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.

Порядин А. Ф.

“Устройство и эксплуатация водозаборов”