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 водо­заборов на Севере за последние 20 лет обобщен Ю. И. Вдовиным.

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.

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 нагре­той 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.

Порядин А. Ф.

“Устройство и эксплуатация водозаборов”