Классификация, условия применения

Водозаборным является сооружение, через которое вода посту­пает из водоисточника в насосную станцию. Это сооружение долж­но обеспечивать надежный забор воды требуемого качества из ис­точника с графиком водоподачи насосной станции, не допускать попадания в станцию плавающих мусора и водорослей, наносов, льда, шуги, рыбы. Конструкция и оборудование сооружения долж­ны обеспечивать не только его надежную и удобную эксплуатацию, но и возможность проведения осмотров, ремонтов. Также водоза­борное сооружение не должно препятствовать рыборазведению, су­доходству, лесосплаву. Влияние сооружения на гидравлический ре­жим водоисточника должно быть минимальным.
В зависимости от назначения насосной станции различают сле­дующие водозаборные сооружения:
для оросительной насосной станции;
для осушительной насосной станции; особенность этого типа сооружений — наличие в них самотечного сброса, позволяющего в периоды более высоких уровней воды в осушительной сети, чем в водоприемнике (реке, водохранилище), осуществлять самотечный сброс воды, минуя насосы;
для хозяйственно-питьевого или промышленного водоснабже­ния; отличительная черта этих сооружений — наличие в них мелко­ячеистых сеток для более качественной очистки воды от мелкого мусора.
В зависимости от вида соединения со зданием насосной станции различают водозаборные сооружения, совмещенные со зданием станции, и раздельного типа, то есть когда они расположены от­дельно от здания станции и соединены с ним водоподводящим со­оружением.
По расположению водоисточника водозаборные сооружения различают на русловые, располагаемые в русле реки или в водохра­нилище, и береговые, располагаемые на берегу или врезанные в берег. Это в большой степени зависит от формы русла, которое в пла­не обычно имеет криволинейную, извилистую форму. Извилины образуются под влиянием размывающего действия потока. Приразмыве одного берега и дна частицы грунта переносятся водным потоком и осаждаются у противоположного берега и у перекатов. У размываемого берега образуется углубленный участок реки — плёс. В равнинной реке плёсы обычно чередуются с перекатами. Плёсы находятся у вогнутых берегов, а у выпуклых берегов — отмели. Ин­тенсивность размыва грунта зависит от свойств грунта, скорости те­чения. В паводки берега размываются наиболее интенсивно, а про­дукты размыва отлагаются на перекатах. При спадах воды перекаты размываются и продукты размыва отлагаются у выпуклых берегов, образуя отмели. В поперечном сечении русла реки могут быть одно­ярусные и двухъярусные, при этом второй ярус — пойма заливается водой лишь во время паводков и весенних половодий. Берега рек могут быть пологими, крутыми, обрывистыми (рис. 2.1). Тип водо­заборных сооружений выбирают с учетом формы русла и крутизны берега.
Чтобы обеспечить бесперебойную работу при большом количе­стве наносов и сильном шугообразовании, береговые сооружения на реках могут быть выполнены в специальных ковшах ([9], с. 286).
По отношению к уровню воды в источнике водозаборные соору­жения бывают затопленные, в которых верх сооружения всегда на­ходится ниже уровня воды в источнике, затопляемые только во вре­мя высоких (при паводках) уровнях воды и незатопляемые.
Схему и место расположения отдельных элементов и оборудова­ния водозаборных сооружений выбирают, сравнивая технико-эко­номические показатели ряда вариантов. При этом учитывают при­родные условия (гидрология, геология, топография, климат), ис­пользование источника в данное время и перспективы его дальней­шего использования, опыт эксплуатации имеющихся в данном районе подобных сооружений. Водозаборные сооружения крупных насосных станций, расположенных на реках и водохранилищах, ис­следуют на моделях. Состав и конструкции соору­жений, входящих в гидроузел по забору воды из реки, зависят главным образом от гидрологи­ческого режима реки, качества воды в ней, инженерно-геоло­гических данных, характеризу­ющих свойства грунтов, слагаю­щих берега и дно реки, а также от забираемых расходов

Рис. 2.1. Формы поперечных сечений русл рек:
о — одноярусное с пологими берегами; б—
одноярусное с крутыми берегами; в-двухъярусное с поймой

Из гидрологических условий водоисточника наиболее важны обеспеченность расходов и уровней воды, состав и количество на­носов, внутригодовое распределение стока взвешенных наносов. Для проектирования водозаборных сооружений нужно знать:
минимальные уровни воды летом и зимой, чтобы правильно рас­положить водоприемные отверстия по вертикали;
максимальный паводковый уровень, а также максимальные уровни воды в периоды ледовых заторов, чтобы обоснованно назна­чать отметку верха водозаборного сооружения, имеющего как под­водную, так и надводную части;
максимальный и минимальный уровни воды в период ледохода для учета воздействия льда на водозаборные сооружения.
Минимальный уровень воды определяют с учетом сгона воды ветром, а максимальный — с учетом нагона воды. Согласно нормам проектирования расчетную обеспеченность уровней воды опреде­ляют по таблице 2.1.

2.1. Расчетная обеспеченность уровней воды в открытых источниках с водозаборными  сооружениями различной категории

Категории водозаборного сооружения по надежности подачи воды Обеспеченность уровня, % Максимального Минимального

I 1 97 II 3 95 III 5 90

На работу водозаборных сооружений большое влияние могут оказать гидробиологические процессы, происходящие в водоисточ­нике.
Обрастание решеток, сеток, затворов, внутренних поверхностей водоводов моллюском и другими организмами снижает пропуск­ную способность этих элементов. Поэтому следует предусматри­вать меры по борьбе с ними — хлорирование, промывку сбросной горячей водой, покрытие специальными красками.
Инженерно-геологические данные — это сведения о структуре, прочности и устойчивости грунтов, сопротивляемости дна и бере­гов реки размыву, возможности появления оползней, сейсмических явлениях и др.
Надежность работы водозаборного сооружения в большой сте­пени зависит от устойчивости русла в створе водозаборного со­оружения, поэтому оценке устойчивости русла необходимо уде­лять особое внимание при выборе места размещения водозаборно­го сооружения. В нерегулируемых реках крупность материала, из которого сложено русло, напрямую зависит от уклона, поэтому речные потоки делят на пять категорий: приустьевые, равнинные, предгорные, горные, высокогорные. В зависимости от соотношения крупности русловых отложений и уклона русла могут быть ус­тойчивые и неустойчивые, что оценивают параметром устойчивос­ти [9].
При выборе места расположения водозаборного сооружения на реке надо учитывать следующее:
располагать водозаборное сооружение как можно ближе к оро­шаемой территории, в пределах устойчивого участка русла криво­линейного очертания, на вогнутом берегу, несколько ниже верши­ны кривой, в зоне наибольших глубин реки. Для водозаборных со­оружений наиболее благоприятны участки, где в течение года на­блюдается небольшой размыв без существенных деформаций русла, или в крайнем случае устойчивые участки, где в течение года наблюдается то заиление, то размыв;
не устраивать водозаборное сооружение на участках реки ниже притоков, несущих большое количество наносов, в местах нерести­лищ и скопления промысловой рыбы, а также в местах нагона плав­ника и водорослей.
Водозаборные сооружения на реках должны быть запроектиро­ваны так, чтобы их расположение и формы обеспечивали плавное обтекание их потоком, не вызывали большего стеснения русла. Ориентировочно стеснение русла не должно превышать 10.. Л 5 %. Водоотбор из реки назначают с учетом минимальных расходов воды в реке. Считается, что при относительном водоотборе, то есть при отношении расчетного расхода водозабора к минималь­ному расходу воды в реке Qв/Qmin< 0,25, можно забирать воду из русла реки без каких-либо дополнительных мероприятий. При 0,25 < QB/Qmin< 0,75 надежный водозабор возможен только из по­токов с особо благоприятными формами и состоянием русла. В этих случаях, как правило, требуются руслорегулирующие работы, улучшающие условия забора воды, а также устройство водоподъ­емных плотин, обеспечивающих достаточные глубины в месте во­дозабора.
При отсутствии достаточных глубин в реке и наличии большого количества наносов для насосных станций средней и большой по­дачи рассматривают возможность применения подводящих кана­лов. При бесплотиняом водозаборе на вогнутом берегу реки с боко­вым отводом канал располагают под острым углом к течению.
В практике мелиоративного строительства широкое примене­ние находят и нестационарные водозаборы — фуникулерные, пе­редвижные и плавучие, которые обычно изготовляют в заводских условиях, а на месте строительства выполняют лишь небольшой объем строительно-монтажных работ. Поэтому их применяют в тех случаях, когда нужно возвести насосную станцию за короткий срок, недостаточный для строительства стационарных сооруже­ний. В основном же их применяют в сложных условиях строитель­ства, когда на возведение стационарных сооружений требуются большие капитальные затраты. Плавучие водозаборы устраивают вусловиях сильно деформирующихся русл и при амплитудах колеба­ний уровней воды в источнике более 5 м. Подача плавучих насос­ных станций обычно не превышает 20 м3/с