях уровня воды в ниж­нем бьефе ГЭС запань (после конструктивного усовер­шенствования ее) может значительно облегчить работу водозабора. Длительное время запани применялись так­же на Омском водозаборе для защиты от шуги русловых оголовков. Устройство и принцип действия этих запа­ней описаны М. Р. Каиповым и В. И. Рабиновичем и вид­ны из рис. 56. В 1971 г. этот же способ защиты был при­менен на водозаборе в Кемерово (Томь). Запань здесь не имела глубинных щитов, как в Омске, а представляла собой плавающую плеть длиной 50 м из деревянных брусьев. На прицепе к катеру плеть выводили в русло и закрепляли тросами на обоих берегах реки. Наличие запани обеспечивало ранний ледостав в прибрежной ча­сти русла. Проведенные наблюдения показали, что кром­ка льда, вдающаяся в русловый поток, полностью оттес­няет шугу. К сожалению, эта кромка не доходила до ого­ловка и водоприемные окна интенсивно забивались шу­гой. Как противоаварийная мера с кромки льда в поток выдвигали на 8...10 м хлысты деревьев, которые в тече­ние суток обеспечивали образование ледяного покрова толщиной 10...15 см последовательно на полосах I — IV (рис. 57, а). Таким образом за 4 сут удалось нарастить кромку льда примерно в 35 м и полностью оттеснить шуговой поток от оголовка. Благодаря этому за две не­дели до полного ледостава на реке влияние шуги на во­дозабор было исключено.


Для сравнения можно отме­тить, что расположенный в аналогичных условиях в нескольких километрах ниже по течению реки другой ого­ловок, не защищенный запанью, в то же самое время интенсивно забивался шугой и в связи с этим его прихо­дилось промывать обратным током до 4...5 раз в сутки. Неудачный опыт 1971 г. был учтен, и в последующем, устанавливая запань под углом 135 ° к потоку (рис. 57,6), исключили влияние шуги, хотя шуголедовая об­становка на реке была не менее тяжелой.



Рис. 58. Применение плотов для ускорения ледостава на малых реках

1 — крепежный трос; 2 — береговые якоря; 3 — легкие плоты из досок, хво­роста и др.; 4 — зона раннего ледостава в акватории водоприемника; 5 — во­доприемный оголовок

Этот же способ был испытан на городском водопро­воде Барнаула и на одном из водозаборов г. Горького. В отличие от рассмотренного выше запани в г. Горьком устанавливали ниже оголовков по течению реки, они представляют собой однорядную цепь бревен без забральной стенки. Одним концом запань крепится на бе­регу ниже оголовка, а вторым — в русле реки. В начале периода ледообразования, когда шуга находится на по­верхности потока, она улавливается запанью и быстро смерзается, образуя сплошной ледяной покров.



Рис. 59. Шуголедовая обстановка на р. Леонидовка у водозабора Поронайска

1 — береговой водоприемник; 2 — плетни; 3 — запань

Во всех случаях шугоотбойная запань готовится на берегу и устанавливается на место в предледоставный период. При этом транспортирование ее к месту уста­новки на крупных реках может осуществляться катером, а на мелких — трактором с противоположного берега. С образованием устойчивого ледостава на реке лед во­круг запани обкалывают и она вытаскивается на берег. В аварийных ситуациях в качестве шугоотбойных средств применяли также речные суда (лихтеры), которые уста­навливали под углом к потоку выше оголовков по течению реки (рис. 48) и обеспечивали тем самым ранний ледостав. Эта задача может быть решена также путем применения облегченных плотов (рис. 58).



На мелководных реках шугоотбой может осущест­вляться более простыми средствами. Например, на о-ве Сахалин некоторые водозаборы успешно защищают плет­нями из хвороста, выставляемыми в русле реки нака­нуне щугохода. Плетни располагают под углом к потоку, как показано на рис. 59, а. На одном из этих водозаборов построена стационарная шугоотбойная железобетонная запань (рис.59, б). На береговых водоприемниках в ка­честве шугоотбойных устройств могут применяться так­же шпоры из каменной наброски, возвышающиеся на 0,5...1 м над минимальным горизонтом шугохода.

Для предотвращения непредвиденных шуголедовых осложнений на водозаборах, способных повлечь большой материальный ущерб, следует предусматривать сомест-ное применение нескольких способов, например шугоотбойные запани на оголовках совместно с электрообогре­вом и обратной промывкой сороудерживающих решеток.

Окончательное решение задачи защиты водозаборов от шугольда может быть достигнуто на основе дальней­ших исследований наиболее совершенных способов борьбы с шугой в сочетании с применением усовершен­ствованных конструкций водоприемников (фильтрующие оголовки, оголовки с вихревыми аванкамерами и др.).

* * *

Важным средством повышения надежности водоснаб­жения в целом является объединение нескольких водо­заборов, в том числе ранее построенных и вновь строя­щихся, в единую водохозяйственную систему города. Из­вестно, что во многих городах, расположенных на круп­ных реках (Волга, Кама, Днепр, Дон, Обь, Томь и др.) и имеющих большую протяженность вдоль этих рек, действует несколько, иногда до 20, водозаборов комму­нального и промышленного назначения. Водоприемники на них, построенные в разное время, как правило, представлены всевозможными конструкциями, имеют различную производительность. Располагаются водоза­боры нередко по обоим берегам реки и работают в отличающихся гидрологических условиях. Иногда один во­дозабор расположен в непосредственной близости (300... 500 м) от другого, но работают они по-разному — один устойчиво, а второй с частыми перебоями (например, в Хабаровске, Перми и других городах), и, будучи различ­ной ведомственной принадлежности, каждый из них эк­сплуатируется обособленно.


Очевидно, что надежность водоснабжения может быть существенно повышена вза­имным резервированием таких водозаборов. При этом даже простейший водоприемник (в виде трубчатого ого­ловка) может предотвращать крупные осложнения в во­доснабжении.

Наряду с повышением надежности водоснабжения целесообразность объединения водозаборов диктуется также единством источника для многих, иногда всех, во-допотребителей того или иного города и общей зада­чей — бесперебойным водоснабжением и рациональным использованием водных ресурсов. Практикой эксплуа­тации водозаборов, например, в Волгограде, Перми, Красноярске и других городах уже проверена возмож­ность и доказана целесообразность объединения и со­вместного использования водозаборов различной ведом­ственной принадлежности. Построенные между водоза­борами соединительные трубопроводы обеспечили вза­имное их резервирование и уже не один раз предотвраща­ли прекращение подачи воды в аварийных ситуациях. Затраты на строительство соединительных трубопрово­дов несравнимо малы относительно размера ущерба от остановки водозаборов.

Создание объединенных систем водопользования тре­бует также совершенствования управления ими. В Уль­яновске, Калуге, Пскове и других городах в последние годы построены водозаборы общепромышленного назна­чения, переданные в эксплуатацию городским управле­ниям водопроводно-канализационного хозяйства. Этот опыт заслуживает более широкого распространения. Осуществляется развитие систем централизованного тех­нического водоснабжения для многих предприятий Мос­квы. С этой целью к 1990 г. намечено построить допол­нительно 15 крупных водозаборов общепромышленного назначения на р. Москве и довести их производитель­ность до 2,5 млн. м3/сут. Однако создание таких систем не должно исключать локального водоснабжения пред­приятий с большим водопотреблением.

Взаимное резервирование водозаборов дает возмож­ность повысить надежность не только подачи, но и обес­печения требуемого качества воды, особенно при непред­виденном загрязнении водоисточников.


Безусловно и то, что взаимное резервирование водозаборов целесообраз­но и экономически, так как оно дает возможность умень­шить количество резервного оборудования на отдель­ных водозаборах и исключить строительство некоторых сооружений.

ГЛАВА V. СОХРАНЕНИЕ И УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ НА ВОДОЗАБОРАХ

Сохранение и улучшение качества воды, а также ее очистка имеют сейчас общенародное, общегосударствен­ное значение. Достигается это не только (и не столько!) на водоочистных станциях, но и путем реализации водо­охранных мер. Поэтому устройство водозаборов рассмат­ривается во взаимосвязи с общей задачей сохранения водных ресурсов. Так, в планах переброски части стока северных рек СССР в бассейн Волги одной из важных задач является улучшение качества воды в Волге.

Известно, что качество воды в источниках водоснаб­жения не остается постоянным, оно изменяется по сезо­нам года, месяцам и даже по часам суток. Очевидно, что и режим работы водозаборов, их конструкция, техноло­гия отбора воды должны быть в подчиненной форме увязаны с качеством воды в источнике. Следует заме­тить, что вопросы улучшения качества воды непосредст­венно на водозаборах сопутствуют инженерной практи­ке на всем протяжении развития систем централизован­ного водоснабжения. Применение фильтрующих тканей и песчаных фильтров на раструбных водоприемниках, фильтрующей обсыпки на оголовках, устройство водо­приемников в толще береговых аллювиальных отложе­ний (инфильтрационные водозаборы) и другие методы улучшения качества воды предшествовали применению специальных водоочистных сооружений. Однако по мере увеличения мощности водопроводов и, следовательно, отбираемых расходов воды, развития технологии ее очистки и создания для этой цели специальных сооруже­ний главным предназначением водозаборов становилось обеспечение бесперебойного отбора воды из источника, а улучшение ее качества полностью перенесено на водоочистные станции. Многолетняя практика эксплуатации водозаборов в различных условиях свидетельствует о том, что функции очистки воды в определенном соотно­шении могут быть распределены между водозаборами и водоочистными станциями с одновременным получением хорошего технологического и экономического эффекта.


В связи с этим сопоставление качественных показателей воды в источнике и перед смесителем водоочистной стан­ции должно быть одним из главных критериев оценки эффективности работы водозабора (наряду с беспере­бойностью подачи воды), определяющих надежность во­доснабжения как в техническом, так и в санитарном от­ношении.

Регулирование качества воды на водозаборах воз­можно прежде всего по следующим показателям: плава­ющие и влекомые вещества, водные организмы; мут­ность (взвешенные вещества); содержание планктона; количество бактерий; температура воды.

Задача улучшения качества воды на водозаборах имеет особую актуальность применительно к районам Крайнего Севера, где строительство и эксплуатация во­доочистных станций крайне затруднены, в связи с чем до недавнего времени здесь не было станций очистки по­верхностных вод и сейчас имеется небольшое их число. По этой причине на Крайнем Севере довольно распро­странено водоснабжение за счет привозной воды, достав­ляемой за 20...30 км.

На Севере построено большое число морских водоза­боров в основном промышленного назначения. Попытки использования морской воды для хозяйственных целей, например в Певеке, пока не дали надежных результатов. Себестоимость привозной воды примерно в 4 раза ниже, чем опресненной. Чаще всего речную воду используют на Севере после отстаивания ее в земляных отстойниках или пойменных водохранилищах и обеззараживания. Особое значение в этих условиях, учитывая, что приро­да Севера легко уязвима, приобретают водоохранные меры, позволяющие сохранить природное качество воды. Например, в Магаданской области длительное время обеспечиваются благоприятные санитарные условия для непосредственной подачи воды потребителям с водоза­боров на р. Иультин и ее притоках (Теплый, Кюэль-Сие-на, Талая и др.). Каменистое русло этих рек и впадаю­щих в них ручьев, родниковое питание из межмерзлотных пород обеспечивают ничтожно малую мутность, слабую минерализацию и стабильную температуру во­ды (3...5°С).


Аналогично с этим осуществляется водо­ снабжение из проточных озер Кедровое, Глубокое, Хед, Сольвейг и др.

 

1. Использование природных факторов для сохранения качества воды на водозаборах

В комплексе мероприятий по защите рек от истоще­ния и загрязнения важная роль отводится защитным лесным насаждениям и естественным лесам, произраста­ющим по берегам рек и на их водоразделах. Защитные лесонасаждения, согласно рекомендациям Минсельхоза СССР [11], включают насаждения у истоков рек, на ко­нусах выносов и речных отмелях, а также вдоль рек (прирусловые полосы, создающиеся из двух-трех поя­сов). Первый пояс (берегоукрепительный) образуется посадками нескольких (чаще 2...3) рядов кустарниковых ив вдоль меженного уреза воды. Второй пояс (дренирую­щий) из тополей и древовидных ив размещают на поло­се между меженным и паводковым урезами воды в реке. Третий (противоэрозионный) формируют из засухоус­тойчивых пород и размещают выше паводкового уреза. Комплексное осуществление мер по охране вод и ле­соразведению позволяет не только сохранить качество воды малых рек, но и существенно улучшить его, что осо­бенно важно сейчас при интенсивной химизации земле­делия.

Эрозия почвы, размыв берегов рек, смыв с полей ор­ганических и минеральных удобрений (особенно вблизи водозаборов) сопровождаются изменением качественных показателей воды в источнике. Положительный резуль­тат здесь дают водорегулирующие лесные полосы в зо­нах санитарной охраны источников водоснабжения (рис. 60), которые, по рекомендации ВНИИ агролесомелио­рации, следует закладывать на склонах крутизной более 2°, а на участках с интенсивной водной эрозией — и на более пологих склонах. Трассировку полос осуществля­ют поперек склонов.



Рис. 60. Водорегулирующие лесные полосы в зонах санитарной охраны водо­заборов

а — лесная полоса с ограждающим валом; б — то же, с валом и канавой

Водорегулирующие лесные полосы обеспечивают за­держание поступающего с прилегающих территорий жидкого и твердого стоков и оказывают мелиоративное влияние на сельскохозяйственные угодья.


Ширина полос около 15 м, а межполосных полей — 300...400 м. Водопо-глощение лесных полос увеличивается в 1,5...2 раза рас­пашкой почвы (2...3 прохода плуга) по нижней границе лесополосы с отвалом пласта в сторону леса. Образую­щийся при этом земляной валик высотой 0,3...0,4 м под-пруживает поверхностный сток, распределяет его более равномерно по площади лесополосы и таким образом увеличивает площадь и продолжительность инфильтра­ции. На склонах крутизной 3...80 обвалование лучше производить совместно с устройством ограждающих ка­нав, выполняемых с помощью канавокопателей, хворос­тяных запруд и т. д.

В опытных водорегулирующих лесополосах ВНИИ агролесомелиорации описанные и другие способы обес­печивают увеличение водопоглощения на 20...22 %, су­щественно снижают мутность воды, улучшают ее орга-нолептические и другие показатели. Кроме того, такие лесополосы способствуют повышению урожайности сель­скохозяйственных культур на прилегающих полях.

Проектирование водорегулирующих лесозащитных полос должно стать составной частью проектов зон са­нитарной охраны источников водоснабжения. Надо учи­тывать, что создание таких полос на всем водосборном бассейне реки (в первую очередь это относится к малым рекам) обеспечивает наиболее рациональное использо­вание водных и земельных ресурсов в интересах водо­снабжения, а также сельского и лесного хозяйства. Ассортимент древесных и кустарниковых растений, агро­техника посадок определены «Временными рекоменда­циями» Минсельхоза СССР [11].

Большое значение для сохранения качества воды в источниках имеют лесозащитные полосы, препятствую­щие интенсивному размыву берегов, ветровой и водной эрозии склонов. Исследования М. Г. Рябышева показа­ли, что лесозащитные полосы шириной 30...45 м по бе­регам Истринского и Можайского водохранилищ систе­мы водоснабжения Москвы значительно очищают по­верхностный сток, снижая содержание взвешенных веществ более чем в 100 раз, аммиака — в 1,5...2 раза, бактериальное загрязнение воды — в 2 раза.



Улучшение качества воды в источниках требует не только посадки лесозащитных полос, но и ведения лес­ного хозяйства: восстановление и расширение лесов, ограничение вырубок, улучшение качественного состава насаждений, сохранение травяного покрова и подлеска. Примером комплексного подхода может служить лесо­защитная зона одного из источников водоснабжения г. Грозного.

Интересные эксперименты по влиянию лесов на ка­чество воды в источниках были проведены в США. В хо­де экспериментов установлено, что на безлесных водо­сборных площадках в воде малых рек концентрация солей кальция, магния, калия и нитратов в 4...5 раз больше, а сульфатов — в 1,5 раза меньше, чем на зале­сенных. Температура воды во втором случае ниже при­мерно на 7°С. Отмечено также, что лесные массивы, предохраняя реки от заиления и давая питательные вещества различным гидробионтам, дополнительно спо­собствуют улучшению (сохранению) качества природ­ных вод. Признано необходимым насаждение и сохране­ние лесозащитных полос шириной 10...30 м по обоим берегам рек.

Важным сейчас является сохранение лесозащитных зон и, следовательно, качества воды в источниках водо­снабжения на обширной, вновь осваиваемой территории Сибири и Крайнего Севера. Для обеспечения высокого качества воды в системах водоснабжения важную, а не­редко определяющую роль играет также сохранение (восстановление) природных факторов самоочищения. Так, необычайно чистая вода оз. Байкал обусловлена наряду с другими природными факторами жизнедея­тельностью мелких рачков-эпишур, обитающих в по­верхностном слое воды. Эти рачки пропускают неодно­кратно в течение года через себя байкальскую воду, фильтруя ее. Очевидно, нарушение экологического рав­новесия, способное ухудшить условия жизнедеятельно­сти рачков-эпишур, неизбежно повлечет ухудшение ка­чества воды в источнике и, следовательно, вызовет необ­ходимость дополнительной ее очистки.

Известно, что длительное пребывание древесины в воде ухудшает качество воды, в связи с чем запрещен сейчас сплав леса (как молевой, так и плотами) на большинстве рек нашей страны.



При водоснабжении из поверхностных источников очень часто упускается возможность использования большой положительной роли высших водных растений в формировании качества воды, особенно в искусствен­ных водотоках. Влияние данного фактора подтвержда­ется многолетними наблюдениями на Северокрымском, Большом Ставропольском и Саратовском каналах, на каналах Волга — Уводь, Иртыш — Караганда, Днепр — Донбасс и на многих каналах в Туркменской ССР и др. Роль этого фактора еще более возрастает в связи с пред­стоящей реализацией грандиозной программы переброс­ки части стока сибирских рек в европейскую часть стра­ны. В нашей стране и за рубежом проведены большие натурные исследования по улучшению качества воды под влиянием как естественной растительности, так и искусственных насаждений (О. П. Оксиюк, А. И. Ме­режко, Т. Ф. Волкова и др.). Установлено, что тростник и другие высшие водные растения активно извлекают из воды биогенные вещества, повышают содержание кислорода, затеняют и тем самым способствуют пони­жению температуры воды летом.

Наблюдения, проведенные на аварийном сбросе Се­верокрымского канала, включающего четыре заросших тростником каскада протяженностью 80 м каждый, вы­явили существенное снижение окисляемости, бактери­альной загрязненности и других показателей качества воды, а также увеличение ее прозрачности (табл. 11). Для улучшения качества воды р. Рейн (г. Крефельд, ФРГ) и р. Шпрее (Берлин) используют очищающую способность камыша озерного.

Таблица 11. Показатели качества воды сбросного канала

Места отбора проб на выходе из ступени	Планктон, кл/мл *106	Бихромат-ная окис-ляемость, мг О/л	Кишеч­ные па­лочки, в 1 мл	Прозрач­ность, см	МН4+, мгN/л
1-й	5	22,62		55	0,46
2-й	5,3	22,62	460	55	0,46
3-й	4,4	22,62	390	55	0,5
4-й	4,4	16,16	150	90	0,37

Развитие высшей водной растительности в каналах и естественных водотоках помимо прямого положитель­ного влияния на качество воды дает дополнительный эффект.


Закрепляя русло и препятствуя его размыву, растительность предотвращает тем самым воду от повторного загрязнения. Все это подтверждает целесооб­разность создания специальных биоплато на каналах — источниках хозяйственно-питьевого водоснабжения и лрирусловых водоохранных полос на естественных во­дотоках.

Комплексный подход к проблеме сохранения и улуч­шения качества природных вод сейчас, когда приняты кодексы законов об охране вод и лесов, является вопло­щением в жизнь природоохранных мер с конкретным народнохозяйственным эффектом — сокращением расхо­дов на очистку природных вод для хозяйственно-пить­евого водоснабжения с одновременным повышением на­дежности обеспечения качества питьевой воды.

2. Сохранение качества воды на водозаборах из малодебитных источников

Сохранение водных ресурсов, предотвращение за­грязнения поверхностных и подземных вод особо важное значение имеют на малодебитных источниках (малых реках). Водоснабжение из малодебитных поверхностных источников (особенно в предгорных и горных районах) имеет специфику в технологии забора воды и в улучше­нии ее качества. Обусловливается это большой неравно­мерностью поверхностного стока, обилием донных и взвешенных наносов, резкими колебаниями мутности во­ды и др.

Положение нередко усугубляется отрицательными последствиями антропогенного воздействия: вырубка ле­са в бассейнах водосбора, лесосплав, распахивание зе­мель и т. д. (Челябинск, Анжеро-Судженск, Рубцовск и др.). Имеется много положительных примеров, когда охрана водных источников от загрязнения становится составной частью, основой осуществления комплексных природоохранных мер (водозаборы Владивостока, Про-копьевска-Киселевска, Грозного, Новороссийска, Сверд­ловска, Уфы и др.), позволяющих определить рацио­нальный подход к решению задачи водоснабжения в комплексе общей проблемы охраны окружающей при­родной среды.

Применение на малодебитных источниках общепри­нятых в настоящее время методов отбора воды и ее очистки сопряжено с большими капитальными затрата­ми и при этом не всегда обеспечивает требуемую надеж­ность водоснабжения как в отношении количества, так и качества воды.


Подтверждается это многими приме­ рами из практики водоснабжения на Кавказе, в Сред­ней Азии, на Крайнем Севере, Камчатке, Сахалине и др. Очень часто малодебитные ранее используемые источни­ки, если не покрывают даже 50 % водопотребления, не принимаются в расчет при проектировании новых или расширении действующих систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. Привлечение крупных водоисточников, укрупнение головных сооружений водопроводов вполне оправдывают себя, если они наряду с экономичностью проектных решений обеспечивают также требуемую степень надежности водоснабжения. Но даже и в этих случаях не должна исключаться возможность использо­вания малодебитных источников в качестве основных или резервных. Это подтверждается практикой эксплуа­тации водопроводов в Орджоникидзе, Грозном, Дербен­те, Горно-Алтайске, Петропавловске-Камчатском, Юж­но-Сахалинске и многих других.

Опыт использования малых источников со всей оче­видностью доказывает во многих случаях, что более це­лесообразна не очистка воды, забираемой из уже за­грязненного источника, а максимальное использование природных факторов сохранения и улучшения качества воды в водотоках и водоемах начиная от их истоков, осуществление комплекса водоохранных мер, включая создание заповедных зон водопользования, ибо сохране­ние природных качественных показателей воды более экономично, чем их восстановление. Именно фактор со­хранения водных ресурсов в ряде случаев стал опреде­ляющим в размещении промпредприятий (Томск) и жи­лой застройки (Магадан). Такой подход полностью со­гласуется с дальнейшим расширением природоохранных мер в нашей стране, намеченных XXVI съездом КПСС. Одним из положительных примеров сохранения ка­чества воды в источниках является Чернореченский во­дозабор на р. Ди-Шеуда (Двойной родник) в г. Гроз­ном. В конструктивном и технологическом -отношении водозабор отличается простотой инженерных решений, обеспечивающей, однако, достаточно высокую санитар­но-гигиеническую и техническую надежность водоснаб­жения: простейшая подземная запруда в русле реки, берегового типа, вода из которых по трубопроводам от­водится в общую водосборную камеру, хлорируется и выше запруды в 10 м размещены три водоприемники.


далее самотеком подается потребителям на расстояние более 5 км (рис. 61). Плотина создает небольшой под­пор подрусловых и поверхностных вод и тем самым обеспечивает сосредоточенный их отбор. Каждый из во­доприемников представляет собой шахтный колодец диаметром 2,2 м с водоприемным окном, перекрытым сороудерживающей решеткой, и с водоподводящим лот­ком. Лоток имеет длину 6 м и переменное (сужающееся к водоприемнику) сечение. На подходе к водоприемни­кам русловый поток перекрыт сороудерживающими сет­ками. Постоянное наблюдение, периодическая очистка сеток и решеток предотвращают попадание плавающих веществ в водопроводную систему. Интересен данный водозабор не только простотой конструктивных и техно­логических решений, но прежде всего водоохранными мерами, обеспечивающими надежное сохранение качест­ва природных вод на уровне ГОСТ 2874 — 82. Весь водо­сборный бассейн р. Ди-Шеуда включен в водоохранную зону водозабора. Сооружений и дорог в этой зоне нет, природопользование полностью подчинено целям водо­снабжения.



Рис. 61. Водозабор на р. Ди-Шеуда родникового питания

1 — запруда (барраж); 2 — водо­сборный колодец; 3 — самотечные трубопроводы; 4 — береговые водо­приемные колодцы; 5 — сороудер-живающие сетки; 5 — водосборные борозды в аллювиальных отложе­ниях; 7 — промежуточные площад­ки (карты) с травяным покровом

Речка Ди-Шеуда имеет родниковое питание. Много­численные родники (Алдынские ключи) с сосредоточен­ными и рассредоточенными выходами подземных вод у подножия сопок образуют четыре ручья с минимальным суммарным стоком более 100 тыс. м3/сут. Ручьи проте­кают в залесенных и покрытых травой ложбинах. Путь пробега воды от наиболее удаленных ключей до водо­приемников около 3,5 км. При отсутствии осадков по­верхностный сток Ди-Шеуды значительно сокращается, а дебит водозабора обеспечивается в основном подрусловым стоком в аллювиальных отложениях. Выходы родников, ручьи, русло самой речки тщательно прочищают, так что по­верхностные воды на всем пути от родников до водоприемников имеют контакт только с аллюви­альными песчано-гравий-ными отложениями и не претерпевают никакого загрязнения.


В зонах рас­средоточенного выхода подземных вод выполне­на сеть водосборных и водоотводящих борозд, площадки между которы­ми (карты) пропалывают для предотвращения за­грязнения воды при отмирании и перегнивании трав. Весь бассейн водосбора площадью около 400 га покрыт лиственным лесом с густым подлеском и сплошным тра­вяным покровом. В таких условиях даже дождевой по­верхностный сток не создает больших потоков, не вызы­вает эрозии почвы и не приносит в источник существен­ных загрязнений.

Санитарно-эпидемическая надежность водоснабже­ния в данном случае прошла длительную проверку, во­дозабор действует около 50 лет. Контроль качества во­ды здесь осуществляют помимо обычных лабораторных методов также биотестированием. В акватории водоза­бора и выше по течению от водоприемников постоянно находится 20...30 особей стерляди. Отдельные особи присутствуют даже в водосборной камере. Контроль за их состоянием и поведением позволяет своевременно установить непредвиденное загрязнение источника. Се­бестоимость воды на этом водозаборе в десятки раз меньше, чем на традиционных открытых водозаборах с водоочистными станциями.



Рис. 62. Водозабор с фильт­рующим водоочистным уст­ройством на мелководном источнике

а — ситуационный план; б — водоочистной блок; 1 — во­доприемник с решеткой и сеткой; 2 — шлюз-фильтр; 3 — трубопровод подачи очи­щенной воды; 4 — сбросной канал; 5 — регулятор уровня воды; 6 — фильтрующая за­грузка; 7 — дренажные тру­бы; 8 — водосборная каме­ра; 9 — сетчатое перекрытие

Аналогичный водозабор действует в системе группо­вого водопровода для Дербента и пос. Дагестанские Ог­ни (рис. 62). Этот водозабор имеет некоторое отличие от рассматриваемого выше водозабора в части устрой­ства водоприемников, которые представляют собой от­крытые водоприемные камеры — шлюзы, заполненные гравием. По дну водоприемных камер уложены перфо­рированные трубы, заканчивающиеся в водоотводящей камере.


Вода из многочисленных родников и ручьев по­ступает в водоприемники, пройдя сороудерживающие решетки и сетки, фильтруется через гравийную загруз­ку и, как в предыдущем случае, самотеком подается по­требителям.

Дальнейшее развитие этих двух водозаборов осу­ществляется с применением скважин и использованием подземных вод нижележащих водоносных пластов.

Приведенные примеры подтверждают целесообраз­ность и практическую возможность сохранения и улуч­шения качества воды непосредственно на водозаборах из поверхностных источников. Такая возможность достига­ется только при комплексном осуществлении природо­охранных мер, направленных на сохранение водных ре­сурсов.

Описанный принцип водоснабжения может широко применяться во вновь осваиваемых районах нашей стра­ны, где требуются небольшие по производительности сооружения, простые в устройстве, но достаточно на­дежные в эксплуатации.

Если в аналогичных условиях не достигается качест­во воды по ГОСТ 2874 — 82, водозаборы данного типа мо­гут рассматриваться как сооружения предварительной очистки воды.

3. Некоторые особенности устройства и эксплуатации водозаборов с учетом улучшения качества воды

Задачу получения с водозабора воды высокого каче­ства следует рассматривать в трех аспектах: гидрологическом, конструктивном и технологическом.

Гидрологические факторы оказывают оп­ределяющее воздействие на содержание взвешенных ве­ществ в отбираемой воде, их должны учитывать еще на стадии выбора источника водоснабжения. Известно, что многие коммунальные водопроводы имеют два, а иногда и более источников водоснабжения. Контроль качества воды в источнике и взаимосвязь режимов работы водо­заборов дают возможность в определенное время отби­рать воду из источника с более высокими качественны-им показателями, облегчая тем самым последующую ее очистку и сокращая расход реагентов. Влияние гидроло­гических факторов на качество отбираемой воды в каж­дом конкретном источнике должны учитывать при выбо­ре створа и точки размещения водозабора в данном створе.



Расположение водоприемников (или во­доприемных отверстий), их устройство с учетом динами­ки руслового потока и закономерностей транспортирова­ ния наносов позволяют не только предотвратить пере­бои в работе водозабора, о чем говорилось выше, но и обеспечить получение воды с минимальным содержани­ем взвеси и планктона. С этой точки зрения следует оценивать прежде всего место расположения водоприем­ника на выбранном участке реки. Вогнутый берег дает преимущества не только в отношении глубины потока, но и качества забираемой воды. Однако встречаются еще случаи, когда на водозаборах, расположенных у во­гнутого берега, при недоучете гидрологического факто­ра наблюдается обильное вовлечение наносов, затрудняющее очистку воды (Волгоград, Хабаровск, Барнаул и др.).

Так, водоприемник на одном из водозаборов из р. Амур, рас­положенный на расстоянии более 200 м от берега из условия обес­печения нужных глубин, оказался в полосе транспортирования на­носов. Реконструкция водозабора с приближением водоприемника к берегу (за пределы границы транспортирования наносов) позволила существенно облегчить работу водоочистной станции. Наличие не­скольких водоприемников на данном водозаборе позволяет манев­рировать заборами воды по сезонам года.

Еще более сложно решить вопрос расположения во­доприемника в безопасной в отношении наносов зоне на водохранилищах.

Для малых водозаборов простейшего типа (раструб­ные оголовки) заметный эффект улучшения качества во­ды дает расположение водоприемных отверстий (раст­руба) против течения реки (угол отвода речного потока а = 0°). Такие водоприемники применяют на горных ре­ках с расчетом использования инерционных сил потока, дающих экономию энергии на подъем воды. Но важно и то, что инерционные подъемники лучше других защи­щены от попадания в них наносов. По данным А. Е. Бе-лана [4], при а = 0° количество наносов, вовлекаемых в самотечные трубы, уменьшается в среднем на 40 % по сравнению с их количеством при перпендикулярном по­току расположении окон (а = 90°).


Обязательным усло­ вием при этом является превышение скорости речного потока иа над входной скоростью водоприемника ув, т. е.

Даже если место расположения водоприемника вы­брано верно, большой дополнительный эффект улучше­ния качества воды может дать маневрирование отбором по глубине потока: выше к поверхности — зимой, с боль­шей глубины — в период паводка. При этом важно обес­печить забор воды в той точке, где качество ее наилуч­шее. Достичь этого можно при наличии водоприемных отверстий на нескольких уровнях оперативным контролем качества воды, а также автоматической связью систем наблюдения за качеством и управлением водоприемны ми отверстиями.



Рис. 63. Водоприемный оголовок с наплавной запанью

1 — запань; 2 — водоприемник; 3 — самотечные трубопроводы

Например, на водозаборе из водохранилища Датчет (система водоснабжения Лондона) водоприемник имеет расположенные на разной глубине окна, отбор воды че­рез которые регулируется с помощью ЭВМ в зависимости от показателей качества воды на разных глубинах. Благодаря этому достигнут забор воды с наилучши­ми показателями по мут­ности, цветности, планк­тону и растворенному ки­слороду.

Целесообразность из­менения глубины отбора в процессе эксплуатации водозаборов диктуется стремлением получить во­ду не только более высо­кого качества, но и с бо­лее низкой температурой летом. На многих водое­мах происходит темпера­турная стратификация с более низкой температу­рой воды в придонном слое. Отбор воды из при­донного слоя можно обес­печить установкой на оголовке (рис. 63) временной за-бральной стенки (наплавной запани). Большие исследо­вания по отбору воды из стратифицированных водоемов выполнены А. Г. Аверкиевым, И. А. Забабуриным, И. А. Витрешко и др. [10, 16]. Связь основных парамет­ров области питания водозабора в данном случае опре­деляется следующей зависимостью:

 (1)

где Fr' — плотностное число Фруда; hg — глубина нижнего слоя об­ласти питания; Н — полная глубина водоема у водоприемника; v — средняя скорость потока в плоскости забральной стенки; q — удель­ный расход водоотбора в той же плоскости, q = QB/l; g — ускорение силы тяжести; QB — производительность водозабора; l — длина за­бральной стенки; е — относительная плотность воды: е= (р2 — p1)/p2 — = Ар1/р2 (р1 р2 — средневзвешенные значения плотности воды, соот­ветственно в верхней и нижней зонах питания).



Расслоение потока в водоприемнике может происхо­дить при Fr"<Fr"кp (где Fr"кр — критическое значение числа Фруда; по различным исследованиям Ргкр — = 0,28...0,325).

Задаваясь целью забрать воду из придонного слоя с более низкой температурой tв при средневзвешенной температуре выше границы раздела слоев t1 и ниже этой границы t2, определив относительную плотность воды е, можно установить соотношение расходов Qi и Q2, по­ступающих соответственно из верхней и нижней зон пи­тания:

K = Q2/Q1 = (t1 — tв)/(tв - t2).

На основе экспериментов И. А. Забабурин [16] опре­делил значения конструктивных и технологических па­раметров забральной стенки в диапазоне изменения К 0,58...10 (табл. 12).

Таблица 12. Параметры работы забральной стенки

K=Q2/Q1	Fr"	hg/H	Расход, %, QB	dh/hвх=hg/hвх-1
			Q1	Q2
___	0,3	0,85
0,58	0,28	0,8	63,4	36,6	3,5
1,77	0,25	0,7	36,1	63,9	0,75
3,47	0,22	0,6	22,4	77,6	0,5
4,95	0,2	0,52	16,8	83,2	0,6
6,2	0,17	0,45	13,9	86,1	1
7,26	0,15	0,4	12,1	87,9	1,5
10	0,1	0,25	9,2	91,8	3,5

Определив по этой таблице значения Fr", hД, hBX, по формуле (1) можно найти удельный расход q, а затем и длину забральной стенки l = QB/q.

Разумеется, применению забральной стенки должно предшествовать изучение температурного режима воды в источнике по сезонам года. Забральные Стенки позво­ляют существенно снизить вовлечение планктона в во­доприемники.

Практикой эксплуатации и в результате исследова­ния определились три направления улучшения качества воды на водозаборах: применение специальных водо­приемников, выделяющих часть взвешенных веществ не­посредственно при отборе воды, фильтрование воды на водоприемниках; осаждение взвеси в пойменных отстой­никах-водохранилищах.






Рис. 65. Зависимость вовлекаемых в водозабор взвешенных наносов

1, 2 — соответственно для обычного и сифонного водозаборов



Рис. 64. Береговой водозабор си­фонного типа


Изменение конструкции водоприемников, как прави­ло, меняет и технологию отбора воды, следовательно, влияние конструктивных и технологических факторов на качество отбираемой воды надо рассматривать во взаи­мосвязи.

В последнее время разработан ряд новых типов вот доприемных устройств, имеющих существенные преиму­щества в отношении качества забираемой воды. Преж­де всего это относится к водозаборам систем ирригации на горных и предгорных реках с обильными донными на­носами, исследованным Н. Ф. Данелией. Они сравни­тельно редко применяются в коммунальном водоснабже­нии, в связи с чем детально нами не рассматриваются. Оголовки с аванкамерами вихревого типа, предложен­ные А. С. Образовским, обеспечивают равномерные ско­рости входа воды на большом водоприемном фронте и уменьшают благодаря этому вовлечение наносов. Они являются более надежными в отношении не только от­бираемого расхода, но и качества воды.

Сифонные водоприемники А. Г. Аверкиева с гори­зонтальными окнами, обеспечивающие восходящий при­ем воды (рис. 64), также дают положительный техноло­гический эффект с улучшением ее качества не только по взвешенным, но и по плавающим веществам. Достигает­ся это благодаря большему, чем на других водозаборах, заглублению водоприемных окон, что особенно важно при малой глубине воды в источнике, и выделению из воды взвешенных веществ на восходящем участке сифо­на. Очевидно, скорость потока на этом участке должна быть меньше гидравлической крупности отделяемых на­носов. Устройство сифонного водоприемника возможно как на береговых, так и на русловых водозаборах. На рис. 65 представлено сравнение количества наносов, во­влекаемых в водоприемные окна с обычным (прямоточ­ным) и с сифонным приемом воды. Как видно, примене­ние сифонного водоприемника дает возможность много­кратного уменьшения количества вовлекаемых наносов.


Приплотинные водозаборы, как известно, обеспечива­ ют не только более высокую надежность отбора воды, но и улучшение ее качества за счет предварительного от­стаивания в водохранилище. На небольших водопрово-. дах, особенно в районах Сибири и Крайнего Севера, где строительство и эксплуатация водоочистных станций за­труднены, а вода в источнике имеет малую мутность, этим методом издавна пользуются широко и эффективно. Положительное влияние зарегулирования стока на качество воды у водозаборов можно показать на приме­ре р. Алей. До зарегулирования мутность воды в реке достигала 3...5 тыс. мг/л, что не только осложняло ра­боту водозабора, но и нарушало технологию очистки во­ды. С вводом в действие буферного водохранилища на р. Склюиха мутность снизилась, но все же она достига­ла в периоды паводков 1,2...1,6 тыс. мг/л. И только с вводом в верховье р. Алей Гилевского водохранилища многолетнего регулирования положение существенно улучшилось: максимальное значение взвеси находится на уровне 300 мг/л, вдвое (с 4 до 2 мес) сократилась продолжительность периода повышенной мутности (рис. 66). К тому же минимальный сток в реке увеличился с 0,5 до 5...6 м3/с, что обеспечивает устойчивую работу во­дозаборов.

Зарегулирование стока не только снижает мутность, но улучшает и другие показатели качества воды.



Рис. 66. Изменение мутности воды на водозаборе из р. Алей

---------- до строительства водохра­нилища (1979 г.);----------после строительства водохранилища (1980 г.)




Рис. 67. График цветности волж­ской воды

1 — поступающей в Учинское водо­хранилище; 2 — выходящей из водо­хранилища

Так, после пуска в 1960 г. Можайского водохранилища на р. Москве плотный остаток речной воды, по данным Н. Л. Козло­вой, И. П. Осадчих и др., уменьшился на 10 мг/л, а карбонатная жесткость — на 0,4 мг-экв/л. Для отстоя волжской воды на канале им. Москвы было построено Учинское водохранилище. Вода из двух водохранилищ (Пестовского и Пяловского) поступает в Учинское через донные водоспуски, что предотвращает или существенно огра­ничивает попадание в него плавающих веществ, нефтепродуктов, планктона и др.


Строгий санитарный режим на Учинском водохра­нилище, отвод поверхностного стока береговых склонов в другие бассейны, 100-метровая лесозащитная полоса по берегам обеспечи­вают существенное улучшение качества волжской воды, прежде все­го по цветности (рис. 67).

Иногда метод отстаивания воды в прудах и водохра­нилищах является единственным, но вполне достаточным средством улучшения ее качества. Примером могут слу­жить многочисленные водозаборы на Сахалине и Кам­чатке. Специально предназначенные для водоснабжения здесь небольшие водохранилища на горных реках в за­лесенной местности позволяют получать (после обезза­раживания) на протяжении большей части года воду питьевого качества без дополнительной очистки.

На многих водопроводах действует сейчас по не­скольку (3...4) водохранилищ (например, водопроводы Свердловска, Златоуста, Владивостока и др.), и при­менение менее сложной, но более обоснованной и, следо­вательно, надежной технологии очистки воды может дать большой экономический эффект. Например, строительст­во водохранилища вместимостью 5,2 млн. м3 на р. Аи (на Урале) позволило временно ограничиться максималь­но упрощенной системой обработки воды: решетки и сетки на приплотинном водозаборе, барабанные микрофильтры и обеззараживание с использованием электро­лизных установок на водоочистной станции. Более то­го, обеспечиваемое на водозаборе высокое качество во­ды в ряде случаев позволило отказаться от уже запроектированной сложной технологии ее очистки на водоочистных станциях. Так, приплотинный водозабор на водохранилище Красноярской ГЭС дает воду такого качества, при котором даже в периоды паводков доста­точно использовать одноступенное прямоточное фильтро­вание, что доказано многолетним опытом эксплуатации. Построенную здесь водоочистную станцию с двухступен-ной технологией (осветлители со взвешенным осадком и скорые фильтры) пришлось реконструировать, сущест­венно упростив технологию.

Примером положительного решения вопроса улучше­ния качества воды может служить также водозабор из Партизанского водохранилища в долине р.


Альма в Крыму [12], представляющий собой башню высотой 48,7 м с туннелем внутренним диаметром 3,5 м и общей длиной 350 м, в котором размещены два водовода диа­метром по 800 мм. Глубина водохранилища у водозабо­ра 37 м; водоприемные отверстия расположены в четы­ре яруса с расстоянием между ярусами 10 м, что позво­ляет отбирать воду с разных глубин. Подача ее на водоочистную станцию осуществляется под гидростати­ческим напором.

Таблица 13. Качество воДы на водозаборе из Партизанского водохранилища

Годы	Даты на­блюдений	Показатели качества воды
до изменения глубины забора	после изменения глубины забора
отметка глубины забора, м	темпе-ратура,°С	мутность, мг/л	цвет­ность, град	кол и -титр	отметка глубины забора, м	темпе­ратура, °С	мутность, мг/л	цвет­ность, град	коли -т игр
1978	17.01		3	20	30	5,5
30.01	44,8	3	6	15	28	— .	—	—	—	— .
30.03		6	4,5	10	16
11.11		10	1,2	10	37
1979	23.02	54,9	4	10,5	15	1,7	44,8	4	7	15	2,7
26.02	44,8	4	8,5	15	2,7	64,9	4	7	15	22
22.03	64,9	5	2,5	10	111	54,9	6	2,5	10	111
27.08	54,9	14	4,8	10	3,7	44,8	10	3,8	10	3,7
1980	7.04	44,8	6	14,8	20	4,1	64,9	8	14	20	4,4
17.06	64,9	16	1,8	10	10	44,8	9	1,6	10	11
5.09	44,8	11	4,4	15	27	54,9	14	5	15	138
11.12	54,9	8	36	35	27	64,9	7	4	35	138
1981	12.01	64,9	5	11,5	20	3,8	44,8	5	10,5	20	5,5
14.01	44,8	5	11	20	5,5	64,9	5	И	20	2,7
9.06	64,9	14	1,8	10	11	44,8	8	1,5	10	37

Показатели качества воды приведены в табл. 13, из которой видно, что с изменением глубины отбора дости­гается заметное повышение коли-титра и уменьшение мутности воды. Благодаря этому на протяжении 6 мес в году (с мая по октябрь) коагулирование воды на во­доочистной станции не производится совсем, а в нояб­ре — декабре достаточно бывает периодического (2... 6 ч в сутки) коагулирования малыми дозами. Очевидно, что эксплуатационные затраты в таких условиях снижа­ются до минимума. В значительной степени этому спо­собствует хорошее состояние зоны санитарной охраны (ЗСО) источника. Граница первого пояса ЗСО проходит по всему периметру водохранилища на расстоянии 100 м от уреза воды при НПГ, а второго пояса — охватывает весь бассейн водосбора выше створа плотины.

Водозабор из водохранилища Чиркейской ГЭС (Сулак) в Да­гестане, предназначенный для водоснабжения Буйнакска и пос. Дуб­ки, дает воду, отвечающую требованиям ГОСТ 2874 — 82, благодаря чему отпала необходимость строительства водоочистной станции для Буйнакска, а построенная для пос. Дубки водоочистная стан­ция не используется. Столь удачный эффект достигнут не только за счет благоприятных природных условий (неразмываемые камени­стые берега водохранилища, залесенный бассейн водосбора и др.), но и благодаря удачным инженерным решениям по водозабору.

Сочетание интересов энергетики и водоснабжения при гидротехническом строительстве в Дагестане не яв­ляется единственным. Более двух десятилетий действу­ет встроенный в плотину Иркутской ГЭС водозабор сис­темы водоснабжения Иркутска, обеспечивающий качест­во воды в соответствии с требованиями ГОСТ 2874 — 82 без дополнительной ее очистки. Построенный в после­дующей очереди развития водопровода водозабор русло­вого типа на водохранилище Иркутской ГЭС также обес­печивает потребное для питьевых целей качество воды (табл. 14) после ее обеззараживания.

С ростом масштабов водопотребления, увеличением затрат на строительство и эксплуатацию водозаборов и водоочистных станций целесообразно шире практико­вать проектирование водозаборов в комплексе гидротех­нических сооружений ГЭС с учетом далекой перспекти­вы водопотребления,



В малых водохранилищах и прудах летом, особен­но в периоды паводков, вода может содержать повышен­ное количество взвешенных и плавающих веществ (во­доросли, траву, листья, кору деревьев и т.д.), и, следо­вательно, возникает необходимость дополнительной ее очистки. Поэтому в комплекс водозаборов включают иногда специальные сооружения, позволяющие совме­щать технологию отбора и очистки воды (рис. 68). Во­доочистное сооружение в данном случае представляет собой шлюз-отстойник из двух-трех секций с попутным (поверхностным) отбором осветленной воды, каждая сек­ция имеет свою водосборную камеру. Вода из водосбор­ных камер отводится самотечными трубопроводами или отбирается насосами (в последнем случае насосная стан­ция встраивается в тело плотины).

Таблица 14. Показатели качества воды на водозаборе из Иркутского водохранилища (1982 г.)

Дата наблю­дений	Цветность, град	Взвешен­ные вещества, мг/л	Сухой ос­таток, мг/л	Хлориды, мг/л	Сульфаты, мг/л	рН	Общая жесткость, мг-экв/л	Коли-титр
16.01	10	0,8	51,6	2,5	6	7,9	1,1	111
12.02	10	0,8	52,8	2,2	5,9	7,9	1,2	111
3.03	10	0,6	53,6	2,05	6	7,95	1,1	111
15.04	8	0,6	56	1,5	6,08	8	1,15	162
16.05	8	0,8	64	1,5	6	8	1,1	111
16.06	10	0,8	65,5	2	5,75	7,9	1,15	28
16.07	10	0,8	63,5	2	6,5	7,9	1,2	111
20.08	10	1,6	65,5	1,9	5,26	7,9	1,15	111
20.09	5	1,3	70,3	1,06	7,3	8	1,2	111
13.10	8	1	64	1,5	6	7,85	1,05	111
23.11	5	1,4	68	1,8	5,01	7,8	1,1	111
20.12	10	1	54	1,5	6	7,9	1,05	55,5

Рис. 68. Приплотинный водозабор со встроенными водоочистными сооруже­ниями

а — ситуационный план; б — водоочистной блок; 1 — земляная плотина; 2 — водоприемные отверстия с сороудерживающими решетками и сетками; 3 — водосброс; 4 — горизонтальный двухсекционный отстойник; 5 — перегородки; 6 — водосборная камера; 7 — трубопровод подачи очищенной воды (потреби-телям или на дальнейшую очистку); 8 — короба с полупогружными бортами; 9 — водосборные желоба; 10 — сбросные трубопроводы для осадка



Водоприемные окна водозабора выполняют роль входных отверстий отстойника, они, как обычно, пере­крываются сороудерживающими решетками и сетками, а также шиберами. Каждая камера отстойника имеет систему попутного отбора воды, выполненную в виде лот­ков или дырчатых труб, закрытых сверху перевернутым желобом с заглубленными в воду бортами. Такая система водоотбора полностью предотвращает попадание в водопровод плавающих веществ. Удаление наносов из отстойников не вызывает каких-либо затруднений и осу­ществляется без остановки водозабора. Для этого дни­ще отстойника выполняют с уклоном по ходу движения воды, а в его задней стенке делают придонные отверстия (щели) с шиберами или сбросные трубопроводы с за­движками. Каждая секция промывается отдельно. Опус­канием шибера на входе в секцию при открытых водо­сбросных отверстиях уровень воды в ней снижается и создается придонный поток с большой размывающей и транспортирующей способностью, который обеспечива­ет сброс осадка в нижний бьеф плотины. После этого секция снова включается в работу. Водозаборы данного типа прошли длительную проверку в производственных условиях, например, при производительности до 15 тыс. м3/сут.

Другой разновидностью водоочистного устройства на водозаборах является шлюз с фильрующей загрузкой. К этому типу водоочистных устройств относится широко известный фильтр О. М. Айрапетова, распространенный в Средней Азии, а также на Северном Кавказе. Шлюз либо встраивают в тело плотины, как в предыдущем случае, и тогда он является технологическим элементом второй (после отстаивания в водохранилище) ступенью очистки, либо строят как самостоятельное прибрежное сооружение (рис. 62). Здесь возможна чрезмерно боль­шая грязевая нагрузка на фильтр в периоды паводков, в связи с чем должна быть предусмотрена возможность кратковременного его отключения. Регенерация такого фильтра осуществляется смывом отложений поверхност­ным потоком воды аналогично предыдущему случаю, а также путем гидравлической декольматации фильтрую­щих грунтов [29].


Применению метода гидравлической декольматации в данном случае благоприятствует само­ течная подача воды на поверхность регенерируемой за­грузки. Как шлюз-отстойник, так и шлюз с фильтрующей загрузкой в зависимости от климатических условий мест­ности могут быть обстроены легким навесом (в южных районах) или размещены в капитальном отапливаемом помещении.

На основе исследований И. С. Бабаева в НИИ КВОВ Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфи­лова и Азербайджанском НИИ водных проблем [2] раз­работана принципиально новая технология забора воды из источников с высокой мутностью и предложен новый тип водоприемника — водоприемник-осветлитель (рис. 69). Его применение исключает необходимость специаль­ных сооружений предварительной очистки воды, зна­чительно упрощает строительство и эксплуатацию голов­ных сооружений водопроводов. Водоприемник-осветли­тель представляет собой понтонное наплавное устройст­во с донными или бортовыми водоприемными окнами, на котором смонтирован осветлительный блок с тонко­слойными полочными элементами из полимерных мате­риалов и с системой сбора воды. Исходная вода, пройдя через сетку и решетку в водоприемных окнах (ячейках), попадает затем в осветлительные тонкослойные элемен­ты (где при скорости потока 0,01...0,1 м/с происходит отделение значительной части взвеси) и далее через бу­ферную зону — в водосборную систему в виде желобов с треугольными водосливами. Масса отделяемых твердых частиц из тонкослойных элементов непрерывно сполза­ет в речной поток и транспортируется им вниз по тече­нию. Производительность водоприемника может регули­роваться изменением величины его осадки путем частичного заполнения водой верхних понтонов или использования иного балласта.



Рис. 69. Плавучий водоприемник с тонкослойными осветлительными элемен­тами

1 — водоприемные окна; 2 — тонкослойные полочные элементы; 3 — водосбор­ные желоба; 4 — водосборный коллектор; 5 — водоотводная труба; 6 — ниж­ние угловые понтоны; 7 — верхние продольные понтоны; 8 — гибкая вставка; 9 — трап; 10 — береговой колодец с насосной станцией I подъема



Подача воды от водоприемника в береговой колодец может осуществляться самотеком или с помощью насо­сов. Соединение водоприемника с берегом, его крепле­ние, обслуживание и т. д. производят так же, как и обычных плавучих водозаборов. В зависимости от обста­новки на источнике (качество воды, глубина потока и т.д.) местоположение водоприемника может измениться буксированием его. Устойчивая работа водоприемника обеспечивается при волнении не более 1 балла. Такие водоприемники могут применяться на реках и каналах при глубине потока более 3 м.

Высокий технологический эффект очистки (30... 60%) обеспечивается при мутности исходной воды бо­лее 500...1000 мг/л и достигается в основном за счет вы­деления частиц с гидравлической крупностью большей или равной 15 мм/с. Вместе с тем предотвращается попа­дание в водозабор листьев, щепы и других плавающих веществ. Такие водоприемники рекомендуется применять при положительной температуре воды в источнике. На­пример, на Куре (в Азербайджанской ССР) в системе Сабирабадского группового водопровода успешно эк­сплуатируется водозабор производительностью 25 тыс. м3/сут с водоприемником данного типа. Намечается дентрализованное производство двух типоразмеров та-

ких водоприемников ОВП-100/200 и ОВП-400/1000 про­изводительностью соответственно 100...200 и 400... 1000 м3/сут.

4. Водозаборы с пойменными водохранилищами

Важную роль в улучшении качества воды играют включаемые в комплекс водозаборных сооружений при­брежные пойменные водохранилища-отстойники с много­суточным пребыванием воды в них. Положительная роль таких водохранилищ известна давно в нашей стране [например, описанный водозабор из р. Алей для Руб­цовска (рис. 47) и из р. Днестр для Кишинева]. Водо­хранилища эти не только позволяют регулировать забор воды из реки, но и снижают содержание взвеси, окисляе-мость и бактериальную загрязненность. Предварительное осветление воды в пойменных водохранилищах-отстойни­ках на водозаборе из Днестра для Одессы длительное время обеспечивало возможность использования медлен­ных фильтров, а в настоящее время — одноступенной технологии очистки воды на скорых фильтрах.



Предварительное осветление в пойменных водохрани­лищах нашло широкое применение в зарубежной практи­ке водоснабжения, в частности в Финляндии, и заслужи­вает более широкого распространения в нашей стране. В пойменных водохранилищах вода может подвергать­ся не только отстаиванию, но и аэрированию, хлориро­ванию и т. д. с достаточно высоким эффектом осветле­ния.

Интересное решение водозабора с пойменным водохранилищем реализовано в Финляндии на водопроводе Хельсинки (рис. 70). Вода с водозабора берегового типа на р. Вантаа по туннелю протя­женностью около 0,5 км подается в водохранилище Силвола вмес­тимостью 5 млн. м3, длина которого около 1 км, ширина 0,5 км и глубина до 16 м. В водохранилище построены три выпуска и два водоприемника башенного типа. Конструкция выпусков и размеще­ние их относительно водоприемников позволяют создавать цирку­ляцию воды в водохранилище по двум замкнутым контурам, причем скорости течения таковы, что обеспечивают осаждение значительной части взвешенных веществ. Вода из водохранилища подается само­теком на водоочистную станцию, сюда же возможна подача воды непосредственно с водозабора на р. Вантаа, минуя водохранилище. Режим подачи воды и технология ее очистки устанавливаются в за­висимости от качества воды в источнике и корректируются по сезо­нам года.

При наличии в пойме аллювиальных отложений с хо­рошими фильтрационными свойствами пойменные водохранилища могут иметь прямую связь с рекой через грунтовый поток и подпиты­ваться этим потоком. При: этом открытый отбор воды непосредственно из русла реки может быть ограничен или даже не производиться вовсе, благодаря чему до­стигается высокое качество воды в водохранилище.

Использование подрус-ловых вод и применение со­ответствующих типов водо-. заборов (инфильтрацион-ных) всегда дает преимуще­ства в отношении качества получаемой воды. Если же при этом запасы подрусло-вых вод обеспечивают водо-потребление, целесообраз­ность применения инфильт-рационных водозаборов не вызывает сомнения.


Помимо традиционных способов от­бора подрусловых вод (при­брежными скважинами, га­лереями, дренами, подрус-ловыми лучами и т. д.) при­меняют иногда и открытый-способ с эксплуатацией обычных водозаборов из по­верхностных источников. Это возможно на поймен­ных водохранилищах с фильтрующим ложем, исполь­зуемых в качестве каптажных сооружений. При откач­ке воды из них и соответствующем понижении уровня достигается устойчивый приток подрусловых вод, обес­печивающий расчетную производительность водоза­бора.



Рис. 70. Водозабор р. Вантаа с бу­ферным водохранилищем

1 — береговой водоприемник, совме­щенный с насосной станцией; 2 — самотечный туннель для подачи воды в водохранилище; 3 — оголов­ки выпусков; 4 — водоприемники в водохранилище; 5 — туннель для отвода воды из водохранилища, 6 — напорные трубопроводы



Рис. 71. Плавучий водозабор на староречье

1 — основное русло реки; 2 — староречье; 3 — плавучий водозабор; 4 — берего­вая насосная станция; 5,6 — зеркало грунтовых вод соответственно в естест­венных условиях и при работе водозабора

Пойменные водохранилища могут быть образованы заполнением выемок от добычи гравийно-галечниковых и песчаных строительных материалов, когда создаются вдольбереговые карьеры с фильтрующими бортами, или естественных котловин, образующихся в результате рус-лоформирующих процессов самой реки. В первом слу­чае, удачно сочетая потребности стройиндустрии и во­доснабжения и разрабатывая карьеры с учетом строи­тельства водозаборов в последующем, можно сокра­тить удельные капитальные затраты. Во втором случае, используя староречья или перекрывая действующие про­токи с последующей их расчисткой, также можно создать благоприятные условия для водозабора без больших ка­питаловложений. В любом случае выемки должны быть обвалованы из условия незатопляемости их в периоды паводков и, кроме того, должны быть созданы соответ­ствующие зоны санитарной охраны.

На рис. 71 показан один из таких водозаборов на Они б системе промышленного водоснабжения (по М.


И. Кочину). Забор воды здесь осуществляется из староречья с помощью плавучей насосной станции на значительном удалении от основного русла реки. Первоначально наме­чалось построить здесь ковшовый водозабор с подводя­щим каналом до потребителя. Сложности производства строительных работ по самому ковшу и каналу, прохо­дящему по заболоченной пойме, и, следовательно, боль­шая продолжительность строительства потребовали ино­го решения вопроса. Оно было найдено как раз в ис­пользовании староречья Оби, врезающегося в хорошо фильтрующие песчано-гравийные аллювиальные отло­жения и вытянутого вдоль уступа первой надпойменной террасы. Предварительно было установлено, что произ­водительность водозабора может быть обеспечена в

большей степени за счет динамических запасов подрус-ловых вод и лишь частично — статических запасов в са­мом староречье.

Таким образом, староречье, позволившее получить воду высокого качества и благодаря этому отказаться от строительства специальных водоочистных сооружений, предусмотренных в первом варианте, выполнило роль площадного каптажного сооружения. Для увеличения дебита к нему были присоединены каналами соседние ста­рицы, расчищенные предварительно от наносов. Много­летняя эксплуатация этого водозабора с подачей воды не только на промышленное, но и на хозяйственно-питьевое водоснабжение без дополнительной очистки (не исклю­чая хлорирования) оправдала принятое решение.

Рассматривался аналогичный вариант водозабора для Томска из р. Том в староречье Сенная Курья. Длитель­ное время такие водозаборы надежно действовали на Иртыше [30] и Томи в системах железнодорожного, про­мышленного и хозяйственно-питьевого водоснабжения. Водозабор на Томи первоначально был представлен вдольбереговой выемкой в гравийно-галечниковых отло­жениях и водоприемником берегового типа, а в дальней­шем он был модернизирован с переходом на ковшовый водозабор. Опыт его устройства и эксплуатации послу­жил основой для обоснования проекта инфильтрационной галереи.



Надо отметить, что рассмотренные водозаборы из пойменных аллювиальных отложений, обеспечивая более высокое качество получаемой воды, в меньшей степени,, чем водозаборы в руслах рек, подвержены отрицатель­ному воздействию шуги, наносов, размыва и т. д. и, сле­довательно, более устойчивы в работе.

Таким образом, практика доказывает возможность и экономическую целесообразность применения данного типа водозаборов, особенно когда требуется улучшение качества воды. В системах временного водоснабжения и в аварийных ситуациях такой водозабор может оказать­ся наиболее приемлемым.



Рис. 72. Речной водозабор с системой улучшения качества воды в условиях Севера

I — открытый водоприемник; 2 — шпунтовая подпорная стенка; 3 — фильтру­ющий водоприемник; 4 — насосная станция I подъема; 5 — озеро, используе­мое для отстаивания воды; 6 — инфильтрационные озера; 7 — водозаборные скважины; 8 — резервуары чистой воды; 9 — насосная станция II подъема

Примером улучшения качества воды с использовани­ем естественных природных условий может служить по­казанный на рис. 72 комплекс водозаборных сооружений,, расположенный в тундровой зоне. Тяжелые условия за­бора воды из реки: интенсивное шугообразование, мощ­ный весенний ледоход, большая амплитуда колебания уровня и активные русловые деформации — затрудняют применение традиционных типов водозаборов в данном случае. К тому же высокая мутность воды в реке, ее низ­кая температура на протяжении длительного периода в году, сложные условия строительства, обусловленные наличием вечномерзлых грунтов, исключают возможность строительства здесь водоочистной станции с обычной технологией очистки. В этой связи Гипрокоммунводока-налом предложено модернизировать ранее построенные два водозабора (один из открытого, а другой из подзем­ного источников), объединив их в единый технологичес­кий комплекс. Первый водозабор представлен береговым водоприемником в шпунтовой деревянной подпорной стенке, дреной в береговых аллювиальных отложениях и насосной станцией I подъема.


Ежегодный размыв бере­ га создает аварийные ситуации на этом водозаборе, что вызывает перерывы в подаче воды потребителям, причем качество воды, прежде всего по мутности, не соответст­вует ГОСТ 2874 — 82. Второй водозабор (из подземного источника) представлен скважинами в аллювиальных отложениях, рассчитанными на инфильтрационное пита­ние из пойменных (старичных) озер. Вода в скважинах характеризуется повышенным содержанием железа. Из-за малого запаса воды в озерах, восполняемого толь­ко в периоды весенних паводков, дебит скважин резко изменяется по сезонам года. Таким образом, и этот водо­забор не обеспечивает бесперебойного водоснабжения.

Модернизация водозабора должна повысить надеж­ность подачи воды с одновременным улучшением ее ка­чества. Достигается это объединением пойменных озер в единый каскад и использованием их как регулирующих емкостей и как водоочистных устройств. Вода с речного водозабора, с увеличением ее мутности, подается в озе­ро 0-1, выполняющего функции отстойника, и далее, по мере необходимости, отводится в озера 0-11 и 0-III, вы­полняющие функции инфильтрационных бассейнов. От­стаивание и инфильтрация воды снижают ее мутность и цветность до требуемого уровня, а разбавление подземных вод за счет искусственной подпитки водо­носного горизонта сопровождается снижением содержа­ния железа. Вместе с тем многосуточный запас воды в озерах обеспечивает бесперебойную ее подачу даже при остановках речного водозабора.

Требования санитарно-гигиенической надежности сис­темы обусловливают необходимость двухступенного обеззараживания воды — на речном водозаборе и перед поступлением ее в резервуары. Эксплуатация такой сис­темы несложна, чистка озер может осуществляться с использованием техники общего назначения (бульдозе­ров, экскаваторов, земснарядов и др.). Переключения на трубопроводах позволяют корректировать, в зависимо­сти от качества исходной воды, технологию работы комп­лекса, обеспечивая минимальные эксплуатационные за­траты.



Специфически сложный гидрологический режим в эстуариях — на устьевых участках рек, особенно в усло­виях воздействия приливов и отливов, обусловливает существенные особенности решения вопроса сохранения качества воды на водозаборах.

Наблюдения показали, что во время приливов про­никание морской воды, например, в устье р. Север­ной Двины достигает 15...20 км, а если приливам сопут­ствуют ветры с нагонным волнообразованием, то может достигать 35 км. При этом даже 2 %-ное добавление мор­ской воды в пресную исключает использование ее для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Поскольку мор­ская вода оказывает флокулирующее воздействие на реч­ную воду, в устьях рек накапливается большое количе­ство осадка, при миграции потока могущего давать вто­ричное загрязнение воды за счет взмучивания.

Расположение водозаборов за пределами зоны воз­действия приливов диктует необходимость значительно­го удаления их выше по течению реки от потребителей, что влечет большие дополнительные капитальные затра­ты. Расположение водозаборов в зоне допустимого возра­стания хлоридов в периоды приливов (до 350 мг/л по ГОСТ 2874 — 82), являясь экономически более целесооб­разным, не исключает, однако, угрозы ухудшения каче­ства воды при непредвиденном сочетании погодных и иных условий. Подобные факты неоднократно были на водозаборах ряда приморских городов в нашей стране (Архангельск, Калининград) и за рубежом. Они обу­словливают некоторые особенности устройства и эксплу­атации водозаборов в эстуариях. Например, в комплек­се водозаборов на р. Преголе (рис. 73) имеются поймен­ные водохранилища, предназначенные прежде всего для хранения запаса воды на случай вторжения морских вод.

На водозаборе № 1 предусмотрено наряду с этим из­менение глубины отбора воды в зависимости от ее каче­ства. С этой целью используют набор устанавливаемых в подводящие каналы шандоров с водоприемными от­верстиями на разной высоте. В связи с обильным коли­чеством плавника в каналах на водозаборе № 1 установ­лены три ряда входных решеток с уменьшающимися по ходу воды прозорами, а на водозаборе № 2, кроме то­го, — вращающиеся барабанные сетки.


В обычных усло­ виях вода отбирается непосредственно из реки с после­дующей ее очисткой, при угрожающем возрастании хло­ридов отбор воды из реки уменьшается или прекраща­ется полностью с переключением питания водозаборов на водохранилище. Очевидно, что водохранилища могут использоваться также в качестве сооружений первой сту­пени осветления воды.



Рис. 73. Водозабор с пойменным водохранилищем на устьевом участке реки

1 — речной водозабор; 2 — водохранилище; 3 — очистная станция; 4, 5 — на­сосные станции соответственно II и I подъема

Из других способов предотвращения попадания мор­ской воды в водозаборы систем хозяйственно-питьевого водоснабжения следует отметить применение водовоз­душных завес, строительство подводных дамб и полуза­пруд, повышающих напор воды в реке, сезонное регули­рование стока и т. д.

 

5. Улучшение качества воды в ковшах и предварительных отстойниках

Водоприемные ковши наряду с защитой водозаборов от шуголедового воздействия обеспечивают, как извест­но, осаждение наносов и, следовательно, снижение взве­шенных веществ, в связи с чем их можно рассматривать как сооружения первой ступени очистки воды. Большие исследования в этом направлении выполнены НИКТИ ГХ Минжилкомхоза УССР (Г. Г. Руденко, М. А. Чайков­ская, В. С. Бесан и др.) на водозаборе из Днепра для Киева.

Для повышения осаждающей способности водоприем­ного ковша на этом водозаборе провели реконструкцию с установкой в ковше четырех продольных перегородок, а также передней и задней торцовых стенок, в результа­те чего в 2,4 раза был удлинен путь движения воды, лик­видирована поперечная циркуляция на входе, снижена скорость потока до 5,5 см/с в центральном, до 11,1 см/с в среднем и 10,7 см/с в боковом коридорах, общее время пребывания воды в ковше было доведено до 32,7 мин. Благодаря таким скоростям наносы осаждаются на всей длине ковша, а задерживаются в основном в боковом ко­ридоре, о чем свидетельствует резкое снижение мутности в этом коридоре (на глубине 5 м) с 34,4 до 4,5 мг/л.


Со­ ставной частью реконструкции ковша были также уст­ройство пневмозавесы на входе в центральный коридор, прокладка трубопроводов к водоприемнику для подачи суспензии из активированного угля для сорбционной об­работки воды и строительство хлораторной для первично­го ее обеззараживания. Подача воздуха составляла 10,4...11,36 м3/ч на 1 м пневмозавесы. Эффективность ра­боты пневмозавесы составляла: по снижению мутности — 9,2...17 %, органолептического азота — 6...И, фитопланк­тона — 40,1, плавника — 100%.

Ковш на р. Алей в Рубцовске в условиях слабого шуголедового влияния на водозабор работает исключи­тельно как отстойник, задерживая до 60 % взвеси при исходном ее содержании до 3,5 тыс. мг/л. Ранее дейст­вовавший здесь русловой водоприемник был сильно под­вержен воздействию наносов, осложнявших не только отбор воды, но и ее очистку. Многолетний опыт эксплуа-тации этого водозабора подтверждает техническую и экономическую целесообразность использования ковша в качестве водоочистного сооружения, ибо выделение взвеет в ковшах и последующее ее удаление требуют меньших затрат, чем на водоочистных станциях.

Н. Д. Артеменком и др. [1] обоснована возможность применения одноступенной технологии очистки воды Оби благодаря осветляющей способности водоприемного ков­ша. Этому способствовало зарегулирование стока реки, обеспечившего существенное снижение взвешенных нано­сов в нижнем бьефе плотины ГЭС.

Максимальная мутность у водоприемника в ковше в периоды паводков изменяется по годам в пределах 10... 185 мг/л, в самом ковше мутность снижается на 25..-. 80%. Одноступенная технология в данном случае ока­зывается не только более экономичной, но и более эф­фективной, чем двухступенная, так как остаточная (пос­ле ковша) мелкодисперсная взвесь плохо задерживается в отстойниках, ухудшая тем самым работу фильтров.



Рис. 74. Приплотинный водозабор с предварительными отстойниками (по Н. В. Ереснову)

1 — водоподъемная плотина; 2 — водоприемник незатопляемый; 3 — насосная станция; 4 — насосы для забора воды из реки в межень и из отстойника в паводки: 5 — насос для подачи воды в отстойник; б — отстойник; 7 — реагентное хозяйство



В водоприемных ковшах на р. Москве с временем пребывания воды около 12 ч содержание взвешенных ве­ществ, по данным Н. Л. Козловой и др., снижается в периоды паводков на 15...40%. Одновременно с этим на­блюдается снижение бактериального загрязнения воды.. В ряде случаев предварительное осветление воды на водозаборах позволило интенсифицировать работу водо­очистных станций с одновременным повышением их про­изводительности и улучшением качества очищенной воды. Так, на Одесском водопроводе из-за высокой мутности речной воды и низкой эффективности работы сооруже­ний первой ступени очистки (горизонтальных отстойни­ков) длительное время не удавалось интенсифицировать сооружения второй ступени. Эта задача была решена благодаря строительству подводящего канала-отстойни­ка, рассчитанного на 9-суточное пребывание воды. В ков­ше подводящего канала вода отбирается на всей его ширине перфорированными трубами, подвешенными на поплавках, и отводится в поперечный распределительный канал. Объем воды в канале обеспечивает достаточно большой ее запас, благодаря чему забор воды изреки при увеличении ее мутности может временно прекращаться, не вызывая перебоев в водоснабжении.





Рис. 76. Интегральные кривые гидравлической крупности взвешенных веществ в воде

--------------равнинных рек;---------горных рек



Рис. 77. Эффективность применения флокулянтов для обработки высокомут­ных вод

а — на горных реках; б — на равнинных реках; 1 — безреагентное отстаива­ние; 2 — с введением ПАА; 3 — с введением ВА-2

Рис. 75. Водозабор на горной реке с сооружениями для предварительной очистки воды

1 — быстроток; 2 — водоприемник; 3 — донная решетка; 4 — песколовка; 5 — радиальный отстойник; 6 — трубопроводы подачи воды на предварительную» очистку; 7,8 — соответственно глубинный и поверхностный отбор воды иа отстойника; 9 — трубопроводы подачи воды на водоочистную станцию или потребителям; 10 — грязевый трубопровод

На водозаборе из р. Кубань для Армавира, где содержание взвешенных веществ достигает 5...10 г/л, производительность водо­очистной станции с обычной двухступенной технологией не превы­шала 18 тыс.


м3/сут, мутность воды после первичных отстойников достигала 200...900 мг/л и, следовательно, нарушала работу фильт­ров (исследования В. Н. Чуса). Благодаря строительству самопро­мывающегося водоприемного ковша в последующем работа водо­очистной станции улучшилась, но только с вводом в действие в 1962 г. предварительного отстойника, задерживающего до 50 % взвеси, достигнута возможность увеличить производительность стан­ции до 40 тыс. м3/сут с одновременным доведением качества полу­чаемой воды в соответствии с требованием стандарта. Отстойник представляет собой открытый бассейн с бетонным покрытием дни­ща и откосов вместимостью 4,2 тыс. м3, в том числе рабочая часть и иловая — 2,1 тыс. м3 каждая. Он соединен с рекой подводящим каналом. Благодаря тому что периоды высокой мутности и соот­ветственно работы предварительного отстойника совпадают с весен­ними паводками, подача воды в него не требует подкачки и произ­водится самотеком. Затраты на строительство отстойника составили 20 тыс. руб. и окупились в течение первых двух лет его эксплуа­тации.

Ниже даны примеры водозаборов с предварительным осветлением воды в горизонтальных (рис. 74) и радиаль­ных отстойниках (рис. 75).

Предварительные отстойники на водозаборах реко­мендуется применять при высокой (больше или равной 2000 мг/л) мутности речной воды, характерной для рек южной зоны нашей страны. С. М. Джафаров [14] приво­дит полученные в натурных условиях интегральные кри­вые связи мутности и гидравлической крупности частиц для некоторых рек этой зоны (рис. 76). Как видно, без-реагентное отстаивание при расчетной (преобладающей) гидравлической крупности взвеси w0 = 0,12...0,15 мм/с обеспечивает невысокий эффект осветления — на уровне 35...45%. Исследования С. М. Джафарова показали, что работа предварительных отстойников может быть интен­сифицирована за счет применения высокомолекулярных флокулянтов ПАА и ВА-2. Приведенные на рис. 77 ре­зультаты этих исследований подтверждают резкое повы­шение эффективности при реагентном отстаивании.


При дозе ВА-2 0,2...0,8 мг/л и 30-минутном отстаивании эф­фект осветления достигает 98...99 %.

Большой интерес представляет отстаивание воды не­посредственно в источнике в подводных отстойниках, на­шедших применение в зарубежной практике, в частности в Канаде. Выполняют такие отстойники из трехслойного армированного полиэтилена. Забираемая из реки вода предварительно проходит отстаивание, благодаря чему основная часть взвеси совсем не попадает в водоприем­ные устройства. Основание подводного отстойника при­жимают к дну реки, а стены, перегородки и покрытие подвешивают к плавающим конструкциям из вспененно­го полиэтилена. Применяют несколько типов таких от­стойников (трубчатые, перегородчатые, сегментные и т. д.), рассчитанных как на безреагентное, так и на реагентное отстаивание воды.

6. Водозаборы с фильтрующими водоприемными устройствами

Разновидностью водозаборов с улучшенными техно­логическими показателями считают водозаборы с фильт­рующими водоприемниками: русловые оголовки и бере­говые водоприемники с каменной обсыпкой, с фильтрую­щими кассетами, с фильтрацией через естественные ал­лювиальные отложения и др. Благодаря малым входным скоростям фильтрующие водоприемники, как отмечалось выше, менее, чем открытые, подвержены воздействию шуголедовых факторов; это преимущество в ряде случа­ев (особенно в условиях Севера) определяет главное их назначение — защита водозаборов от шуги. При этом улучшение качества воды рассматривается как сопутст­вующий эффект. Однако в южных районах на реках с резкими колебаниями мутности воды в источниках значи­мость водоочистного эффекта фильтрующих водоприем­ников возрастает и нередко становится определяющей. Еще на ранней стадии развития централизованного водо­снабжения это послужило предпосылкой к созданию ин-фильтрационных водозаборов, совмещающих функции водозаборных и водоочистных сооружений, где улучше­ние качества воды становится главным преимуществом.


Существует несколько типов фильтрующих водоприем­ников, отличающихся фракционным составом фильтру­ ющего материала, компоновкой фильтрующих элементов, их расположением и т. д.

Обычные фильтрующие водоприемники, применяемые с давних пор, представляют собой простейшие типы ого­ловков (раструбные, свайные или ряжевые), водоприем­ные отверстия которых обсыпают рваным камнем или галечником, выполняющими роль фильтра (рис. 78, а).

Для увеличения водозахватной способности оголовок мо­жет быть выполнен в виде заглубленной в дно реки дре­ны. Такой водоприемник хорошо задерживает хворост, щепу, траву, листья и другие плавающие вещества, а также крупные взвешенные частицы и исключает попа­дание рыбы. Поэтому отпадает надобность в установке сеток, что дает возможность уменьшить размеры берего­вого колодца и, следовательно, снизить капитальные за­траты на его строительство. Фильтрующий оголовок ме­нее подвержен подмыву, разрушающему воздействию льда, судов и т. д. Недостатком его является снижение со временем пропускной способности вследствие кольматации фильтра. Регенерацию фильтра производят обрат­ным током воды, что не всегда дает нужный эффект.



Рис. 78. Водозаборы с фильтрующими водоприемниками

а, б, в — на реках с мелкозернистыми отложениями в русле; г-на маловод­ных источниках с крупнозернистыми аллювиальными отложениями; 1 — фильт­рующий оголовок; 2 — береговой колодец, совмещенный с насосной станцией; 3 — фильтрующая береговая галерея; 4 — фильтрующая загрузка в водоприем­ной камере; 5 — донный фильтрующий водоприемник

На малых водопроводах при заборе воды из озер, осо­бенно в сельской местности, ранее нередко применяли фильтрующие каменно-щебеночные галереи (рис. 78,6). Дальнейшим усовершенствованием этого типа водозабо­ров является совмещение берегового водоприемного ко­лодца с водоочистным фильтром (рис. 78, в). Поступив­шая в береговой колодец вода фильтруется чере? слой песка, загруженного, как в обычных скорых фильтрах, на поддерживающие гравийные слои, а затем поступает не­посредственно к потребителям.


Песок промывается об­ ратным током воды со сбросом ее в источник самотеком или откачкой насосом. Ввиду связанного с этим отклю­чения водозабора береговой колодец необходимо разде­лять на две секции, каждая из которых должна иметь свой подводящий трубопровод. Площадь каждой ячейки фильтра рекомендуется принимать не более 4 м2. Оче­видно, данный тип водозабора может быть рекомендо­ван только для временного водоснабжения при потребно сти в воде 1...2 тыс м3/сут.

Обширные натурные и лабораторные исследования А. С. Образовского и Ю. И. Вдовина [8, 24] позволили значительно усовершенствовать фильтрующие водопри­емники и установить оптимальные параметры их работы. Фильтры стали выполнять в виде заключенных в решет­чатую или сетчатую обойму блоков (кассет), которые мо­жно монтировать и демонтировать без остановки водо­забора. Благодаря этому появилась возможность отка­заться от плохо промываемой фильтрующей обсыпки оголовков и сделать фильтр конструктивной частью ого­ловка. Тем самым обеспечена возможность надежной регенерации фильтрующей загрузки и, следовательно, повышения водоочистного эффекта.

Применение связующих материалов, например эпок­сидных смол, позволяет отказаться от обойм и делать фильтры в виде жестких водопроницаемых плит, допол­нительно облегчив их изготовление и монтаж. Примене­ние искусственных фильтрующих материалов позволяет еще более усовершенствовать фильтрующие водоприем­ники и повысить их водоочистную способность. Представ­ляет практический интерес трубчатый оголовок с фильт­рующим элементом из вспененного полистирола и с восхо­дящим приемом воды [4]. Он выполнен в виде раструба, сочлененного с цилиндром, который в свою очередь соч­ленен с диффузором. Цилиндрическая часть оголовка за­полнена плавающим зернистым полистиролом, удержи­ваемым сверху сеткой. Промывка фильтра осуществляет­ся обратным током воды. Однако, в отличие от ранее рас­смотренных оголовков, здесь фильтрующая загрузка при промывке расширяется, что позволяет отмывать не толь­ко мусор, но и кольматирующие частицы.


Благодаря этому оголовок может рассчитываться на задержание значительного количества взвеси и рассматриваться в большей степени как водоочистное, а не шугозащитное устройство. При наличии, достаточной глубины можно увеличивать толщину фильтрующего слоя с одновремен­ным уменьшением диаметра фракций загрузки, что по­вышает задерживающую способность фильтра. И все же применение фильтрующих водоприемников как водо­очистных устройств ограничивается водопроводами ма­лой производительности из-за сложностей в технологий очистки и возможных перерывов подачи воды. В связи с этим на водопроводах средней и большой производи­тельности применяется метод совмещенного (открытого и фильтрующего) отбора воды, когда в зависимости от содержания взвеси в речном потоке, шуголедовой обста­новки и др. периодически осуществляется прием воды от­крытыми или фильтрующими водозаборными устройст­вами. Возможны две технологические схемы совмещенно­го отбора воды: с параллельной работой открытого и фильтрующего водоприемников и с последовательной (чередующейся) их работой. Может быть несколько ва­риантов сочетания фильтрующего и открытого водоотбора.



Рис. 79. Водозабор с фильтрующим водоприемником на маловодной реке

1 — берегоукрепление. из каменной наброски (фильтрующее); 2 — фильтрую­щая призма; 3 — водосборная выемка; 4 — крепление русла; 5 — насосная станция

В отличие от совмещенных водозаборов на шугоносных реках, в случае когда совмещение осуществляется с целью улучшения качества воды, фильтрующий водопри­емник становится основным, а открытый — вспомога­тельным. Он включается в работу лишь зимой, в период ледостава, когда уровень в реке падает, снижая произво­дительность фильтрующего водоприемника. Поскольку качество воды в реке в этот период высокое, включение открытого водоприемника не осложняет технологию по­следующей водоочистки. На рис. 79 дан пример такого водозабора, построенного на одном из объектов нефтега­зовой промышленности по проекту Гипроспецгаза [28].


Здесь условиям забора воды не только конструктивно, но и технологически подчинено берегоукрепление, которое выполнено в виде каменной наброски по естественным аллювиальным отложениям на участке берега протяжен­ностью около 200 м, а в дно реки заглублена каменно-набросная упорная призма. Вместо обычно применяемого в этих условиях ковша сделана береговая выемка, отго­роженная от русла фильтрующей дамбой. Благодаря такой конструкции водоприемника достигается отбор воды из реки на всей затопленной площади берегоукрепления, при этом максимальная скорость фильтрации (при ГМВ) ле превышает 1 см/с. При снижении фильтрационного расхода может производиться дополнительный отбор во­ды фильтрующим оголовком, заложенным в упорную лризму, или открытым водоприемником донного типа. При угрожающем снижении уровня воды у водозабора могут быть сделаны полузапруды у противоположного берега.

В схеме с последовательной работой водоприемников вода из открытого водоприемника совсем не поступает в систему водоснабжения, а идет полностью или частично на фильтрацию с соответствующей очисткой.

Все описанные выше решения применимы не только для строительства новых водозаборов, но (и даже в «большей степени) для реконструкции действующих. В этой связи важное значение приобретают эксплуата­ционные испытания водозаборов, оценка натурных усло­вий их работы, обобщение опыта и модернизация.

 

7. Улучшение качества воды пойменной инфильтрацией

Метод улучшения качества воды путем береговой ин­фильтрации известен давно. Он является по существу первой производственной технологией очистки природ-лых вод для целей хозяйственно-питьевого водоснабже­ния. Применяемые водозаборы инфильтрационного типа получили дальнейшее усовершенствование за счет вклю­чения в их состав открытых водоприемников с подачей речной воды в пойменные водоочистные устройства: «фильтрующие площадки, бассейны или каналы [5, 18, 29], (рис. 80). Данный метод применяется для искус­ственного пополнения подземных вод и испытан на мно­гих водопроводах практически во всех климатических зонах нашей страны: в Новокузнецке, Красноярске, Со­чи, Тбилиси, Риге и т.


д. Во всех этих случаях качество воды, подаваемой потребителям после ее обеззаражива­ния, соответствовало требованиям стандарта на питье­вую воду.

При малых естественных запасах подземных вод или их отсутствии, например, из-за недостаточной мощности аллювиальных отложений фильтрующие пойменные во­доочистные устройства могут иметь прямое назначение — улучшение качества воды, подаваемой с открытого водозабора (рис. 81). Ниже дается оценка изменений качества воды на одном из водозаборов по результатам длительных производственных опытов.



Рис. 80. Инфильтрационный канал на водозаборе из р. Томь



Рис. 81. Водозабор с инфильтрационными бассейнами на р. Бала-Чичкан

1 — водопроводящий канал; 2 — инфильтрацнонные бассейны; 3 — дрены; 4 — смотровые колодцы; 5 — водосборный колодец; в — трубопровод подачи воды в сеть; 7 — обратный фильтр; 8 — водоотводная канава

Водозабор представлен инфильтрационной галереей, заложенной в толщу береговых аллювиальных отложений р. Томь, и открытым русловым водоприемником. Водоочистными устройствами служат инфильтрационные бассейны. Действуют три бассейна, выполненные в суглинках и расположенные в один ряд на расстоянии около 35 м ют галереи. Дно бассейнов заглублено до естественных отложений гравия и галечника со средним диаметром фракций 25 мм На по­верхность гравийно-галечниковых отложений уложен слой песка толщиной 0,5 м с эквивалентным диаметром зерен 1,2 мм и коэф­фициентом неоднородности 8... 10. Речная вода подается в бассей­ны без предварительной очистки и фильтруется в грунт со ско­ростью 5... 10 м/сут. Контроль качества воды осуществляет ведом­ственная лаборатория, находящаяся непосредственно на водозаборе, а также лаборатория санитарно-эпидемиологической службы. Пробы воды для анализа отбирают из водосборного колодца на галерее и из реки в створе этого колодца. Оценку качества исход­ной и очищенной в процессе инфильтрации воды производят по ос­новным физическим показателям — цветности, прозрачности, темпе­ратуре; химическим показателям — окисляемости жесткости, щелоч­ности; бактериологическую оценку — по изменению коли-титра



Вода в реке характеризуется небольшими колебаниями мутно­сти; содержание взвешенных веществ на протяжении большей части года составляет 10... 15 мг/л, а в период весеннего паводка возрас­тает до 100..:400 мг/л (иногда до 800 мг/л). Окисляемость, щелоч­ность, жесткость речной воды находятся в пределах норм Коли-титр изменяется от 0,001 до 0,4.

Из приведенных графиков (рис. 82 — 84) видна прямая зависи­мость качества очищенной воды от речной.

В предшествующий период (до искусственной инфильтрации) грунтовые воды характеризуются показателями а, в процессе ис­кусственной инфильтрации — показателями б.

Результаты длительных наблюдений подтверждают, что каче­ственные показатели воды изменяются с изменением соотношения ес­тественных и искусственных грунтовых вод.

Температура грунтовых вод с внедрением обводнения стала ме­нее устойчивой. Произошел заметный сдвиг ее к речной воде. Ам­плитуда температурных колебаний грунтовых вод увеличилась с 10 до 14°С, в то время как в реке она почти неизменно составляет около 22°С.

Прозрачность речной воды (рис. 82) изменяется в пределах 10...35 см по шрифту. Из года в год сохраняется устойчивая зако­номерность этого изменения: максимальное снижение в период ве­сеннего паводка с последующим повышением до 25...27 см и по­вторное снижение при осеннем паводке (сентябрь-октябрь). Прозрачность подаваемой с водозабора воды более устойчива, не снижается ниже 30 и не превышает 34 см, хотя до внедрения искус­ственной инфильтрации в отдельные периоды года прозрачность грун­товых вод достигала 37 см.

 



Рис. 83. Химические показатели качества воды

а — до внедрения искусственной инфильтрации; б — после внедрения------------ в открытом водоприемнике;---------в водосбросном колодце



Рис. 82. Физические показатели качества воды

а — до внедрения искусственной инфильтрации; б — после внедрения; ----------в открытом водоприемнике; --------- в водосборном колодце

Цветность воды в реке в весенне-летние месяцы возрастает, до­стигая 20...35°, а на протяжении большей части зимнего периода на­ходится на уровне 5°.


В то же время цветность грунтовых вод не выходит за пределы 5...16°. Изменения ее с внедрением искусствен­ной инфильтрации практически не произошло. Связь качественных изменений речной и грунтовой вод по времени неустойчива. Как видно, изменение цветности грунтовой воды происходит с отстава­нием по времени от речной. Обусловливается это соотношением ис­кусственных и естественных грунтовых вод в суммарном дебите во­дозабора, изменяющимся по сезонам года, и другими факторами.

Жесткость и щелочность грунтовой воды (рис. 83), как и ранее, на протяжении почти всего года остаются выше, чем речной. Влия­ние искусственной инфильтрации проявилось в том, что содержание солей жесткости в грунтовой воде зимой заметно снизилось. Объяс­няется это тем, что зимой, когда уровень воды в реке, а следова- тельно, и интенсивность естественной инфильтрации максимально снижаются, в суммарном дебите водозабора стали преобладать ис­кусственные грунтовые воды.

Окисляемость (0,7...4,3 мг/л Оз) сохранилась близкой к наблю­давшейся ранее (1...3.9 мг/л). Во всех случаях колебания окисляе-мости грунтовых вод менее резкие, чем речных. Разовые превыше­ния окисляемости грунтовых вод над речными не связаны с искус­ственной инфильтрацией, а объясняются, по-видимому, наличием иных источников загрязнения грунтовых вод. Но так как превыше­ния эти не выходили за пределы допустимого, причины их детально не исследовались.

Коли-титр грунтовых вод (рис. 84) с внедрением искусственной инфильтрации стал менее устойчивым. Если в предшествующие годы он почти не снижался ниже 4, то теперь нередко достигает 0,4 и приближается к коли-титру речной воды. Благодаря хорошо орга­низованному хлорированию подаваемая потребителям вода всегда имеет коли-титр на уровне 333. Как видно из рис. 84, колебания коли-титра грунтовых вод не соответствуют колебаниям его в реке, что объясняется существенным повышением интенсивности инфиль­трации из бассейнов в начале фильтроцикла (после очередной чист­ки).


Бассейны по завершении чистки вводятся в работу сразу, до созревания активной пленки на поверхности фильтрующего грунта. Исключить попадание первого фильтрата в грунтовый поток при этом невозможно. Поэтому для предотвращения или ограничения снижения коли-титра заполнение бассейнов производят с таким рас­четом, чтобы снизить расход фильтрата от одновременно очищенных бассейнов до уровня, при котором дополнительное бактериальное загрязнение грунтовых вод будет минимальным. Вопрос этот дол­жен решаться на основе специальных натурных исследований.

Наряду с отмеченными выше показателями анализировалось также изменение содержания в воде железа, аммиака, хлоридов. По всем этим показателям качество воды не выходило за пределы допустимого. С применением искусственной инфильтрации наблю­далось устойчивое снижение содержания железа в грунтовой воде с 0,3 до ОХ.0,25 мг/л.



Рис. 84. Изменение коли-титра воды

а — до внедрения искусственной инфильтрации; б — после внедрения; ---------- в открытом водоприемнике;---------в водосборном колодце

Таким образом, длительный опыт эксплуатации водозабора с фильтрующими пойменными водоочистными устройствами в гравий-но-галечниковых отложениях подтверждает достаточную санитар­ную надежность его работы. Качество получаемой воды может ре­гулироваться изменением соотношения искусственных и естествен­ных грунтовых вод и поддерживаться в пределах требований стандарта.

Полной бактериальной очистки воды в рассматриваемых усло­виях не достигается, в связи с чем обеззараживание ее перед по­дачей потребителям должно быть обязательным. Эффективность очистки воды в процессе искусственной инфильтрации полностью за­висит от местных условий: качества исходной воды, характера филь­трующих грунтов, отдаленности инфильтрационных устройств от водоприемных сооружений и др., и в каждом конкретном случае ее проверяют на опытных установках в натурных условиях.

Положительный опыт пойменной инфильтрации и дальнейшее более широкое внедрение ее в производство обусловливают необходимость конструктивного и техно­логического усовершенствования систем улучшения ка­чества воды на водозаборах.


В отечественной практике улучшение качества воды при пойменной инфильтрации осуществляется, как правило, по одноступенной схеме (рис. 85) — фильтрование через аллювиальные отложе­ния с последующим обеззараживанием. Основным типом сооружений при этом являются инфильтрационные бас­сейны, на эффективность работы которых, особенно в су­ровых климатических условиях, определяющее воздей­ствие оказывают: большая продолжительность периода низкой температуры воды в поверхностных источниках (5...6 мес); большая продолжительность ледостава в бассейнах (до 7 мес), удлиняющего соответственно продолжительность фильтроцикла; резкие изменения мут­ности исходной воды на протяжении фильтроцикла.



Рис. 85. Схема водозабора с систе­мой очистки воды

а — с обычной технологией инфильт­рации; б — с усовершенствованной технологией; 1 — водозаборные сква­жины; 2 — инфильтрационные бас­сейны; 3— насосная станция II подъема; 4 — водосборный трубо­провод; 5 — распределительный тру­бопровод; 6 — водоочистная стан­ция; 7 — насосная станция I подъ­ема; 8 — открытый водоприемнику 9 — соединительные трубопроводы; 10 — рассеивающие выпуски

Увеличение мутности исходной воды при низкой ее температуре в предпаводковый период, когда требуется максимальная интенсивность инфильтрации, сопровож­дается уменьшением водоотдачи бассейнов из-за уско­ренной кольматации фильтрующих грунтов. Производи­тельность водозаборов при этом резко снижается. По­скольку возможность регенерации грунтов в этот период исключается из-за ледостава в бассейнах, они длитель­ное время вынужденно бездействуют. Ввод в действие в предпаводковый период резервных бассейнов не обеспе­чивает дополнительного расхода воды вследствие про­мерзания фильтрующих грунтов и быстрого их заиле­ния. Возникает, таким образом, необходимость предвари­тельной очистки воды с применением дополнительных сооружений. Однако анализ режима работы систем пой­менной инфильтрации показывает, что эта задача может быть решена и более рационально — без применения до­полнительных сооружений, за счет повышения эффектив­ности работы самих бассейнов.


Прежде всего это может быть достигнуто последовательным осуществлением (че­редованием) в инфильтрационных бассейнах процессов фильтрования воды и осаждения взвешенных наносов, благодаря чему грязеемкость бассейнов многократно увеличивается. Технологической особенностью инфиль­трационных бассейнов-отстойников является то, что они работают в проточном режиме с периодическим измене­нием направления течения. При такой технологии систе­мы искусственной инфильтрации должны устраиваться с учетом следующих дополнительных требований: общее число бассейнов в системе должно быть не менее трех (два рабочих, один резервный); подача воды в бассейны должна осуществляться рассредоточенно у торцового откоса; бассейны должны быть соединены между собой трубопроводами; каждый бассейн, за исключением двух .крайних в ряду, должен иметь два ввода.

Ниже рассматривается режим работы системы пой­менной инфильтрации с бассейнами-отстойниками (см. рис. 85). Поскольку определяющим периодом для. рабо­ты бассейнов чаще всего является период зимней меже­ни, регенерация грунтов в бассейнах производится нака­нуне ледостава. На рассматриваемом водозаборе нака­нуне ледостава чистят бассейны Б-2 и Б-3 при одном работающем бассейне Б-1. После чистки Б-2 остается в резерве, а Б-3 вводится в действие и работает совместно с бассейном Б-1 в непроточном режиме. Благодаря ма­лой мутности исходной воды в этот период работа бас­сейнов по одноступенной схеме не влечет резкого сниже­ния их водоотдачи. По условиям технологии бассейн Б-1 с начала ледостава работает с большей нагрузкой, чем Б-3, потери напора в нем раньше достигают предель­ного значения, после чего интенсивность инфильтрации начинает постепенно снижаться. С этого момента изме­няют режим работы системы: прекращают подачу воды в бассейн Б-3 по разводящему трубопроводу, открывают соединительные трубопроводы и всю воду с открытого водозабора подают в бассейн Б-1 с одновременным вво­дом в действие резервного бассейна Б-2. Бассейны Б-1 и Б-2 при этом начинают работать в проточном режиме.


Работая как отстойник, бассейн Б- 1 сохраняет, однако, еще достаточно большую интенсивность инфильтрации. В бассейне Б-2 под воздействием тепла протекающей во­ды в течение некоторого времени оттаивает грунт. Сни­жение производительности бассейна Б-1 компенсируется первоначально увеличением нагрузки на бассейн Б-3, а затем по мере оттаивания грунта — инфильтрацией из бассейна Б-2. Но и после практически полного прекра­щения инфильтрации воды из бассейна Б-1 он не вы­ключается, а продолжает работать как отстойник, бла­годаря чему удлиняется фильтроцикл бассейнов Б-2 и Б-3. Таким образом, осуществляется двухступенная очистка воды без применения дополнительных сооруже­ний.



Рис. 86. График работы инфильтраци-онных бассейнов-отстойников во взаи­мосвязанном режиме

1 — период чистки бассейна; 2 — пери­од полного выключения бассейна из работы; 3 — период оттаивания фильт­рующего грунта

Режим работы бассейнов в последующий период от­ражен на графике (рис. 86). Как видно, при новой тех­нологии каждый бассейн на протяжении одного фильтре цикла последовательно работает в режиме ин­фильтрации и в режиме осаждения взвешенных на­носов. Очень важно то, что в предпаводковый пе­риод с целью повышения эффективности предвари­тельного осветления воды два бассейна (Б-1 и Б-3) могут работать в режиме осаждения, а один (Б-2) — в режиме инфильтра­ции. В свою очередь бас­сейн Б-2 может выполнять, функции первой ступени очистки воды для двух других бассейнов. В отдельные периоды возможно также двухступенное отстаивание воды, например, в бассейнах Б-1 и Б-2.

Расчет инфильтрационных бассейнов-отстойников на осаждение взвешенных наносов сводится к определению мутности воды на конечном участке рк. Поток воды в бассейне может транспортировать определенное количе­ство взвешенных частиц, соответствующее критической мутности ркр. Содержащаяся сверх критической мутности взвесь (избыточная мутность ри) будет выпадать в оса­док.


Если полная мутность воды в начале бассейна-от­стойника ро, а в каждом сечении по длине потока ркх, то

рих = pКХ — ркр.

Рассматривая изменение мутности потока со средней гидравлической крупностью частиц w0, Ю. А. Ибад-заде и Ч. Г. Нуриев [17] получили уравнение



согласно которому



(2)

Средняя по сечению скорость потока иср в бассейне-отстойнике трапецеидальной формы, как известно из

гидравлики, определяется по формуле



где R = w/x — гидравлический радиус потока; п — коэффици­ент шероховатости; I — уклон свободной поверхности потока; y = f(nR) = 1/6...1/4; CR — коэф­фициент Шези, CR=Ry/n.

При средней ширине бассейна Bср> (15...20)H гидравлический радиус по­тока примерно равен его глубине (можно принимать R = H), а средняя по сече­нию скорость vcp близка к наибольшей по ширине бас­сейна скорости v. С уменьшением ширины бассейна раз­ница между vср и v возрастает и при Вср<6Н в 1,3...1,6 раза превышает иср (в зависимости от заложения отко­сов т). В таких случаях расчет осаждения взвеси реко­мендуется проводить по наибольшей скорости. По А. М. Латышенкову [21], v = Kvcp, где Я=(р + т)/(р + 6ш); р = b/H; 6 = 2/(2,5+y).

Поскольку при работе бассейна в режиме осаждения часть воды все же фильтруется из него в грунт, факти­ческая скорость потока по длине его будет уменьшаться, повышая тем самым надежность расчетов по приведен­ной методике.

В бассейнах с шириной по дну Ь = 4...6 м, глубиной Я=2...4 м, с заложением откосов т=1...1,5 средняя скорость потока очень мала (меньше 0,05 м/с), а режим потока близок к ламинарному. При этом поток утрачива­ет транспортирующую способность (ркр«0) и вся на­чальная мутность становится избыточной. В результате формула (2) упрощается:



Для упрощения расчетов можно пользоваться номо­граммой (рис. 87).

Зная мутность воды на выходе из бассейна-отстойни­ка первой ступени очистки и пользуясь методикой, раз­работанной Т. В. Бурчак [7], рассчитывают далее режим инфильтрации воды из бассейна второй ступени.





Рис. 87. Номограмма к расчету предварительных отстойников

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Артеменок Н. Д., Кунц К. Л., Баталов В. Г., Леонов Э. М. Очистка на контактных осветлителях воды, поступающей из ков­шового водозабора в нижнем бьефе водохранилища. — В кн.: Во­просы водоснабжения и воздействия льда на сооружения в услови­ях Сибири и Севера. — Новосибирск: 1982, с. 53 — 59.

2. Бабаев И. С. Методы очистки высокомутных вод для систем сельскохозяйственного водоснабжения. Обзорная информация, № 1, ЦБНТИ Минводхоза СССР. М., 1983.

3. Багоцкий Ю. Б., Вельмина Е. С. Борьба с биообрастаниями на водопроводных станциях. — В кн.: Повышение качества питьевой воды (Материалы семинара в Московском Доме научно-технической пропаганды им. Ф. Э. Дзержинского). М., 1977, 160 с.

4. Белан А. Е., Хоружий П. Д. Проектирование и расчет уст­ройств водоснабжения. — Киев: Будiвельник, 1981, 190 с.

5. Берданов В. М. и др. Искусственное пополнение подземных вод в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения. — М.: Строй-издат, 1978, 260 с.

6. Биянов Г. Ф. Плотины на вечной мерзлоте. — М.: Энергия, 1975, 182 с.

7. Бурчак Т. В. Инфильтрационные бассейны. — Киев: Буд!вель-ник, 1978, 152 с.

8. Вдовин Ю. И. Водоснабжение населенных пунктов на Севе­ре. — Л.: Стройиздат, 1980, 135 с.

9. Весманов В. М. Механизация работ в орошении. — Гидротех­ника и мелиорация, 1983, № 4, с. 32 — 34.

10. Витрешко И. А. Натурные исследования водоприемного со­оружения из стратифицированного водоема. — Водоснабжение и санитарная техника, 1977, № Ц, с. 9 — 10.

11. Временные рекомендации по облесению русловых берегов малых рек в лесной и лесостепной зонах равнинной территории Ев­ропейской части СССР. — М.: Колос, 1982, 8 с.

12. Голик С. С. Опыт проектирования, строительства и эксплуа­тации приплотинного водозабора. — Водоснабжение и санитарная техника, 1983, № 2, с. 10 — 13.

13. Гуров Н. В., Гагаринский В. П., Трифонов Ю. И. Выполнение подводных буровзрывных работ с плавучих установок.


— Монтажные и специальные работы в строительстве, 1980, № 11, с. 20 — 21.

14. Джафаров С. М. Повышение эффективности предварительно­ го отстаивания высокомутных вод. Труды ВНИИ ВОДГЕО, вып. 15. — М.: 1978, с. 39 — 47.

15. Ереснов В. Н. Гидравлические исследования фильтрующих рыбозащитных кассет. Научные исследования в области инженерной гидравлики и гидрологии. Труды ВНИИ ВОДГЕО, вып. 69. — М.: 1977, с. 69 — 76.

16. Забабурин И. А. Регулирование потоков у водозаборных со­оружений (гидравлические и гидрологические обоснования). — Харьков, Вища школа, 1982.

17. Ибад-заде Ю. А., Нуриев Ч. Г. Отстойники речных водоза­боров. — М.: Стройиздат, 1979, 168 с.

18. Искусственное пополнение запасов подземных вод. Материа­лы семинара в Московском Доме научно-технической пропаганды им. Ф. Э. Дзержинского. — М.: 1976, 116 с.

19. Карелин В. Я., Новодережкин Р. А. Насосные станции с центробежными насосами. — М.: Стройиздат, 1983, 224 с.

20. Колесникова Т. В. Пневмозащита водозаборных сооружений: от льда и шуги. — Гидротехника и мелиорация, 1980, № 2, с. 76 — 78.

21. Латышенков А. М. О распределении средней по вертикали скорости по ширине каналов трапецеидального сечения. Труды ВНИИ ВОДГЕО, вып. 60. — М.: 1976, с. 9 — 17.

22. Малеванчик Б. С. Инженерные аспекты защиты рыб на водо­заборах. — Гидротехническое строительство, 1981, № 6, с. 44 — 48.

23. Найдис Г. В. Рыбозащитные устройства на водозаборных сооружениях. — В кн.: Проектирование водоснабжения и канали­зации. Вып. 3. — М., Госстрой СССР, 1982, с. 13 — 15.

24. Образовский А. С. и др. Водозаборные сооружения для во­доснабжения из поверхностных источников. — М.: Стройиздат, 1976, 368 с.

25. Образовский А. С. Гидравлика рыбозащиты на затопленных водоприемниках систем водоснабжения. — В кн.: Проектирование водоснабжения и канализации. — Вып. 6. — М.: Госстрой СССР,. 1979, с. 1 — 6.

26. Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик. — Ведомости Верховного Совета СССР, 1970, № 50,.


ст. 566 с изменениями и дополнениями (Указ Президиума Верхов­ного Совета СССР от 7 января 1980 г.)

27. Павлов Д. С. Особенности поведения рыб в потоке воды. Биологические основы применения рыбозащитных и рыбопропускных сооружений. — М. Наука, 1978.

28. Пашковский Б. 3. Строительство водозаборных сооружений малой производительности. — Строительство трубопроводов, 1975, № 10, с. 30 — 32.

29. Порядин А. Ф. Устройство и эксплуатация инфильтрацион-ных водозаборов. — М.: Стройиздат, 1977, 124 с.

30. Порядин А. Ф. Водоснабжение в Сибири. Исторический очерк. — Л.: Стройиздат, 1983, 137 с.

31. Потапов В. М., Одинцов В. В. Опыт применения пневмоза-щиты для борьбы с шугой на водозаборе. — Водоснабжение и сани­тарная техника, 1975, № 1, с. 36 — 37.

32. Рябченко В. А., Русанова Н. А., Коробейникова Л. И. Совре­менные методы борьбы с биологическими обрастаниями и отложе­ниями в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения. Обзорная информация ЦБНТИ МЖКХ РСФСР, серия «Водоснабжение и ка­нализация», вып. 1 (32). — М. 1976, 64 с.

33. Синявская В. М. К вопросу исследования и разработки ры­бозащитных устройств для водозаборных сооружений. Сб. научных трудов Гидропроекта, вып. 80. — М.: 1982, с. 148 — 157.

34. Складнее М. Ф., Ляпин В. Е. и др. О методике расчета к проектирования ледотермического режима нижних бьефов ГЭС. — Гидротехническое строительство, 1982, № 11, с. 15 — 19.

35. Соковнин В. М., Мартюк А. И. Поворотные фильтрующие рыбозащитные устройства для водозаборов из источников с низкими минимальными уровнями воды. — В кн.: Проектирование водоснаб­жения и канализации. — Вып. 4. — М.: Госстрой СССР, 1982, с. 6 — 8.

36. Тугай А. М. Расчет и конструирование водозаборных узлов — Киев: Будшельник, 1978, 160 с.

37. Ускорение ввода орошаемых земель путем применения пла­вучих насосных станций/Южгипроводхоз. — Информационный вы­пуск, № 6, Ростов-на-Дону, 1982, 18 с.

38. Хартке Г. В., Мокин А. А. Водозаборные сооружения Но­рильского горно-металлургического комбината.


— В кн.: Проектиро­вание водоснабжения и канализации. — Реферативная информа­ция. - Вып. 7 (121). — М.: ЦИНИС, 1978, с. 1-5

39. Шевцова Л. В., Харченко Т. А., Мовчан В. А. Моллюск дрей-сена в закрытой оросительной сети и средства борьбы с ним — Гид­ротехника и мелиорация, 1979, № 5, с. 53 — 55.

40. Шикломанов И. А. Антропогенные изменения водности рек — Л.: Гидрометеоиздат, 1979, 303 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие .......

Глава I. Источники водоснабжения

1. Специальное водопользование .......

2. Выбор источника водоснабжения и оценка условий забо­ра воды

Глава II. Устройство водозаборов ........

1. Роль водозаборов в системах хозяйственно-питьевого во­доснабжения и принципы их размещения.....

2. Типы водозаборов и условия их применения

3. Устройство водозаборов в условиях Севера ....

4. Нестационарные водозаборы........

5. Усовершенствование водозаборов......

6. Реконструкция и увеличение производительности водо­заборов ..............

Глава III. Эксплуатация водозаборов ......

1. Приемка водозаборов в эксплуатацию и их обслуживание

2. Биообрастания на водозаборах и борьба с ними

3. Методы и средства рыбозащиты на водозаборах

4. Русловые процессы и защита водозаборов от наносов

5. Повышение надежности работы водозаборов

6. Повышение устойчивости работы насосных станций I подъема .............

Глава IV. Шуголедовые воздействия на работу водозаборов и борьба с ними.............

1. Эксплуатация водозаборов в условиях промерзания рек

2. Характерные ситуации и шуголедовые осложнения на во­дозаборах

3. Методы и средства шуголедовой защиты водозаборов

Глава V. Сохранение и улучшение качества воды на водоза­борах

1. Использование природных факторов для сохранения ка­чества воды на водозаборах ........

2. Сохранение качества воды на водозаборах из малодебит-ных источников ...........

3. Некоторые особенности устройства и эксплуатации во­дозаборов с учетом улучшения качества воды

4. Водозаборы с пойменными водохранилищами



5. Улучшение качества воды в ковшах и предварительных отстойниках .............

6. Водозаборы с фильтрующими водоприемными устройст­вами

7. Улучшение качества воды пойменной инфильтрацией Список литературы ............

Алексей Филиппович Порядин

УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОЗАБОРОВ

Редакция литературы по жилищно-коммунальному хозяйству

Зав. редакцией В. И. Киселев

Редактор Г. В. Беляева

Младший редактор Г. А. Морозова

Технические редакторы О. С. Москвина, Г. Н. Орлова

Корректор А. В. Федина

ИБ № 3555

Сдано в набор 18.05.84. Подписано в печать 31.08.84. Т-16884. Формат 84Х108 1/32. Бумага тип. № 2. Гарнитура «Литературная». Печать высокая. Усл. печ. л. 9,66. Усл. кр.-отт. 9,87. Уч.-изд. л. 10,52. Тираж 11 000 экз. Изд. № AVI-519. Заказ 838. Цена 55 коп.

Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23а

Владимирская типография Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7

---

---