МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Е.В. Орлов
ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Учебное пособие
Москва 2013
УДК 628.11
ББК 38.761.1
О 66
Р е ц е н з е н ты:
профессор, доктор технических наук И.И Павлинова,
заведующая кафедрой коммунального и промышленного водопользования
ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия
коммунального хозяйства и строительства»;
кандидат технических наук В.А. Харькин,
генеральный директор ООО «Фирма Прогресс»
Орлов Е.В.
О 66
Водозаборные сооружения из поверхностных источников :
учебное пособие / Е.В. Орлов ; М-во образования и науки Росс.
Федерации, ФГБОУ ВПО «Моск. гос. строит. ун-т». Москва :
МГСУ, 2013. 100 с.
ISBN 978-5-7264-0736-4
Приведены основные сведения о поверхностных источниках водо­
снабжения. Рассмотрены различные варианты водозаборных сооружений
на водотоках и водоемах, а также в специфических условиях (моря, гор­
ные реки и т.д.). Приведена информация по охране природных источни­
ков и водозаборных сооружений от загрязнения.
Для студентов, обучающихся по программе бакалавриата, направле­
ние 270800 «Строительство», профиль «Водоснабжение и водоотведе­
ние».
УДК 628.11
ББК 38.761.1
ISBN 978-5-7264-0736-4
© ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2013
ПРЕДИСЛОВИЕ
Начало XXI в. характеризовалось интенсивным развитием промыш­
ленности и сельского хозяйства, ростом городов, что повлекло за собой
резкое увеличение потребления воды с забором из поверхностных ис­
точников, к которым относятся моря, реки, водохранилища и озера. На­
пример, всем известно, что больше всего воды тратится на промышлен­
ность, энергетику, сельское хозяйство. Для производства 1 т бумаги
необходимо 200 м3 воды. Для получения 1 млн кВт мощности от атом­
ной электростанции необходимо потратить около 3,5-4 км" воды. Для
орошения таких сельскохозяйственных культур, как рис, на 1 га поля
3
необходимо потратить 17 тыс. м воды. Современные города с населе­
нием более миллиона человек (Самаfа, Казань, Волгоград и т.д.) по­
требляют в сутки не менее 0,6 млн км воды. В последнее время в связи
с тяжелыми экологическими ситуациями в разных городах, находящих­
ся в южных широтах (засуха, загрязнение источников пресной воды),
встает вопрос о проектировании и строительстве морских водозабор­
ных сооружений совместно с опреснительными установками не только
на промышленные, но и на питьевые нужды. Данные сооружения помо­
гут получать питьевую воду многим городам Средней Азии, Ближнего
Востока, Африки и Океании.
В связи с развитием промышленности и ростом городов уделяется
большое внимание экономии воды. Стоит сказать, что в настоящее вре­
мя этот вопрос в полной мере не решен. Необходима более детальная
проработка решения этой проблемы.
Для снабжения потребителей качественной водой необходимо пра­
вильно запроектировать водозаборные сооружения, что невозможно без
детального изучения природных источников определенной местности.
Проблема охраны водных ресурсов от загрязнения с каждым годом
все острее воздействует на мировое сообщество. Дело в том, что мно­
гие реки, моря, а также Мировой океан в целом сильно загрязнены и
находятся на пределе своих возможностей по самоочищению, и если
не принять меры по охране природных источников, то, в конечном
счете, эта проблема выльется в экологическую катастрофу мирового
масштаба.
В учебном пособии приведены данные по природным источникам,
которые широко используются водозаборными сооружениями. Рас­
смотрены виды забора воды при различных условиях и ее подача по­
требителям. Приведены сведения по защите водозаборных сооружений
и природных источников от загрязнения.
3
Автор намеренно отказался от упоминания формул по расчету водо­
заборных сооружений и их элементов, которые можно при необходимо­
сти найти в специальной справочной литературе, а также в других ис­
точниках, список которых дан в конце издания.
В настоящем учебном пособии сделана попытка обобщить все дан­
ные по водозаборным сооружениям из поверхностных водоисточников.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по
программе бакалавриата, направление 270800 «Строительство», про­
филь «Водоснабжение и водоотведение».
Автор благодарит сотрудников кафедры «Водоснабжение» ФГБОУ
ВПО «МГСУ», особенно проф., д.т.н. Ж.М. Говорову и доц.,
к.т.н. Л.Г. Дерюшева, а также рецензентов, сделавших много ценных
замечаний.
1. Виды поверхностных природных
и искусственных источников, используемых
для водоснабжения
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДНЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ
ИСТОЧНИКАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Для правильного проектирования водозаборных сооружений из по­
верхностных вод необходимо знать природные условия источников, а
также процессы, протекающие в них. Полученные знания будут в целом
определять надежность и срок службы построенных водозаборных со­
оружений.
Сегодня в практике водоснабжения используются следующие по­
верхностные источники: океаны, моря, озера, реки, водохранилища и
каналы. Все перечисленные источники разбросаны по разным частям
земного шара, находятся на разных высотах, окружены разным релье­
фом и т.д. Поэтому процессы, происходящие в них, будут очень раз­
ниться. Гидрология северных морей будет резко отличаться от южных,
поэтому при проектировании водозаборных сооружений на это необхо­
димо обращать внимание и делать определенные выводы при выборе
определенных технических решений водозаборных сооружений только
после полного изучения каждого источника. Таким образом, выбор
конкретного источника водоснабжения, а вследствие этого и опреде­
ленного типа водозабора может быть сделан только после проведения
гидрологических, топографических, санитарных, геологических, эко­
номических и других изысканий и исследований.
Под гидрологическими исследованиями подразумевается получение
информации о водах, их взаимодействии с атмосферой и литосферой
(твердая оболочка планеты), а также явления и процессы, протекающие
в них (например, испарение или замерзание).
Топографические исследования позволяют получить изображения
географических и геометрических элементов местности методом съе­
мочных работ и на их основе создать карту и план определенной терри­
тории. Также топография является разделом геодезии, позволяющим
определить геометрические характеристики объектов на земной по­
верхности.
Санитарные исследования позволяют определить пригодность по­
верхностного водотока или водоема для водоснабжения, предугадать
возможные понижения качества воды, а впоследствии выбрать необхо­
димую степень очистки.
5
Геологические изыскания помогут дать ясную картину о составе
грунтов, о возможности строительства и особенностях возведения бу­
дущего сооружения, а также о мероприятиях, позволяющих впоследст­
вии правильно эксплуатировать водозаборное сооружение, не подвергая
его риску разрушения, например, из-за оползней.
Экономические изыскания позволяют оценить возможные капиталь­
ные вложения средств для возведения водозаборного сооружения в
конкретном месте, а также экономический эффект на перспективу раз­
вития в связи с увеличением водопотребления в конкретной местности
на 20-25 лет вперед.
1.2. ОКЕАНЫ И МОРЯ КАК ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Водная оболочка нашей планеты носит название гидросферы. Она
включает в себя воды Мирового океана, а также воды в жидком и твер­
дом состоянии (лед).
Гидросфера постоянно взаимодействует с другими оболочками на­
шей планеты, с которыми непрерывно идет процесс обмена энергией.
Мировой океан - это основная часть гидросферы, составляющая
94,2 % всей ее площади. Он окружает материки и острова, а также игра­
ет огромную роль в формировании климата Земли. Под действием сол­
нечной радиации вода испаряется и переносится на континенты, где
выпадает в виде различных атмосферных осадков. Течения переносят
нагретые или охлажденные воды в другие широты и в значительной
мере ответственны за распределение тепла по планете.
Мировой океан состоит из более мелких четырех океанов: Тихий,
Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый. Иногда (неофици­
ально) также выделяют и Южный океан, под которым подразумевают
воды трех океанов (Тихого, Атлантического и Индийского), окружаю­
щих Антарктиду. Четких очерченных границ островами и континента­
ми такой океан не имеет.
На рис. 1.1 представлена карта водосборных бассейнов Мирового
океана, на которой видны области питания и влияния каждого океана (с
учетом Средиземного моря и Американских средиземных морей, со­
стоящих из Мексиканского залива и Карибского моря) на окружающие
территории с четко выраженными границами.
Каждый океан, как правило, делится на более мелкие части, назы­
ваемые морями, под которыми подразумевают более или менее обособ­
ленные и обширные районы океана. Каждый такой район обладает сво­
им собственным и уникальным гидрологическим режимом, создавае6
мым под влиянием местных условий, которые необходимо изучить до
начала проектирования и строительства водозаборных сооружений.
't
'
1
~
.-~
Тихий океан
Индийский~~!:'-", ,
океан
, ·
Рис. 1.1. Карта водосборных бассейнов Мирового океана
(черным цветом показана бессточная область - часть суши,
не имеющая связи через речные системы с Мировым океаном)
Все моря имеют также свои уникальные метеорологические и кли­
матические режимы, что связано с их окраинным положением относи­
тельно океанов и замедлением водообмена из-за ограниченности связи
с открытой частью. Моря также отделяют друг от друга в соответствии
с их флорой и фауной (например, Эгейское море находится в Среди­
земном море и т.д.). В качестве исключения некоторые озера из-за
больших размеров относят к морям, хотя по определению они таковы­
ми не являются, так как не соприкасаются ни с одним океаном (Каспий­
ское, Аральское, Мертвое и Галилейское моря).
На настоящий момент имеются различные классификации морей,
например:
- По степени принадлежности морей к океанам. Различают моря,
принадлежащие Атлантическому океану (Средиземное море, Черное
море и т.д.), Тихому (Японское море, Южно-Китайское море и т.д.),
Индийскому (Красное море, Тиморское море и т.д.), Северному Ледо­
витому (Чукотское море, Норвежское море и т.д.), Южному (море Рос­
са, море Амундсена и т.д.).
- По степени обособленности от океана и физико-географическим
условиям различают внутренние моря, которые делятся на средиземные
и полузамкнутые, окраинные, межостровные.
7
Средиземные моря окружены со всех сторон сушей. Сообщение с
океаном или с другим морем происходит за счет одного или нескольких
проливов. В качестве примера можно привести Средиземное море.
Полузамкнутые моря в некоторых местах ограничены материками и
отделяются от океана некоторым количеством полуостровов или остро­
вов, затрудняющих водообмен с ним. Но, несмотря на это, водообмен с
океаном протекает лучше, чем в средиземных морях. К полузамкнутым
морям относят, например, Японское море.
К окраинным морям относятся, в большинстве случаев, арктические
моря, расположенные на шельфе. Под шельфом подразумевается вы­
ровненная область подводной окраины материка, примыкающая к суше
и имеющая общее с ней геологическое строение. К таким морям можно
отнести моря арктического типа (Баренцево, Карское), а также Кариб­
ское, Желтое, Норвежское.
Межостровные моря - это части океана, окруженные кольцом ост­
ровов, поднятие рельефа между которыми ухудшает водообмен с океа­
ном. В качестве примера можно привести Яванское море (рядом с Ин­
донезией).
- По степени солености различают сильносоленые и слабосоленые
моря.
Под сильносолеными морями подразумевают моря, имеющие боль­
шую, чем в океане, соленость, благодаря активному испарению. Водо­
обмен в них заключается в оттоке более соленой морской воды в ниж­
ние слои и притоке более пресной воды в поверхностные слои от океа­
на. В качестве примера можно привести Красное море.
Слабосоленые моря имеют меньшую, чем океан, соленость из-за то­
го, что приток пресной воды со стоком рек и осадками не компенсиру­
ется испарением. В этом случае водообмен заключается в оттоке менее
соленой морской воды в поверхностные слои и притоке более соленой
воды в придонные слои через проливы. Самый известный пример это Черное море.
Моря также делятся на более мелкие составляющие - заливы, бух­
ты, губы, фьорды, лиманы, лагуны, гавани, проливы.
Залив - это часть моря, которая впадает в сушу и является открытой
для воздействия прилегающих вод, т.е. имеет свободный водообмен.
Достаточно часто местные особенности климата и материковый сток
могут придавать гидрологическим характеристикам заливов некоторые
специфические черты. В качестве примера можно привести Финский и
Анадырский заливы.
Бухтой называется небольшая часть залива, ограниченная острова­
ми или полуостровами, благодаря чему водообмен между бухтой и
8
прилегающим заливом затруднен. Часто бывает, что бухта защищена
выступами скал, островами от волн и ветра. В связи с этим гидрологи­
ческий режим бухты несколько отличается от режима прилегающих к
ней вод. Для примера можно привести Геленджикскую бухту в районе
Черного моря.
Глубоко впадающие в сушу заливы, в которые, как правило, впадают
реки, иногда очень крупные, называют губами. На дне их имеются ос­
татки речных отложений, а вода бывает сильно распреснена. Цвет воды
в губе резко отличается от цвета морской воды. Очень много губ можно
встретить на севере России. Как правило, такое название употребляется
только в нашей стране. Самыми известными являются Онежская и Об­
ская Губы.
Фьорд представляет собой узкий, извилистый, глубоко врезавшийся
в сушу морской залив. Берега скалистые высотой до 1 км. Длина фьорда
в несколько раз превосходит ширину. Чаще всего фьорды имеют текто­
ническое происхождение, благодаря этому глубина их в некоторых
местах доходит до 700-800 м и более. Фьорды образовались благодаря
ледниковой эрозии. Большинство фьордов можно встретить в Норве­
гии, Исландии, на севере России. Одним из глубоких и известных
фьордов является Согне-фьорд, расположенный в Норвегии.
Лиман - это мелководный залив при впадении реки в море. Он об­
разуется при затоплении морем равнинных рек. Обычно вода лимана
имеет промежуточную соленость между водой моря и пресной водой
реки, но при малом притоке пресной воды он может сильно засоляться
вследствие испарения.
Лагуна представляет собой мелкий водоем, отделенный от моря
узкой полосой намытого песка в результате отложения наносов и
соединенный с морем узким проливом. Также лагуной может называть­
ся участок моря между материком или коралловым рифом, а также
внутри атолла. Под атоллом понимается возвышение на дне океана,
увенчанное коралловой надстройкой, образующей риф с группой ост­
ровков, разобщенных проливами. Эти проливы соединяют океан с ла­
гуной.
Гаванью называют акваторию порта, непосредственно примыкаю­
щую к причалам, где производится погрузка и разгрузка судов, а также
посадка и высадка пассажиров. Обычно для гавани выбирают место,
хорошо защищенное от волн и ветра.
Под проливом понимают водное пространство, расположенное меж­
ду двумя участками суши и соединяющее смежные водные бассейны
или их части. Очень часто проливы используют для судоходства (Бе­
рингов пролив).
9
Вода морей и океанов в условиях отсутствия пресных вод служит
источником водоснабжения как для целей промышленности, так и
питьевых нужд. Запасы морской воды поистине огромны, что позволяет
наращивать темпы ее использования в последнее время.
1.3. ОЗЕРА КАК ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Озера являются компонентами гидросферы и представляют собой
естественные водоемы с замкнутым водообменом, которые образова­
лись в результате заполнения водой впадин на поверхности суши. Та­
кую впадину (углубление) называют озерной котловиной. Также озера
не имеют непосредственного соединения с морем (океаном). Озера мо­
гут быть сточными и бессточными. В сточных озерах часть вод сбра­
сывается в виде речного стока. Также бывает проточный тип озер, когда
поступление вод равно их стоку. В бессточных озерах сток отсутствует.
В таких озерах расход воды происходит за счет испарения. В качестве
бессточных озер можно привести озеро Балхаш и Ван.
По площади озера бывают от нескольких гектаров до несколько со­
тен тысяч квадратных километров. Глубина колеблется от нескольких
метров до 1,5 км (озеро Байкал). По всей нашей планете озера очень
широко распространены. Как правило, озера пополняются водой из рек,
морей, подземных источников, в результате выпадения атмосферных
осадков, таяния ледников.
По качеству воды могут быть как соленые, так и пресные озера. При
солености (минерализации) озера более 1 промилле его вода непригод­
на для питья без дополнительной обработки, такая вода отличается рез­
ким вкусом. Соленые озера подразделяются на солоноватые (до 35
промилле) и соленые (свыше 35 промилле). В подавляющем большин­
стве соленые озера - это бессточные водоемы, находящиеся в засуш­
ливом климате. Самое большое озеро Земли - Каспийское (море) явля­
ется соленым. Озеро Балхаш в своем роде уникально: часть его содер­
жит пресную воду, а часть соленую. Самое большое пресное озеро в
нашей стране - это озеро Байкал, которое также является и наиболее
глубоким. В мире самым большим по площади пресным озером являет­
ся озеро Верхнее (США).
При больших размерах озера наиболее активно проявляются процес­
сы воздействия вод на берега и дно (волнения и течения). Одновремен­
но с заселением озера и его берегов животными и растениями происхо­
дит и обратный процесс, заключающийся в их отмирании, когда на дне
озера накапливаются продукты разложения органических веществ
(формируется ил), что является нормальным процессом. Однако в зави10
симости от размеров озера процесс заиления может идти интенсивнее.
Оно начинает мелеть, уменьшается его площадь, потом зарастает и, в
конце концов, может превратиться в болото или полностью высохнуть
через какое-то время.
Необходимо отметить, что озера являются сложившейся экологиче­
ской системой на протяжении многих лет, т.е. даже небольшое пониже­
ние уровня воды в них в связи с водоотбором может приводить к эколо­
гическим изменениям. Большинство озер являются мелководными, а
ежегодное возобновление воды в них весьма незначительно (не бо­
лее 3 % ). Поэтому отбор воды сверх допустимых норм приводит к
ухудшению их состояния. Как правило, перед выбором озера в качестве
источника водоснабжения необходимо провести тщательные изыскания
и исследования.
1.4. РЕКИ КАК ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Рекой называют водный поток достаточно больших размеров, кото­
рый может питаться атмосферными осадками и подземными водами,
текущий в разработанном русле. Под руслом реки понимается наиболее
пониженная часть долины, выработанная потоком воды, по которой
осуществляется перемещение стока. Число речных водотоков на Земле
огромно. Длина их может быть от нескольких километров до несколь­
ких тысяч километров. Например, длина реки Амазонка составляет
6280 км, а реки Волга~ 3350 км. Россия занимает первое место в мире
по количеству рек, а также по их общей длине.
Реки являются продуктом климата и других факторов, таких как
рельеф, геологическое строение, почвенный и растительный покров и
т.д. В зависимости от этого реки можно классифицировать по размерам:
большие, средние, малые реки. Как правило, большая река протекает
через несколько географических зон.
В зависимости от условий формирования своего режима реки могут
быть: равнинные, горные, озерные, болотные и карстовые (питание за
счет подземных вод, заполняющих пустоты карста).
Важнейшей характеристикой реки является ее сток, под которым
подразумевают количество воды, стекающей с площади водосбора за
определенный промежуток времени. В зависимости от этого реки делят
на три группы: с весенним половодьем, с половодьем в теплое время
года и паводочным режимом.
Под половодьем понимается ежегодный повторяющийся в одно и
тоже время период, при котором происходит продолжительный и высо­
кий подъем уровня воды в реке. С равнинными реками это происходит
11
из-за весеннего снеготаяния, а с горными - по причине летнего таяния
ледников, что вызывает весеннее и летнее половодье.
Паводок, в отличие от половодья, возникает нерегулярно и характе­
ризуется быстрым и непродолжительным подъемом уровня в каком­
либо определенном месте реки и таким же быстрым спадом. Причина­
ми паводка обычно бывают обильные дожди или интенсивное и бы­
строе снеготаяние в период зимних оттепелей. Подъем уровня воды и
увеличение расхода иногда даже может превышать уровень наибольше­
го расхода в половодье.
Межень - это период, который характеризуется низкой водностью
из-за снижения поступления воды с водосборной площади. Он, как пра­
вило, происходит в одни и те же сроки внутри года. В зависимости от
времени различают летнюю и зимнюю межень.
Среди всех водных объектов суши, используемых для водоснабже­
ния, исключительно важное место занимают реки, так как они являются
основным источником пресных вод, которые используются на различ­
ные нужды.
1.5. ВОДОХРАНИЛИЩА КАК ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Водохранилище - это искусственный водоем, который создается с
целью накопления (хранения) водных запасов и регулирования речного
стока. Запасы воды, накопленные в периоды, когда естественный при­
ток превышает потребление, расходуются, когда приток воды не по­
крывает потребление. Водохранилища используют также для предот­
вращения наводнений, вызываемых резким повышением уровня речно­
го стока в период половодий или паводков.
Водохранилища делятся на два типа: озерные и речные. Для водо­
хранилищ озерного типа формирование водных масс существенно от­
личается по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Те­
чения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Водо­
хранилища речного (руслового) типа имеют вытянутую форму, водная
масса по своим характеристикам близка к речным водам.
Больше всего водохранилищ построено в США, где число искусст­
венных водоемов превышает 5000, из которых более 700 имеют очень
большой объем. Что касается развивающихся стран, то там процент во­
дохранилищ низок, хотя и продолжает наращиваться.
Водохранилища отличаются друг от друга такими параметрами, как
площадь зеркала, объем, длина, ширина, глубина. Также они разнятся
по конфигурации, характеру регулирования, термическому режиму,
технико-экономическим показателям и др.
12
Наибольшее распространение получили водохранилища в речных
долинах, образованные путем перекрытия русла водоподпорным со­
оружением (плотиной). В результате заполнения речной долины выше
подпорного сооружения повышаются уровни воды и аккумулируются
большие запасы воды для дальнейшего ее использования на различные
цели.
В нашей стране наибольшими по площади водного зеркала являются
такие озера-водохранилища, как Иркутское и Онежское.
Длина водохранилищ изменяется в пределах от нескольких сотен
километров для крупных водохранилищ, до нескольких километров для
малых водохранилищ. Ширина может колебаться от нескольких десят­
ков километров, в некоторых узких местах может доходить до 3-5 км,
а иногда и меньше.
В широких пределах изменяются и глубины водохранилищ. Средняя
глубина может колебаться от 2 до 90 м, но, как правило, в большинстве
случае редко где глубина составляет менее 1 О м.
Перспективно использовать водохранилища не только для регулиро­
вания стока, для передвижения водного транспорта, получения элек­
трической энергии за счет строительства гидроэлектростанций, но так­
же для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения.
1.6. КАНАЛЫ КАК ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Водный канал - это искусственная водная артерия, предназначен­
ная для сокращения водных маршрутов или для перенаправления пото­
ка воды.
Существует несколько назначений канала. Если канал используется
для доставки или отвода воды, то он называется ирригационный. Канал,
осуществляющий транспортные функции, например, доставку грузов
или людей, называется судоходный. Как правило, каналы совмещают в
себе обе функции. В качестве примера можно привести самые извест­
ные судоходные каналы: Суэцкий канал - бесшлюзовый канал в Егип­
те длиной 168 км, соединяющий Средиземное и Красное море, а также
Панамский канал длиной 81,6 км, соединяющий Панамский залив Ти­
хого океана с Карибским морем и Атлантическим океаном, располо­
женный на Панамском перешейке на территории государства Панама.
Каналы относятся к водопроводящим сооружениям (водоводам) искусственным руслам, с помощью которых осуществляется подача
воды из одного пункта в другой. Наряду с каналами, к водопроводящим
сооружениям относятся лотки, трубопроводы, гидротехнические тонне­
ли. От лотков каналы отличает то, что они располагаются в земле, тогда
13
как лотки - на земле или над землей. В отличие от трубопроводов и
гидротехнических тоннелей русла каналов открыты.
В системах водоснабжения каналы используют для подачи воды от
ее источника к месту потребления. Примером канала для водоснабже­
ния служит канал имени Москвы. Расположен в Московской и Твер­
ской областях России, частично протекает по городу Москве. Имеет
длину 128 км. Обеспечивает Москву примерно половиной всей потреб­
ляемой питьевой воды.
Каналы питьевого водоснабжения, создание санитарных зон вдоль
которых затруднено, а также каналы промышленного водоснабжения в
пределах промышленных площадок нередко выполняют закрытыми или
заменяют их трубопроводами.
Основными формами поперечного сечения каналов являются трапе­
цеидальная и прямоугольная. Сравнительно редко используют полу­
круглую форму и другие сложные формы сечения. Изготовление кана­
лов таких форм затруднительно по производственным условиям.
2. Общие сведения о водозаборных сооружениях
из поверхностных источников
2.1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ ИСТОЧНИКА
Водозаборные сооружения из поверхностных источников занимают
особое место среди других сооружений систем водоснабжения, так как
постоянно испытывают на себе огромное воздействие определенных
особенностей используемых природных источников воды, очень часто
достаточно специфических.
Выбранный источник водоснабжения должен обеспечивать отбор
воды необходимого количества при возможном росте водопотребления,
а также бесперебойно на протяжении всего срока службы.
Состояние воды в источнике должно быть определенного качества,
которое будет отвечать нуждам потребителей. При несоответствии ка­
чества воды в источнике требованиям потребителей используются очи­
стные сооружения, которые должны осуществлять экономически оп­
равданную очистку.
Источник водоснабжения должен обладать определенными объема­
ми, которые позволят производить забор воды из него без нарушения
экологической обстановки.
Подача воды потребителю обязательно должна осуществляться с
наименьшей затратой средств.
14
При возможности использования для определенного объекта двух и
более природных источников выбирают только один, который в боль­
шей мере будет обеспечивать бесперебойную подачу воды нужного
качества при наименьших затратах на строительство и эксплуатацию
системы водоснабжения.
При оценке использования водных ресурсов необходимо учитывать
следующие факторы:
- расходный режим водного объекта, водохозяйственный баланс и
устойчивость ложа, поймы или берегов с прогнозом на ближайшие 2025 лет;
- требования к качеству воды в источнике, которые предъявляются
потребителями;
- качество воды в источнике и прогноз его возможного изменения
с учетом поступления сточных вод;
- мутность, водная растительность, планктон, сор, биообрастания,
а также их режимы перемещения в воде;
- возможность пересыхания и промерзания источника, наличие
снежных лавин, а также других стихийных бедствий, которые могут
вызвать резкое падение или увеличение уровней воды;
- сезонные режимы источника (паводок, половодье, межень) и шу­
голедовые явления;
- температуру воды в источнике и ее стратификацию (распределе­
ние температуры воды по вертикали источника);
- требования органов по регулированию использования и охране
вод, санитарного надзора, охраны рыбных запасов и т.д.;
- возможность организации зон санитарной охраны источника;
- технико-экономическую оценку условий комплексного использования водных ресурсов в источнике.
Отличительные особенности забора воды из конкретного источника
водоснабжения рассмотрены в соответствующих главах.
Из всех сооружений систем водоснабжения водозаборные сооруже­
ния являются одними из самых дорогих, так как очень велика их роль в
обеспечении надежности работы всей системы водоснабжения.
Водозаборные сооружения, используемые для хозяйственно­
питьевого, а также производственного водоснабжения не допускают
перерывов в подаче воды. По характеру водопотребления и требуемой
обеспеченности подачи водозаборные сооружения делятся на три кате­
гории, которые приведены в табл. 2.1.
Условия забора воды из поверхностных источников могут быть лег­
кие, средние, тяжелые и очень тяжелые. Данные характеристики забора
воды представлены в табл. 2.2.
15
Таблица 2.1
Водозаборные сооружения по характеру водопотребления
и требуемой обеспеченности подачи воды
Кате­
гория
водоза­
борных
соору­
жений
11
111
Обеспеченность, %
Характеристика
обеспеченности подачи воды
Допускается снижение подачи
воды на хозяйственно-питьевые
нужды не более 30% расчетно­
го расхода воды и на производ­
ственные нужды до предела,
устанавливаемого
аварийным
графиком работы предприятий;
длительность снижения подачи
не должна превышать 3 сут.
Перерыв в подаче воды или
снижение подачи ниже указан­
ного предела допускается не
более чем на 1 О мин.
Допускаемое снижение подачи
воды - то же, что при 1 кате­
гории; длительность снижения
подачи - не более I О сут. Пе­
рерыв в подаче воды или сни­
жение подачи ниже указанного
п_Q _едела - до 6 ч
Допускаемое снижение подачи
воды то же, что и при 1 катего­
рии; длительность снижения
подачи воды не должна превы­
шать 15 сут. Перерыв в подаче
воды или снижение подачи
ниже указанного предела - до
24 ч
расчет­
ного рас­
хода во­
ды вис­
точнике
расчетного уровня
воды в источнике
макси­
мального
95
мини­
мального
97
90
3
95
85
5
90
Примечание. Объединенные хозяйственно-питьевые и производствен­
ные системы водоснабжения населенных пунктов при числе жителей в них
более 50 тыс. чел следует относить к 1 категории; от 5 до 50 тыс. чел. - ко
II категории; менее 5 тыс. чел. - к III категории.
16
Таблица 2.2
Условия забора воды из поверхностных источников
Характеристика условий забора воды
1
Условия забора воды из поверхностных источников
мутность, устойчивость берегов и дна
шуга и лед
2
3
другие факторы
4
Легкие
Мутность :о; 500
мг/л, устойчивое
ложе водоема и
водотока
Отсутствие внутриводного ледообразования.
Ледостав умеренной
(:о; 0,8 м) мощности,
устойчивый
Отсутствие в водоисточнике дрейсены, балянуса,
мидий и т.п., водорослей, малое количество загрязнений и сора
Средние
Мутность :о; 1500
мг/л (средняя за
паводок). Русло
(побережье) и берега устойчивые с
сезонными деформациями 0,3 м.
Вдольбереговое
перемещение наносов не влияет на
устойчивость подводного склона постоянной крутизны
Наличие внутриводного ледообразования,
прекращающегося с
установлением ледостава обычно без шугозаполнения русла и
образования шугозажоров. Ледостав устойчивый, мощностью< 1,2
м, формирующийся с
полыньями
Наличие сора,
водорослей,дрейсены, балянуса,
мидий и загрязнений в количествах,
вызывающих помехи в работе водозабора. Лесосплав молевой и
плотами. Судоходство
Мутность :о; 5000
мг/л. Русло подвижное с переформированием берегов и
дна, вызывающим
изменение отметок
дна до 1-2 м. Наличие переработки
берега со вдольбереговым перемещением наносов по
склону переменной
крутизны
Неоднократно формирующийся ледяной
покров с шугоходами и
шугозаполнением русла
при ледоставе до 6070 % сечения водотока.
В отдельные годы с
образованием шугозажоров в ттредледоставный период и ледяных
заторов весной. Участки нижнего бьефа ГЭС
в зоне неустойчивого
ледового покрова. Нагон шугольда на берег с
образованием навалов
на берега, торосов и
шугозаполнением прибпежной зоны
То же, но в количествах, затрудняющих работу
водозабора и сооружений водопровода
Тяжелые
17
Окончание табл. 2.2
1
2
Очень
тяжелые
Мутность > 5000
мг/л, русло неустойчивое, систематически и случайно
изменяющее свою
форму. Интенсивная
и значительная переработка берега.
Наличие или вероятность оползневых
явлений
3
Формирование ледяного покрова только при
шугозажорах, вызывающих подпор; транзит шуги под ледяным
покровом в течение
большей части зимы.
Возможность наледей и
перемерзания русла.
Ледоход с заторами и с
большими навалами
льда на берега. Тяжелые шуголедовые уеловия при наличии приливов
4
-
Примечание. Общая характеристика условий забора воды определяется
по наиболее тяжелому виду затруднений.
Важной характеристикой, оценивающей работу водозаборных со­
оружений, является параметр отказа источника водоснабжения. Под
этим термином подразумевается наступление такого состояния, при
котором источник не имеет возможности обеспечить получение из него
воды вообще или в необходимом количестве, например, в результате
сбросов загрязненных сточных вод, что может привести к резкому
ухудшению воды источника.
2.2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ
СООРУЖЕНИЙ
Водозаборное сооружение относится к комплексу гидротехнических
сооружений, предназначение которого заключается в заборе воды из
источника водоснабжения, выполнении функции предварительной ме­
ханической очистки от загрязнений и подачи потребителю или на очи­
стные сооружения под необходимым напором. Кроме того, обычно по
возможности стараются объединить водозаборное сооружение с насос­
ной станцией I подъема, но только после требуемого обоснования.
Под водоприемником понимают сооружение, предназначенное для
приема воды и соприкасающееся с водотоком или водоемом.
Водозаборные сооружения классифицируют по нижеперечисленным
признакам:
18
- по назначению: хозяйственно-питьевого или производственного
водоснабжения;
- по виду источника: речные, морские, водохранилищные, озерные
и т.д. с дальнейшим более мелким делением по типу (например, водоза­
борные сооружения в акватории порта на море);
- по производительности водозаборного сооружения: малой (менее
1 м3/с), средней (от 1 до 6 м3/с), большой (более 6 м3/с) производитель­
ности;
- по степени обеспеченности подачи воды: 1, 11 и 111 категории
(табл. 2.1);
- по компоновке основных сооружений: совмещенные (компону­
ются в одном сооружении, например, совместная компоновка с насос­
ной станцией I подъема) и раздельные (комплекс сооружений) соору­
жения;
- по типу стационарности: стационарные сооружения и нестацио­
нарные, как правило, временные (фуникулерные, плавучие и т.д.);
- по типу компоновки с другими гидротехническими сооружения­
ми: водозаборные сооружения, совмещенные с плотиной на водохрани­
лище, совмещенные с портами и т.д.;
- по наличию вспомогательных сооружений, обеспечивающих
приток воды к водозабору: водозаборные сооружения с подводящими
каналами и водоприемными ковшами.
Водозаборные сооружения, которые будут проектироваться для за­
бора воды из природного источника, должны гарантировать определен­
ный объем подачи воды, а также ее требуемое качество с учетом разви­
тия водопотребления в данной местности. Поэтому выбор схемы водо­
заборного сооружения возможен только после детального изучения оп­
ределенного природного ресурса, как было указано ранее.
Водозаборные сооружения для забора воды на хозяйственно­
питьевые нужды должны располагаться в тех местах природного ис­
точника, где возможно организовать зоны санитарной охраны. Нельзя
устанавливать водозаборные сооружения в местах сброса отработавших
вод, стоянок кораблей, судов, лодок, транспортных и товарных складов.
С целью экономической целесообразности и удешевления строительст­
ва рекомендуется по возможности максимально приближать водозабор­
ное сооружение к потребителю. При использовании воды на технологи­
ческие нужды промышленных предприятий, при условии невысоких
требований к качеству воды, допускается строить водозаборные соору­
жения на территории объекта с целью снижения стоимости коммуника­
ций, а также эксплуатационных расходов.
19
Тип водозабора принимается в зависимости от характера природных
условий, которые приведены в табл. 2.2. От этого будет зависеть, какие
конкретные компоновочные схемы (и с какими дополнительными со­
оружениями) необходимо выбрать для строительства в определенных
условиях.
Водозаборное сооружение, как правило, состоит из водоприемника,
сеточного (водоприемного) колодца и насосной станции. Наиболее ши­
рокое распространение получили водозаборные сооружения берегового
и руслового типа, отличие между которыми заключается в расположе­
нии водоприемника относительно берега природного источника.
Под комбинированным типом водозаборных сооружений подразуме­
вается водозабор, способный забирать воду как у берега, так и из русла
реки. Строительство такого типа водозаборного сооружения выходит
дороже, чем обычного. Существуют и преимущества, заключающиеся в
выборе типа забора воды (русловой или береговой) в зависимости от
времен года и природных условий, происходящих в данный момент
времени. Например, при резком понижении уровня воды в реке и при
невозможности отбора воды у берега (при возможном загрязнении воды
у берега), забор воды будет возможен в русле реки без остановки водо­
снабжения.
Каждый природный источник для забора воды обладает своей уни­
кальностью, что привело к появлению различных конструктивных схем
водозаборных сооружений, которые будут рассмотрены в соответст­
вующих главах настоящего пособия.
3. Речные водозаборные сооружения
берегового типа
3.1. УСЛОВИЯ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ РЕКИ
Реки (водотоки) являются одними из самых распространенных объ­
ектов для целей хозяйственно-питьевого и промышленного водоснаб­
жения. Имеется много разновидностей рек, отличающихся друг от дру­
га размерами, скоростью течения воды, глубиной и т.д. Перед тем как
выбрать реку в качестве источника водоснабжения, необходимо разо­
браться в процессах, происходящих в ней, а также выяснить, будут ли
выполняться условия, предъявляемые к забору воды будущим водоза­
борным сооружением.
Реки обычно текут в вытянутых пониженных формах рельефа, назы­
ваемых долинами. Наиболее пониженная часть долины - это русло, а
часть дна долины, заливаемая высокими речными водами, является
20
поймой или пойменной террасой. Как правило, русло реки имеет изви­
листую форму в плане. Глубокие участки реки называются плесами, а
мелкие - перекатами (рис. 3 .1 ).
2
4
2
Рис. 3.1. Участки реки:
1 - выпуклый берег; 2 - вогнутый берег; 3 - плес; 4 - побочень; 5 - перекат
При движении водных потоков в реке струи воды, набегая на вогну­
тый берег, уходят ко дну и размывают его. Таким образом формируется
углубление дна, называемое плесовой ложбиной. Струи воды у дна на­
сыщаются наносами и, дойдя до выпуклого берега, понижают свою
скорость, образуя отмель, которая называется побочнем.
Под наносами понимают твердые минеральные частицы вне зависи­
мости от их крупности, которые переносятся русловым потоком. Реч­
ные наносы образуются в результате водной эрозии. Происходит раз­
рушение поверхности земли под действием текущих вод. По характеру
движения твердых частиц в потоке различают взвешенные и донные
наносы. Взвешенные наносы - это совокупность наиболее мелких час­
тиц грунта (мелкий песок), которые, оторвавшись от дна, находятся во
взвешенном состоянии длительное время. Под донными наносами под­
разумевают совокупность наиболее крупных частиц (песок большой
крупности, гравий, галька и т.д.), которые под действием воды не отры­
ваются от дна или отрываются на маленький промежуток времени.
На перекате реки уменьшается скорость движения потока. Наносы
начинают оседать на дно. Вследствие возможного подъема воды в реке
перекаты наращиваются, а при спаде начинают размываться.
21
Реки, которые находятся в климатических поясах, где значения тем­
пературы в самый холодный сезон года приближаются к О С, подвер­
жены образованию внутриводного льда, который создает помехи забору
воды из реки. Охлаждение потока при низких температурах приводит к
переохлаждению тонкого поверхностного слоя. При таком условии
кристаллы льда могут появляться в толще воды вследствие перемеши­
вания слоев, а также на неровностях дна и на поверхности воды. Тол­
щина донного льда может достигать до 1,5 м. Как правило, на плесе
могут появляться редкие и небольшие скопления льда, а перекату ха­
рактерен сплошной ковер донного льда.
От притока глубинного тепла начинают всплывать скопления донно­
го льда при его подтаивании у дна. Начинает образовываться плаваю­
щее скопление внутриводного льда, называемое шугой (рис. 3.2). Шуга
состоит не только из кристалликов льда (внутриводного и донного), но
также ледяного сала и снежуры. Ледяное сало - это густой слой мел­
ких ледяных кристаллов (тонкая матовая поверхность) на поверхности
воды (рис. 3.3). Является второй стадией образования сплошного ледя­
ного покрова. Снежура является снежным покровом или скоплением
снега на воде, которое образуется при обильном выпадении снега на
поверхность воды, близкой к температуре замерзания. Быстро пропи­
тывается водой и образует кашеобразную вязкую массу. Как правило,
шуга начинает двигаться небольшими скоплениями (шугоход), а затем,
смерзаясь, образует шуговые ковры. Ледостав, под которым понимает­
ся процесс установления сплошного ледяного покрова на реках, начи­
нается со смерзания ковров шуги и берегового льда (рис. 3.4). С ледо­
ставом прекращаются переохлаждение воды и образование внутривод­
ного льда. На реках с небольшими скоростями течения воды (0,40,5 м/с) ледостав устанавливается без значительного внутриводного
льдообразования. При скорости течения более 0,7 м/с скопления
шугольда затягиваются под лед, заполняя живое сечение реки. На пере­
катах и в местах сужения реки шуга останавливается и образуется шу­
гозажор, который приводит к подъему уровня воды, снижению пропу­
скной способности русла и затоплению прибрежных участков реки.
При скоростях воды в реке более 1,5 м/с шуголед транспортируется в
толще воды в виде ледяной взвеси под объемами ранее образовавшейся
и замерзшей с поверхности шуги.
На рис. 3 .1 в качестве примера приведен произвольный эскиз реки с
необходимыми нанесенными элементами. На реке для водозаборных
сооружений прием воды рекомендуется производить у вогнутого бере­
га, на плесе, так как там находятся требуемые глубины и уменьшается
опасность занесения водоприемника различными наносами. Скорости
0
22
движения воды на плесе меньше, чем на перекате, это способствует бы­
строму образованию поверхностного льда. Это приводит к тому, что
шуга начинает всплывать, что позволяет водозаборному сооружению
работать без затруднений. Одним из недостатков вогнутого берега яв­
ляется его способность к размыву, особенно при высокой скорости те­
чения реки, из-за чего приходится производить берегоукрепляющие
мероприятия. Водозаборные сооружения нежелательно строить в тех
местах реки, где возможны образования шугозажоров и заторов в дви­
жении льда, а также ниже притоков, несущих большой объем наносов.
Отказаться от размещения водозаборного сооружения надо на оползне­
вых участках (тяжелые геологические условия), в местах зимовья и не­
реста рыбы, а также большого количества водорослей.
Рис. 3.2. Шуга на реке
Берегоукрепляющие мероприятия необходимо применять для раз­
мываемых грунтов. Существует вариант отказа от укрепления берега.
Для этого продлеваются самотечные или сифонные подводящие трубо­
проводы от водоприемных сооружений (водоприемный оголовок) до
береговых сооружений (водоприемный колодец, насосная станция), ко­
торые устанавливают за пределами зоны переработки берегов.
23
Рис. 3.3. Ледяное сало на реке
Рис. 3.4. Ледостав на реке Амур
В качестве берегоукрепляющих мероприятий можно привести
строительство берегозащитных сооружений, которые бывают пассив­
ные и активные. Пассивные сооружения воспринимают непосредствен­
но воздействия волн, льда и течений и защищают берег чисто механи­
чески. Это могут быть береговые и волноотбойные стены, защитные
наброски и откосные сооружения различной конструкции. К активным
сооружениям относится строительство пляжей, которые, как показала
практика, являются наилучшей защитой берегов от разрушения. Для
сохранения пляжей используются специальные сооружения - буны,
волноломы, траверсы (рис. 3.5). Волноотбойные и волногасящие со­
оружения широко применяются на реках, водохранилищах и морях.
Еще одним вариантов укрепления берега является его озеленение путем
24
посадки зеленых насаждений (деревьев, кустарников) с хорошей корне­
вой системой, предотвращающих оползневые процессы. Это необходи­
мо делать на протяжении 50~ 100 м вверх и вниз от оси береговых со­
оружений.
Рис. 3.5. Волнолом в порту
Водозаборные сооружения систем водоснабжения обязательно
должны размещаться выше снабжаемого объекта по течению реки.
Также необходимо предусмотреть создание зон санитарной охраны вы­
бранного источника водоснабжения.
При использовании реки на судоходные и лесосплавные цели водо­
заборные сооружения на них должны располагаться вне зоны движения
судов и плотов. При устройстве водозаборных сооружений на судоход­
ных реках место их размещения и конструкция в обязательном порядке
согласуются с соответствующими органами водного транспорта.
Как правило, к улучшающим мероприятиям по увеличению надеж­
ности функционирования водозаборных сооружений можно отнести
следующее: применение водоприемников специальной конструкции,
позволяющих забирать воду при различных природных условиях
(фильтрующие, с вихревой камерой и т.д.); улучшение забора воды в
реке путем устройства плотин, подводящих каналов или водоприемных
ковшей.
3.2. КОНСТРУКЦИИ РЕЧНЫХ ВОДОЗАБОРНЫХ
СООРУЖЕНИЙ БЕРЕГОВОГО ТИПА
Речные водозаборные сооружения берегового типа применяются
при наличии у берега необходимых глубин, которые могут обеспечить
нормальные условия забора воды. Применение такого типа сооружений
25
возможно и при низких глубинах воды у берега, но глубину следует
увеличить с помощью руслорегулирующих сооружений.
Водозаборное сооружение берегового типа состоит из водоприемни­
ка, совмещенного с водозаборным береговым колодцем, принимающего
воду непосредственно у берега, и насосной станции I подъема (рис. 3.6).
Забор воды и ее предварительная (механическая) очистка происходят в
береговом водоприемнике (водоприемном сеточном колодце), который
располагается либо на берегу, либо немного выдвинут в русло реки.
Водоприемные отверстия (окна) находятся в передней стенке водопри­
емника. Они располагаются в один или несколько ярусов по вертикали.
Это позволяет забирать воду с различной глубины речного потока, что
обеспечивает прием воды наилучшего качества в конкретный период
времени. Водоприемные окна закрываются съемными решетками, рас­
положенными в пазах с наружной стороны водоприемника. Их предна­
значение заключается в задерживании крупных загрязнений (сора) из
реки, для предотвращения их попадания в береговой колодец. С целью
обеспечения бесперебойной работы водозаборного сооружения, а также
возможности его осмотра, ремонта и очистки водоприемник делят на
несколько параллельно работающих секций (по числу насосов). Как
правило, таких секций бывает две и более.
J
У88
А
Н
5
/
J
---
- -Б
1
А
-
/
7
.,
о
~1
1\
"'
-
-
А
б
Рис. 3. 6. Схема водозаборного сооружения берегового типа:
1 - водоприемные окна; 2 - водоприемный колодец; 3 - служебный павильон;
4 - всасывающие трубы; 5 - галерея; 6 - насос; 7 - насосная станция;
8 - перегородка; А - приемное отделение; Б - всасывающее отделение
26
По пути от водоприемных окон к всасывающим трубам вода прохо­
дит через сетки, которые устанавливаются в перегородке. Она разделяет
водоприемный колодец на два отделения: переднее называется прием­
ным, а заднее всасывающим. На сетках задерживается та часть загряз­
нений, которая не задержалась решетками. Это, как правило, более
мелкий сор, такой как планктон, водоросли и т.д. Данный вид механи­
ческой очистки (решетки и сетки) значительно облегчают работу очи­
стных сооружений на водоочистных станциях, а также предотвращает
засорение трубопроводов и насосов. При определенном качестве воды в
реке, удовлетворяющем нормам промышленного водоснабжения, такая
вода может подаваться на предприятие без какой-либо очистки.
Над водоприемным колодцем строится служебный павильон, в котором
происходит управление арматурой и механизмом очистки сеток, а также
операции по эксплуатации водозабора. Вода, которая прошла через сетки,
забирается из всасывающего отделения насосами через всасывающие тру­
бы. Насосная станция I подъема может совмещаться в одном сооружении с
береговым колодцем, а иногда располагаться в отдельном здании. Разме­
щение насосной станции в отдельном здании зависит от геологических
условий, характера рельефа, степени возможного затопления паводковыми
водами. Насосная станция при любых условиях должна находиться, по
возможности, как можно ближе к потребителю, и если нет противопоказа­
ний, ее стараются объединить с водозаборным сооружением (рис. 3.7).
Выбор конструктивного решения насосной станции, а также необхо­
димость в ее заглублении зависит от уровня колебаний воды в реке и
допустимой высоты всасывания насосов. Для большей надежности и
улучшения эксплуатационных функций сооружения лучше устанавли­
вать насосы ниже минимального расчетного уровня воды в реке (под
заливом). Для проведения профилактических действий со всасываю­
щими трубопроводами целесообразно их расположить в галерее.
Водоприемный колодец берегового типа может иметь в плане круг­
лую, прямоугольную или эллипсоидную форму. На рис. 3.8 представле­
ны различные компоновочные варианты водозаборного сооружения,
применяемые по настоящее время. Размеры водозаборного сооружения,
основные элементы и оборудование определяют с помощью гидравли­
ческого расчета, а также по конструктивным и эксплуатационным со­
ображениям. Необходимо иметь в виду возможность расширения на­
сосной станции при увеличении подачи насосов и установки дополни­
тельных агрегатов. При расчете на устойчивость водозаборное соору­
жение должно быть проверено на действие сил давления воды, грунта и
льда, т.е. проводится расчет на всплытие, опрокидывание, сдвиг, а так­
же на прочность при действии нагрузок.
27
Рис. 3. 7. Совмещенный водозабор берегового типа с вертикальными насосами:
1 и 2 - водоприемные отверстия соответственно верхнего и нижнего ярусов;
3 - сороудерживающая решетка; 4 - вращающаяся сетка; 5 - всасывающая
труба; 6 -задвижка (затвор); 7 - насос; 8 - обратный клапан; 9- задвижка;
1 О - электродвигатель; 11 - мостовой кран; 12 - кран подвесной одноблочный
rt)
В)
!!_88
УНВ
Рис. 3.8. Различные компоновочные решения
водозаборных сооружений берегового типа:
а - с примыкающим зданием насосной станции; б - с полностью объединенной
насосной станцией; в - с вертикальными центробежными насосами. Остальные
обозначения аналогичны рис. 3. 6
28
Для предотвращения попадания в водоприемник наносов устраива­
ют специальный порог, располагая низ водоприемных отверстий не ме­
нее чем на полметра выше дна реки. Фундамент водозаборного соору­
жения заглубляют на глубину до 2 м и более с целью предотвращения
размыва течением, а дно реки укрепляют бетонными плитами или ка­
менной наброской около сооружения. Расстояние от поверхности воды
до верха сооружения принимают не менее 0,3 м для исключения подсо­
са сора к водоприемным отверстиям, а также образования водоворотов.
Расстояние от максимального уровня воды в реке до верха стены
подземной части водозаборного сооружения принимается минимум 1 м,
а при наличии волн не менее 0,5 м до ее гребня.
Кроме решеток и сеток водозаборное сооружение может иметь
эжекторы или насосы для удаления наносов, которые оседают на дне
водоприемника. Также имеются устройства для взмучивания осадка,
промывки сеток, подъемно-транспортные механизмы. Для отключения
секции водозаборного сооружения с целью проведения профилактиче­
ских действий устраиваются плоские затворы, находящиеся в пазах ре­
шеток. Могут применяться затворы в виде шибера.
3.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ РЕЧНЫХ
ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ БЕРЕГОВОГО ТИПА
В технологическое оборудование речных водозаборных сооружений
берегового типа входят решетки для задержания сора в водоприемном
колодце, водоочистные сетки, сетки приемные на всасывающих трубо­
проводах, насосы с электродвигателями; подъемно-транспортное обо­
рудование, задвижки и клапаны, рыбозащитные устройства.
Сороудерживающие решетки
Решетки предназначены для задержания крупного сора из воды (во­
доросли, ветки, шуга) с целью предотвращения их попадания в водо­
приемный колодец. Решетки устанавливаются в водоприемные окна
берегового колодца. Решетка состоит из сварной рамы и стальных
стержней шириной от 40 до 80 мм и толщиной 6-1 О мм, расположен­
ных вертикально. Прозоры между стержнями принимаются от 50 до
100 мм. На рис. 3.9 приведен один из видов решетки, которая устанав­
ливается в водоприемные окна размером 400х600 мм. Масса решетки
составляет 20 кг.
Как правило, сами решетки, так же как и водоприемные окна колод­
ца, располагают вертикально. Есть вариант расположения стержней
29
решетки под определенным углом к течению воды. Например, на осно­
ве эксплуатационных данных было выяснено, что при установке стерж­
ней решетки под углом 135° такие загрязнения, как шуга и водоросли
при условии небольшой скорости втекания воды в водоприемное окно
мало засоряют решетку. Размеры решеток приведены в специальной
литературе.
d-16
~
~
~
~i
-Ь=50
'
,,,.-d-6 ... 12
о
,,,.--50х6
схЬ = r22ZI !Ох80
о
о
'D
6+~
-st
о
о
00
t'--
40
1;
ь
crzzzl схЬ = -6х50 ///
или с= d= 6... 12
-50
~
/// а=ЗО... 50
'
.
80
'
••
Рис. 3.9. Один из видов сороудерживающих решеток
Очистка решетки от загрязнений выполняется вручную, после того
как ее поднимают из воды. Также возможен вариант очистки с помощью
граблей со льда в зимнее время или с лодок в остальное время года.
Для установки решеток в водоприемные окна в основном использу­
ют направляющие из швеллеров.
На реках с суровыми природными условиями, где возможно появле­
ние шуги и льда, применяют специальный тип решеток с электрообог­
ревом. Принцип работы заключается в поддержании температуры ре­
шетки выше температуры таяния льда. Это возможно при пропуске то­
ка через их токопроводящие части. Для предотвращения намерзания
внутриводного льда на стержни решеток достаточно, чтобы их темпера­
тура была больше на О, 1 °С температуры воды. Также сами стержни
решеток могут выполняться из гидрофобных и малотеплопроводных
материалов, какими являются эбонит и каучук.
Решетки с обогревом паром или горячей водой также находят при­
менение в современном водоснабжении. Для парового обогрева исполь­
зуют отработанный пар от производственных паросиловых установок.
30
Также возможно строительство такой самостоятельной установки.
Обогрев горячей водой более целесообразно применять только при ис­
пользовании отработавшей воды от производства.
Сороудерживающие сетки
Сороудерживающие сетки служат для предварительной механиче­
ской очистки воды от взвесей и планктона, прошедших через решетки
сооружения и не задержавшихся на них. Сетки устанавливаются в водо­
приемных колодцах водозаборных сооружениях в перегородке на грани­
це между приемным и всасывающим отделениями. Существуют два типа
сороудерживающих сеток: сетки съемные плоские и вращающиеся.
Сетки плоские применяют при малой пропускной способности водо­
заборных сооружений до 1 м3/с. На рис. 3.10 приведен один из вариан­
тов плоской сетки, перекрывающее отверстие размером 800х800 мм и
массой 47 кг при диаметре проволоки 1,2 мм и размере ячеек 2х2 мм.
Сетка состоит из металлической рамы (сталь), на которую крепится се­
точное полотно. Рабочее полотно выполняют из тонкой проволоки.
Возможно использование другого коррозионно-стойкого материала,
такого как бронза или латунь. Для предотвращения выпучивания ос­
новного полотна или возможного его прорыва давлением воды при за­
грязнении сетки используется поддерживающее (второе) полотно с
размером ячеек гораздо большим, чем у основного. Поддерживающее
полотно сетки изготавливают из стальной оцинкованной проволоки.
~~
~1
-
-
d- 1 ...2
а 2 ... 5
-
~'- ....---
~
-
11 Г\
1 1 l
1 1 т
11-'-
1
~
:,,
о)
'
d
,
м
О\\
"
1,.,
~
-
~
930
..
...
-
а 3 ... 6
~
'\
ij
..,,
Рис. 3.1 О. Один из вариантов плоской сетки
31
Недостатком таких сеток является невозможность организации ав­
томатизированной промывки, она выполняется вручную. Для этого ус­
танавливается специальное грузоподъемное устройство, с помощью
которого происходит подъем и опускание сеток. Сетку промывают
вручную струей воды из брандспойта. Также возможна промывка через
перфорированную трубу. Перед подъемом рабочей сетки на ее место
должна устанавливаться резервная.
Сетки ленточные вращающиеся (рис. 3.11) применяют для проце­
живания воды при заборе больших расходов на засоренных водоемах
и водотоках. Они представляют собой непрерывное полотно из прово­
локи, которое перекидывается через два барабана, расположенных один
над другим в горизонтальной плоскости. Полотно изготовляется из ряда
объединенных рамок с сеткой из коррозионно-стойкой проволоки диа­
метром 0,2-0,4 мм с просветами от 0,5 до 6 мм. Величина просве­
та выбирается в зависимости от требований к качеству забираемой
воды.
Промывка вращающихся сеток и удаление загрязнений механизиро­
ваны. Расход воды на промывку выбирается в зависимости от степени
их загрязнения, скорости вращения, размеров ячеек полотна. Объем ее
может составлять от 15 до 20 л/с. Скорость движения сетки составляет в
среднем около 4 м/мин. Промывочное устройство состоит из трубы со
специальными насадками рассеивающего типа. Их, как правило, приня­
то располагать в два ряда. Струи воды, выходящие из насадок, смывают
с сеток загрязнения, которые вместе с промывной водой попадают в
грязевой желоб.
По способу подвода забираемой воды к сеткам и отводу чистой вра­
щающиеся сетки бывают разных типов. Сетки каждого типа имеют
свои особенности (рис. 3.12).
Схема с лобовым подводом воды применяется для водозаборных со­
оружений средней производительности на водоемах и водотоков, где
преимущественно находится много плавающего сора. Также такая схе­
ма может быть использована и на водозаборах малой производительно­
сти при тяжелых условиях, особенно при наличии шуги и внутриводно­
го льда. Преимущества таких сеток заключается в компактности водо­
заборного колодца и удобстве осмотра. При возможной поломке про­
мывного устройства данный тип сеток может перенести загрязнения в
приемную камеру (рис. 3.12, а).
Сетки с внутренним подводом и внешним отводом воды позволяют
сделать отделение более компактным, но очистка таких сеток затрудне­
на, так как они плохо выносят загрязнения на поверхность. Еще одним
недостатком является их неспособность извлекать шугу, которая накап32
ливается в межсеточном пространстве. Их применяют при средних и
больших расходах воды, когда требуется хорошее качество очистки и
отсутствует шуга в реке (рис. 3.12, 6) .
.. ..
1
)
1
j направление
·V
i
....
,,
..,,.,
. ·,.
11
движения
воды
1
-~1-·
1
-
i
~
~
о
о
"'"'
~
1
Рис. 3.11. Вращающиеся бескаркасная сетка с лобовым подводом воды:
1 - порог; 2 - пластинчатые шарнирные цепи; 3 - ковшовая секция сетки;
4 - грузовая шестерня; 5 - рама привода; 6 -редуктор; 7 - грузовой вал;
8 - сточный желоб; 9 - цепная передача; 1 О - электродвигатель;
11 - секции сетки; 12 - ось с роликом; 13 - направляющие
33
1
а)
1
6)
4
2
2
4
3
3
1
1
в)
г) 4
2
2
4
3
+
3
+
Рис. 3.12. Схема установки вращающихся сеток на водозаборах:
а - схема с лобовым подводом воды; б - схема с внутренним подводом и внешним
отводом воды; в - схема с внешним подводом и внутренним отводом воды;
г - схема с лобовым подводом и внутренним отводом воды: 1 - решетки;
2 - сетки; 3 - всасывающие трубы насосов;
4 - защитные устройства (клапаны)
Сетки с внешним подводом и внутренним отводом воды хорошо
выполняют очистку воды, а также обеспечивают доступ к загрязненным
поверхностям. Недостатком является их малоэффективность в удалении
шуги, которая попадает в водоприемную камеру. Их используют при
большой производительности и среднем количестве шуги (рис. 3.12, в).
Сетки с лобовым подводом и внутренним отводом воды дают са­
мый лучший эффект очистки, также при их использовании гарантиру­
ется хорошее удаление шуги. Такие сетки могут устанавливаться толь­
ко в водоприемный колодец, имеющий более сложную конфигурацию
(рис. 3.12, г).
Для предотвращения обмерзания сеточного полотна в зимний пери­
од помещение водоприемного колодца необходимо отапливать.
34
Сетки приемные на всасывающих трубопроводах
Иногда на концах всасывающих трубопроводов с целью задержания
взвешенных загрязнений при заборе воды насосами устанавливают при­
емные сетки. Вариант такой сетки массой 6,57 кг и с необходимыми
размерами (мм) приведен на рис. 3.13.
l"'Г--,-is6'1,
Такие типы сеток могут изготавливаться ли1•1
1
1-'
бо из листовой стали, либо из обрезков труб.
Диаметр отверстий в с~етках принимают в зави:
симости от требовании к качеству получаемои
воды, они могут варьироваться в интервале от 5
до 20 мм. Как правило, сетки такого диаметра
могут быстро засориться, чтобы этого не проv.·
-st"
исходило, площадь всех отверстий сеток при­
N
нимают в 3 раза больше, чем площадь сечения
всасывающего трубопровода.
Если нет опасности попадания в насос круп­
1
ных
загрязнений из всасывающего отделения,
250
способных нарушить его работу, очень часто на
всасывающих трубопроводах устанавливают
Рис. 3. 13. Приемная
конусные
воронки. Их также можно установить
стальная сварная
на
трубопровод
при изливе жидкости в резер­
сетка
вуар. Это позволяет значительно уменьшить
сопротивление при работе насоса, как при всасывании, так и при изли­
ве. Возможные размеры воронок приведены в специальной литературе.
~- !159•R.
Насосы
Для подачи воды от водозабора на очистные сооружения использу­
ется насосная станция I подъема, которую в большинстве случаев со­
вмещают с ним, если окружающие условия позволяют это сделать. В
качестве насосов для водозаборных сооружений очень часто применя­
ются центробежные с приводом от электродвигателей. Насосы марки К
применяют для малой производительности водозаборного сооружения,
а марки Д - для большой.
Кроме основных насосов на водозаборных сооружениях устанавли­
вают и вспомогательные: вакуум-насосы для откачки воздуха из всасы­
вающих водоводов и корпусов основных насосов и заполнения их во­
дой перед пуском (если насос устанавливается выше минимального
уровня воды); насосы для откачки осадка из сеточных отделений, а
также для их опорожнения при проведении ремонтных работ в каждой
35
секции; насосы для повышения напора с целью промыва вращающихся
сеток при возможной нехватке напора от основных насосов; насосы для
откачки из насосной станции профилыровавшейся воды.
Для удаления наносов из приемной камеры используют водоструй­
ные или центробежные насосы. Загрязнения большей площади, как
правило, удаляются вручную после отключения секции водозабора, ко­
торую необходимо очистить.
Для удаления осадков очень часто используют гидроэлеваторы (во­
доструйные насосы) в основном при небольшой производительности
водозаборного сооружения. Их преимущества заключается в простоте
конструкции и надежности работы, но есть и недостатки, заключаю­
щиеся в большом расходе воды и низком КПД (не более 30%).
Подъемно-транспортное оборудавание
Такое оборудование применяют для монтажа технологического обо­
рудования, а также при проведении ремонтных работ. Для поднятия
груза массой менее 5 т используют ручную таль, которая перемещается
по монорельсу, или подвесной однобалочный кран. При массе груза,
превышающей 5 т, устанавливают ручной мостовой кран. Электриче­
ское крановое оборудование применяют, если необходимо поднимать
груз на высоту более 6 м, а также при длине кранового пути более 18 м.
Задвижки и клапаны
Задвижки предназначены для перекрытия потока жидкости и от­
ключения отдельных участков трубопроводов. Они бывают параллель­
ные и клиновые с выдвижным или невыдвижным шпинделем. Управле­
ние может осуществляться как ручным, так и электрическим приводом.
Обратные клапаны поворотные предназначены для предотвращения
оттока воды в обратном направлении при выключении насоса. Обрат­
ный клапан устанавливают на напорном трубопроводе между насосом и
запорной арматурой. Также их устанавливают на напорных водоводах
около насосных станций для защиты их от затопления при нарушении
герметичности коммуникаций в насосной станции.
Клапаны предохранительные, которые применяются на напорных
водоводах, включают пружинные и рычажные клапаны для защиты от
повышенного давления, гасители гидравлического удара, клапаны для
впуска и защемления воздуха с целью предотвращения вакуума, а также
для смягчения гидравлического удара, клапаны для выпуска и впуска
воздуха.
36
Клапаны приемные обратные устанавливают на всасывающей трубе
насоса для заполнения трубы и насоса водой перед пуском. Также их ис­
пользуют для предохранения насоса от попадания в него крупного сора.
Рыбозащитные устройства
Рыбозащитные устройства предназначены для предотвращения
попадания рыбы в водозаборное сооружение. Также они должны защи­
щать рыбу от возможного травмирования.
Перед проектированием рыбозащитных устройств должны быть вы­
полнены ихтиологические изыскания, а также проведены лабораторные
и натурные исследования.
При проектировании рыбозащитных устройств необходимо учиты­
вать биологические характеристики поведения рыб и молоди на водо­
емах или водотоках.
Рыбозащита водозаборных сооружений должна рассматриваться,
прежде всего, по двум направлением развития. Первое направление
предусматривает правильный выбор места строительства водозаборно­
го сооружения с учетом особенности распределения рыбы по водоему
или водотоку. Для этого определяется район с минимальной концен­
трацией рыб в месте установки водозаборного сооружения. Второе на­
правление связано с защитой рыб, попавших в зону действия водоза­
борного сооружения. Оно основано на знании приемов управления по­
ведением рыб, их реакции на внешние раздражители, а также на знании
скоростей движения рыбы.
Очень часто для рыбозащиты устанавливают плоские сетки в отвер­
стия водоприемников, при этом скорость движения воды сквозь сетку
не должна превышать критической скорости для рыбы, чтобы у нее бы­
ла возможность самостоятельно лавировать в потоке течения. Как пра­
вило, принимается скорость втекания воды в сетки не более 0,25 м/с.
Плоские сетки (рис. 3.14) включают следующие основные элементы:
несущая конструкция, сетчатое полотно, очистное устройство и подъ­
емно-транспортное оборудование.
Сетчатое полотно используется для предотвращения попадания
рыбы в водоприемный колодец через входные окна, а также мелкого
мусора. Размеры ячеек сетки выбирают согласно размерам рыб, оби­
тающих в конкретном водоеме или водотоке. Как правило, в период
появления мальков рыбы размеры сеток принимают не более 1 х 1 мм.
Для защиты молоди рыб с длиной тела 15 мм и более размеры сеток
принимаются 2 х 2 мм, а при размерах 30 мм и более - 4 х 4 мм.
Сетчатое полотно может размещаться как в вертикальном направле­
нии, так и в наклонном.
37
5
Рис. 3.14. Схема расположения конструкции
рыбозащитного устройства типа плоской сетки:
1 - несущая конструкция; 2 - сетчатое полотно; 3 - очистт-юе устройство;
4 - подъемный механизм; 5 - монтажная площадка; 6 - служебный мост
При установке сеточного полотна в обязательном порядке предусмат­
ривается его очистка от мусора. Для этого предлагается использовать
гидравлические и механические методы. В составе конструкции очистно­
го устройства предусматривают оборудование для водоснабжения водо­
струйного приспособления; приспособления для передвижения водо­
струйных (промывных) флейт или щеток для очистки всей поверхности
сетчатого полотна; брандспойта для очистки сеток на воздухе (при необ­
ходимости); средства автоматики для работы очистного устройства.
Также существует вариант установки плоских сеток с рыбоотводом,
которые включают в себя следующие основные элементы: несущую кон­
струкцию, грубую решетку, сетчатое полотно, подъемно-транспортное
оборудование, сеточные камеры, рыбоотвод (рис. 3 .15).
по
1-1
Рис. 3.15. Схема расположения элементов конструкции рыбозащитного устройства типа плоской сетки с рыбоотводом:
1 - несущая конструкция; 2 - грубая решетка; 3 - сетчатое полотт-ю; 4 - очи­
стное устройство; 5 - подъемный механизм; 6 - монтажная площадка; 7 - се­
точная камера; 8 - аванкамера (перед сетчатым полотном); 9- арьеркамера (за
сетчатым полотном); 1 О - рыбоотвод; 11 - флейта водоструйная; 12 - всасывающий патрубок; 13 - насос; 14 - опоры пути очистного устройства
38
Рыба, попавшая в сферу действия водозаборного сооружения, на­
правляется в рыбоотвод, по которому она отводится обратно в водоем.
При больших размерах сооружения следует предусматривать не менее
двух-трех рыбоотводов.
Конусные сетки представляют собой вращающийся усеченный ко­
нус, который устанавливается в пазовые конструкции водозаборного
сооружения, а также в самотечные линии основанием по течению (ру­
словой водозабор) (рис. 3 .16).
,_,
nлдн
---
,---,
--
4
Рис. 3.16. Схема расположения конусных сеток,
установленных в самотечных линиях:
1 - камера сеток; 2 - конусные сетки; 3 - водокольцевой эжектор;
4 - рыбоотводные линии
39
Вода, поступившая в самотечные линии, попадает в сетчатый ко­
нус, а затем в подводящий канал. Попавшая в конус рыба под влияни­
ем тока воды, вращения конуса и работы очистного устройства пере­
мещается к его вершине и отводится с помощью рыбоотводного уст­
ройства, либо рыбонасоса.
Для повышения надежности работы водозаборных сооружений в
течение всего года с учетом шуголедовых условий предпочтительнее
использовать рыбозащитные устройства объемного фильтрующего
типа.
В качестве объемных фильтрующих элементов применяют фильт­
рующие кассеты и контейнеры различных конструкций, которые уста­
навливаются в пазовые конструкции водоприемников вместо решеток.
Кассета представляет собой металлический каркас, который наполняет­
ся фильтром в насыпном или монолитном пористом виде.
На рис. 3.17 показана схема кассеты, заполненная фильтрующим не­
связным материалом (полиэтиленовыми или пластмассовыми шариками,
керамзитом, гравием, щебнем). Такие рыбозащитные устройства воспри­
нимаются рыбами как сплошная преграда и они не приближаются к ней.
Кассеты обеспечивают забор воды, свободной от шуги и сора. Их можно
применять в том случае, если гарантируется надежная промывка обрат­
ным током воды. Скорость входа воды в кассеты принимается ниже кри­
тической скорости, чтобы рыба смогла самостоятельно маневрировать в
потоке рядом с водозаборным сооружением и уплывать.
В качестве дополнительных рыбозащитных устройств перед водо­
приемниками устраивают плавучие запани, которые не позволяют по­
падать на решетки крупным предметам, а также отводят шугу и молодь,
находящуюся в верхних слоях воды.
Еще одним способом рыбозащиты водозаборных сооружений явля­
ется устройство вдоль водоприемника гидравлической напорной струе­
направляющей системы, которая состоит из двух распределительных
водоводов, установленных по бортам каждой секции водоприемника.
Подвод воды к распределительным водоводам осуществляется от ос­
новных напорных водоводов водозабора. По длине распределительных
водоводов размещаются напорные насадки. Распределительные водо­
воды устанавливаются таким образом, чтобы создавать вдоль водопри­
емного фронта локальный транзитный поток, который будет омывать
водоприемные окна с фильтрами и сносить молодь рыбы от них
(рис. 3.18). Такой поток также должен в обязательном порядке выно­
сить рыбу на безопасное расстояние. Величина расхода воды, подавае­
мая для питания гидравлической системы, составляет в среднем от 5 до
10% производительности водозабора.
40
ВИД 1- 1
1
1
1
1
1
1
1
1
ш; J:
~ 1111
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
4
1
ППАН
Рис. 3.17. Плоская кассета с насыпным фильтрующим материалом:
1 - металлический каркас; 2 - передние ограничительные ребра;
3 - задние ограничительные стержни; 4 - продольное ребро жесткости;
5 - насыпной заполнитель
4
3
Рис. 3.18. Схема компоновки гидравлической рыбоотводной системы:
1 - водоприемник; 2 - подводящий напорный водовод; 3 - распределительный
водовод; 4 - насадки
Существует также пневматическая струенаправляющая рыбоот­
водная система, которая компонуется с водоприемной частью водоза­
борного сооружения. На рис. 3.19 показана такая система, обеспечи41
вающая вынос рыбной молоди, подошедшей к зоне водозабора, а также
отвод ее в безопасную зону. Такая система состоит из перфорирован­
ных труб, которые соединяются с магистральным подводящим трубо­
проводом для подачи в них сжатого воздуха. Устанавливается также
струенаправляющий щит по периметру водоприемной части и экраны­
отражатели на поверхности водоема, закрепленные на площадке.
4
7
/
2
/
/
/
/
/
/
э
Рис. 3.19. Схема компоновки пневматической рыбоотводной системы
с водозабором берегового типа:
1 - водозабор; 2 - водоприемные окна с фильтрами; 3 - коллектор подвода воз­
духа; 4 - перфорированные трубки; 5 - экран-отражатель, 6 - струенаправ­
ляющие щиты; 7 - опорный мостик; 8 - компрессорная
42
При выпуске сжатого воздуха в водную струю создается восходя­
щий водовоздушный поток струи, при набегании которого на струена­
правляющий щит создается винтообразное течение, отводящее массы
воды в сторону от защищаемой зоны.
Электрорыбозаградитель относится к типу физиологических рыбо­
заградителей. Электроды, ограждающие водоприемник или вход в во­
дозаборное сооружение, создают болевые ощущения на теле рыбы, из­
за чего она отплывает от водозабора.
Другим методом рыбозащиты водоприемников является испускание
неприятных для рыбы звуков от звукогенератора в специальных интер­
валах слышимости (от 16 до 13000 Гц), благодаря которым рыба не
приближается к водозаборному сооружению.
4. Речные водозаборные сооружения
руслового типа
4.1. КОНСТРУКЦИИ РЕЧНЫХ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
РУСЛОВОГО ТИПА
Речные водозаборные сооружения руслового типа применяются при
невозможности устройства водозаборного сооружения берегового типа.
Их устраивают при пологих берегах и дне реки, когда требуемые глу­
бины для забора воды находятся на большом расстоянии от берега. Как
правило, стараются совместить насосную станцию с водоприемным
сооружением. Если это не удается, то делают раздельную компоновку
сооружений. Степень совмещения водозаборного сооружения руслово­
го типа с насосной станцией зависит от тех же причин, что и для водо­
заборных сооружений берегового типа.
Водозаборные сооружения руслового типа имеют один или несколь­
ко водоприемников (водоприемный оголовок), которые располагаются
в водотоке на определенном расстоянии от берегов. Водоприемный
оголовок соединяется с водоприемным колодцем, установленным на
берегу, с помощью самотечных или сифонных водоводов (рис. 4.1). Их
прокладывают в количестве минимум двух штук, а иногда и более для
промышленного водоснабжения. Водоприемный колодец состоит из
двух отделений (приемное и всасывающее), на границе которых распо­
лагаются сетки для процеживания воды. Из берегового колодца насоса­
ми вода из всасывающего отделения по напорным водоводам подается
к месту дальнейшего потребления (рис. 4.2). Водозаборное сооружение
оборудуется камерой переключения и напорными трубопроводами с
целью подачи воды на промывку водоприемников и самотечных линий
обратным током воды.
43
3
а}
,J;мдкс vв
4
ы
>fP~_>d-iif
Гlr's
~ ~
1
б
~,~ *ю~~'
ПЛАН
:1
7
5
5
ПЛАН
2
Рис. 4.1. Водозаборное сооружение руслового типа:
а - разделы-юго типа; б - совмещенного типа;
1 - водоприемный оголовок; 2 - самотечные трубы; 3 - крепление берегового
откоса; 4 - сифонные трубы; 5 - насосная станция; 6 - напорные водоводы;
7 - береговой водоприемный колодец; 8 - напорные трубопроводы для подачи
воды на промывку самотечных линий обратным током от насосной станции
При значительных колебаниях уровня воды в реке водозаборные со­
оружения руслового типа могут устраиваться с двумя ярусами самотеч­
ных труб для возможного приема воды с наименьшим количеством
взвеси.
При определенном качестве воды, удовлетворяющем технологиче­
ские процессы конкретного промышленного предприятия, в водозабор44
ном сооружении водоприемный береговой колодец может не устраи­
ваться. Тогда всасывающие трубопроводы насосов напрямую соединя­
ют с водоприемниками.
10,8~
-4,20
6
1
s
9
в
Рис. 4.2. Водозаборное сооружение совмещенного типа:
1 - водоприемное отделение; 2 - всасывающее отделение; 3 - машинный зал;
4 - самотечные трубопроводы; 5 - задвижки;
6 - трубопроводы обратной промывки; 7 - вращающиеся сетки;
8 - горизонтальные насосы с электродвигателями; 9 - дренажный насос
45
Возведение и эксплуатация водозаборных сооружений руслового
типа более сложное, чем берегового. Надежность в работе таких соору­
жений меньше, так как водоприемный оголовок и закрывающие вход в
него решетки труднодоступны для осмотра и очистки. Самотечные и
сифонные трубопроводы в процессе эксплуатации, как правило, заби­
ваются наносами, шугой и засоряются.
Использование вместо самотечных трубопроводов сифонных позво­
ляет уменьшить глубину укладки самотечных линий. Их допускается
применять при плохих геологических и гидрогеологических условиях,
когда прокладка самотечных водоводов становится затруднительной.
4.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ РЕЧНЫХ
ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ РУСЛОВОГО ТИПА
К технологическому оборудованию водозаборных сооружений ру­
слового типа относятся: водоприемник (водоприемный оголовок) с со­
роудерживающей решеткой, самотечные (сифонные) линии, водоочи­
стные сетки, сетки приемные на всасывающих трубопроводах, насосы с
электродвигателями, подъемно-транспортное оборудование, задвижки и
клапаны, рыбозащитные устройства.
Водоприемник (водоприемный оголовок)
Водоприемный оголовок является одним из ответственных сооруже­
ний и служит для непосредственного забора и приема воды. Также он
защищает концы самотечных и сифонных линий.
Водоприемные оголовки в зависимости от природных условий
приема воды бывают затопленные, затопляемые и незатопляемые.
Затопленные водоприемные оголовки являются в практике хозяйст­
венно-питьевого и производственного водоснабжения самыми распро­
страненными. Они обладают невысокой стоимостью, а также не под­
вергаются воздействию ледовых нагрузок. Среди недостатков можно
перечислить невозможность их осмотра и очистки сороудерживающих
решеток водоприемных отверстий при высоком уровне воды. Их необ­
ходимо оборудовать средствами для наблюдения за их состоянием, для
промывки решеток, борьбы с обледенением и обрастанием, а также
средствами рыбозащиты.
Затопленные водоприемники делятся на два типа. Первый тип слу­
жит только для укрепления и защиты от повреждения концов самотеч­
ных или сифонных линий. Они бывают деревянные, стальные, железо­
бетонные с тонкими стенками. Второй тип образует приемную камеру,
куда попадает вода из реки, и к которой присоединяются приемные
46
концы самотечных или сифонных линий. Их выполняют из бетона или
железобетона. Водоприемные оголовки располагают ниже минимально­
го уровня воды в реке на расстоянии не менее 0,3 м и на 0,2 м ниже са­
мой нижней кромки льда.
Расположение, форма и конструкция водоприемных оголовков долж­
ны быть такими, чтобы исключались нарушения в движении водного по­
тока и донных наносов, а также попадания в них наносов, шуги и сора.
Затопленные водоприемники в основном используют с боковым или
низовым приемом воды. Также есть конструкции с верхним (потолоч­
ным) приемом воды. Лобовой прием воды по течению нежелателен, так
как очень часто сор и шуга прижимаются к решеткам и могут засорять
оголовок.
Как правило, при использовании реки на судоходство и лесосплав, а
также при тяжелых условиях забора воды используют защищенные во­
доприемники. При легких условиях можно обойтись незащищенными
оголовками.
Водоприемные оголовки должны работать таким образом, чтобы в
их водоприемные окна как можно меньше попадала шуга, донные нано­
сы, сор. Они должны иметь обтекаемую форму.
Затопляемые водоприемные оголовки по устройству полностью
идентичны постоянно затопленным. При минимальном уровне воды в
реке верхняя часть оголовка может возвышаться над водой, что упро­
щает их эксплуатацию. С другой стороны, при таком условии они ме­
шают движению судов и организации лесосплава.
Незатопляемый тип водоприемных оголовков позволяет обеспечить
бесперебойность в подаче воды потребителям. Они постоянно доступ­
ны для осмотра, поэтому удобны в эксплуатации. Недостатком является
их высокая цена и сложность строительства. Самая верхняя часть ого­
ловка должна находиться на расстоянии 0,5~1,О м выше самого высо­
кого уровня воды. Для большего забора воды водоприемные окна в
оголовке располагаются в два или три яруса. Их применяют, как прави­
ло, при средней и большой производительности.
Ниже для примера приведены некоторые распространенные типы
водоприемных оголовков, используемых в современных системах водо­
снабжения.
На рис. 4.3 приведен простой раструбный оголовок на сваях, исполь­
зуемый при небольшой производительности на реке, где отсутствует
судоходство и лесосплав. Он компактный, простой и экономичный. В
качестве недостатка можно отметить необходимость организации рыбо­
защиты. Также он вносит возмущение в поток, боится ударов и трудно­
доступный для осмотра.
47
1-1
1
Рис. 4.3. Раструбный свайный незащищенный оголовок:
1 - раструб; 2 - самотечный или сифонный водовод; 3 - сваи;
4 - сороудерживающая решетка
Деревянный ряжевый оголовок (раструб встроен в деревянный сруб)
с боковым приемом воды показан на рис. 4.4. Он применяется на реках
с небольшими глубинами при небольшой производительности. Имеет
простую конструкцию и небольшую цену, но трудоемок в изготовле­
нии, труднодоступен для осмотра и требует организации рыбозащиты.
На реках с тяжелыми шуголедовыми условиями и при небольшой
производительности применяют деревянный ряжевый фильтрующий
оголовок (рис. 4.5), который не требует устройства рыбозаградителя,
так как проникновению рыбы в оголовок мешает каменная наброска,
выполняющая также роль фильтра. Недостатком таких оголовков явля­
ется их засорение и заиление, а также необходимость организации об­
ратной промывки.
Наиболее совершенными по гидравлическим условиям являются во­
доприемники с вихревыми камерами (рис. 4.6). Они обеспечивают не­
большие и одинаковые по всей длине входного отверстия скорости вхо48
да воды, очень хорошо промываются. Несмотря на это все же требуют
устройства рыбозащиты.
о
о
'Г)
N
Рис. 4.4. Деревянный ряжевый оголовок с боковым приемом воды:
1 - сороудерживающие решетки; 2 - водоприемный раструб; 3 - каменная на­
броска; 4 - ряж; 5 - самотечные или сифонные водоводы
l.. :J
Лёд.
о
~1
2
r _yl!~_.J~ 1===11===1 L::--
о
о
"Т
N
-¼
~
'-=-----+!
1
2
ш
11000
Рис. 4.5. Деревянный ряжевый фильтрующий оголовок:
1 - ряж; 2 - самотечные или сифонные водоводы; 3 - каменная наброска
49
"'
Рис. 4.6. Водоприемник с вихревой камерой:
1 - сороудерживающая решетка на водоприемном отверстии; 2 - подрешетча­
тая камера; 3 - вихревая камера; 4 - входная щель; 5 - соединительные фланцы;
6 - струенаправляющий козырек
Фильтрующие простые и комбинированные оголовки применяют
при малых глубинах потока и большом количестве донных и взвешен­
ных наносов в средних и очень тяжелых шуголедовых условиях
(рис. 4. 7). Они могут применяться как при средней, так и при большой
производительности. Являются надежными и не требуют организации
рыбозащиты. К недостаткам можно отнести необходимость в больших
напорах для промывки, а также сложность при монтаже.
18000
Рис. 4. 7. Сборный фильтрующий водоприемник:
1 - фильтрующие пласты на водоприемном отверстии; 2 - водоприемный рас­
труб; 3 - направляющие на входе в самотечный или сифонный водовод; 4 - об­
сыпка оголовка щебнем или камнем; 5 - самотечные или сифонные водоводы
50
Фильтрующие оголовки могут иметь от 1 до 3 слоев фильтрации,
толщина каждого слоя принимается не менее 0,8 м. Промывка осущест­
вляется обратным током воды. Крупность фильтрующего слоя колеб­
лется от 25 до 90 мм.
Самотечные и сифонные водоводы
Самотечные и сифонные водоводы соединяют водоприемный ого­
ловок с водоприемным колодцем на берегу реки. С целью обеспечения
надежности работы водозаборного сооружения и бесперебойного полу­
чения воды их число принимают равным числу секций водоприемника,
как правило, не менее двух. Самотечные линии имеют отметки ниже
отметок минимального уровня воды в источнике. Сифонные линии при
минимальных уровнях воды могут работать под вакуумом.
Диаметр труб самотечных линий определяется в зависимости от за­
данного расхода и принятого значения расчетной скорости. Самотечные
линии прокладывают в плане без резких поворотов, сужений и расши­
рений, из-за которых возможно отложение наносов и сора, которые бу­
дут только затруднять очистку. Линии могут располагаться как полно­
стью горизонтально, так с прямым или обратным уклоном. В качестве
материала изготовления используют сталь, чугун, железобетон. Воз­
можно применение пластмассовых труб. Так как трубы постоянно на­
ходятся во влажной среде, то в качестве антикоррозионных мероприя­
тий приходится покрывать их снаружи изоляцией, а внутри специаль­
ными покрытиями, которые препятствуют образованию коррозии. Про­
пускная способность самотечных водоводов может снижаться из-за их
внутреннего зарастания, поэтому целесообразно использовать поли­
мерные материалы.
Водоводы прокладывают под дном в траншее на глубине не менее
0,5 м на реках, не используемых для судоходства, и на 1-1,5 м - на
судоходных реках для защиты от подмыва речным потоком и повреж­
дений якорями судов.
Сифонные водоводы укладывают с непрерывным подъемом к выс­
шей точке, где будет происходить сбор и удаление воздуха.
В процессе эксплуатации сороудерживающие решетки, а также са­
мотечные и сифонные линии, даже при условии правильного подбора
скоростей течения жидкости в них, засоряются. Промывка их осущест­
вляется обратным током воды за счет увеличения скоростей ее движе­
ния в трубах в результате работы насосов. Для этого на водозаборных
сооружениях предусматривают присоединение самотечных и сифонных
51
водоводов к напорным водоводам насосной станции и возможность
включения в работу резервных насосов при промывке. Как правило,
скорость воды для промывки самотечных линий и расход гораздо
больше, чем при промывке сороудерживающих решеток.
Один из возможных вариантов промывки, называемой импульсной,
показан на рис. 4.8. Колебания воды в самотечной линии и в установ­
ленной на ней колонне перед задвижкой вызываются с помощью срыва
вакуума, который создается ранее вакуум-насосами. Волновой импульс
действует одинаково на всю площадь водоприемного отверстия и очи­
щает ее от загрязнений. Это является преимуществом данного вида
промывки над другими. Данный вид промывки не очень эффективен
для промыва горизонтальных отверстий, которые принимают воду
сверху. В этом случае целесообразнее использовать гидропневматиче­
ский способ промывки с помощью подачи в водный поток сжатого воз­
2
духа в объеме от 15 до 25 л/(с-м ).
Рис. 4.8. Схема импульсной промывки:
1 - колонка на самотечном водоводе; 2 - патрубок с затвором для впуска возду­
ха; 3 - вакуум-насос; 4 - трубопровод для промывки решеток обратным током
воды; 5 - самотечный водовод
Для борьбы с биообрастаниями на внутренних поверхностях водо­
водов применяют следующие методы: нанесение на внутреннюю по­
верхность трубопровода материалов, которые препятствуют развитию
биообрастания, промывка горячей водой, хлорирование воды в водово­
дах и т.д.
Что касается другого технологического оборудования, такого
как водоочистные сетки, сетки приемные на всасывающих трубопро­
водах, насосы с электродвигателями, подъемно-транспортное оборудо­
вание, задвижки и клапаны, рыбозащитные устройства, то они анало­
гичны технологическому оборудованию береговых водозаборных со­
оружений.
52
5. Водоприемные ковши и нестационарные
водозаборные сооружения
5.1. УСЛОВИЯ ЗАБОРА ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ ВОДОПРИЕМНОГО
КОВША
Водоприемный ковш - это искусственно созданный залив, который
образуется дамбой. Он устраивается с целью борьбы с шуголедовыми
помехами на водотоках, а также для частичного осветления воды. Как
правило, целесообразно устраивать ковш для забора больших расходов
воды как на хозяйственно-питьевое, так и на промышленное водоснаб­
жение.
При определенном уровне заглубления дна ковш может быть ис­
пользован для увеличения глубины у места приема воды.
Вода в водоприемном ковше должна покрываться льдом на несколь­
ко дней раньше, чем на самой реке. Скорость движения воды в ковше
должна быть небольшой, чтобы могло происходить всплывание к по­
верхности всех кристаллов ледяной взвеси, которые будут смерзаться с
поверхностным льдом. Ранний установившийся ледостав на реке позво­
лит прекратить переохлаждение глубинных слоев, чтобы остановить
образование внутриводного льда. Это позволит снять нагрузку на водо­
заборное сооружение по шуголедовым нагрузкам. На реках с очень тя­
желыми шуголедовыми условиями даже при устройстве водоприемного
ковша нецелесообразно отказываться от методов очистки водоприем­
ных решеток от внутриводного льда (электрообогрев решеток).
При отводе воды из водотока в водоприемный ковш необходимо
обеспечить достаточно благоприятные условия транзита шуги по руслу,
чтобы у входной части ковша не образовывался шугозажор.
Водоприемный ковш необходимо вовремя очищать от скапливаю­
щихся в нем наносов. Кроме того, необходимо принимать меры по под­
держанию необходимых глубин на входе в ковш, чтобы происходил
требуемый отвод воды в него в любое время года.
Водоприемный ковш должен быть запроектирован таким образом,
чтобы он не изменял бытовой режим речного потока.
Как правило, строительство водоприемных ковшей только для осаж­
дения взвешенных наносов является нецелесообразным.
Использование водоприемного ковша с целью организации стоянки
судов, плотов и т.д. недопустимо, так как это вызывает неблагоприят­
ные изменения режима течений и отложения наносов в нем, что приво­
дит к засорению водной поверхности ковша. При условии забора воды
из ковша на промышленные нужды, если требования к качеству воды
53
не высоки, стоянка плотов и судов иногда допускается при должном
обосновании, но должна быть ограничена.
Как правило, место для устройства водоприемного ковша на шуго­
носных реках выбирается на плесах малой кривизны.
На средних и малых реках водоприемный ковш располагают ниже
слияния потоков самой реки и ее притоков или на одном из протоков с
обеспеченным минимальным стоком. На больших реках с интенсивным
шугозажорным режимом могут использоваться обходные протоки.
5.2. ВИДЫ И КОНСТРУКЦИИ ВОДОПРИЕМНЫХ КОВШЕЙ
В зависимости от характера водотоков существуют различные типы
водоприемных ковшей. При использовании шугоносной реки с целью
водоснабжения целесообразно использовать ковш с низовым входом
воды. Водоприемные ковши могут быть частично или полностью вы­
двинуты в русло реки (рис. 5.1, а). Также существуют варианты строи­
тельства, когда водоприемный ковш полностью (рис. 5.1, 6) или час­
тично (рис. 5.1, в) заглубляется в берег. Водоприемный ковш образует­
ся дамбой, которая может быть заливаемой или незаливаемой. Для
борьбы с избыточной заносимостью ковша взвешенными наносами у
дамбы устанавливают специальное сооружение, которое называется
шпорой. В зависимости от конструкции ковша и места его расположе­
ния в реке могут быть верховые (рис. 5.1, г) или низовые шпоры. Воз­
можен вариант строительства одновременно как низовой, так и верхо­
вой шпор (рис. 5 .1, д). Как правило, вода забирается из ковшей водоза­
борным сооружением берегового типа.
Выбор определенного типа водоприемного ковша зависит от многих
факторов: от характера подъема уровня воды в реке перед и после уста­
новления ледостава, сложности ледохода, требований к предваритель­
ному осветлению воды, глубин реки на подходе к ковшу и других фак­
торов.
Во время паводков на очень шугоносной реке, а также при наличии
большого количества взвешенных веществ, можно устраивать времен­
ный тип водоприемного ковша с низовым входом, выдвинутый в русло
реки, который будет работать только в период шугохода (рис. 5.1, е).
Для этого перед водозаборным сооружением сооружают дамбу. В про­
лете между дамбой и берегом устанавливают специальные регуляторы
со щитами. Они работают на этом месте только в период шугохода и
создают, таким образом, ковш, выдвинутый в русло реки. В период по­
ловодья данные щиты поднимаются выше самого высокого уровня во­
ды в водотоке.
54
а)
5)
д)
г)
7
J
{
2
е/
/
Рис. 5.1. Типы водоприемных ковшей:
1 - дамба; 2- водозаборные сооружения; 3 - ковш; 4 - низовая незатапливае­
мая дамба; 5 - верховая затапливаемая дамба; 6 - регуляторы;
7 - верховая шпора; 8 - бортовая струенаправляющая стенка;
9 - низовая шпора; 1 О - речная незатапливаемая дамба
На основании научных исследований, проведенных учеными, было
выяснено, что наилучшим образом работа водоприемного ковша осу­
ществляется при его устройстве с низовым входом под углом, близким
к 135°.
Ковши с верховым входом воды на шугоносных реках работают не­
эффективно, поэтому их лучше не применять. Возможно использовать
такой тип ковшей в качестве отстойников для взвеси, но только при
условии значительного сужения входа в них или при устройстве регу­
ляторов со щитами на входе.
Гидравлический режим работы водоприемного ковша сложен. Он
зависит от типа ковша, его формы, расположения его относительно
русла реки, типа входа в ковш и количества воды, забираемого из реки.
Также режим работы ковша меняется при сезонных изменениях уровня
и скорости воды в реке. Расчет водоприемного ковша приведен в спе­
циальной литературе.
55
5.3. НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Нестационарные водозаборные сооружения устраиваются при не­
обходимости срочного водоотбора в сложных гидрологических услови­
ях, например, при большой амплитуде колебания уровней воды, очень
неустойчивом русле, непригодности грунтов для оснований сооруже­
ний, а также для временного водоснабжения.
Нестационарные водозаборные сооружения бывают следующих
типов:
- фуникулерные. Такой тип водозаборного сооружения двигается
по рельсовым путям, которые находятся на берегу (рис. 5.2);
~===
Рис. 5.2. Водозаборное сооружение фуникулерного типа:
1 - аварийный всасывающий водовод на козлах; 2 - положение насосной станции
при работе с использованием аварийного всасывающего водовода; 3 - положение
насосной станции при работе во время ледохода; 4 - будка для подъемной лебедки
- подвижные. Этот тип водозаборных сооружений монтируется на
тележках или салазках. Они перемещаются в зависимости от уровня
воды в водотоке с помощью автотранспорта на заранее подготовленные
площадки;
- плавучие. Они монтируются на понтоне и удерживаются на реке с
помощью якорей (рис. 5.3).
Фуникулерное водозаборное сооружение состоит из водоприемного
устройства, рельсов для перемещения, напорного водовода с патрубка56
ми, электрофицированной лебедки. Как правило, водозаборное соору­
жение дублируется с целью обеспечения надежности.
---=-г---=-:::т-
РАЗРЕЗ
гt- -1=,=--=-.--=====
=--~~·~-
~1-- -
---
--=-
= -~~
ПЛАН
6
Рис. 5. 3. Общая схема плавучего водозаборного сооружения:
1 - понтон; 2 - гибкие напорные водоводы; 3 - береговые опоры; 4 - соедини­
тельный мостик; 5 - трансформаторная подстанция;
6 - рыбозащитные устройства
57
Водоприемное устройство состоит из тележки с насосом и всасы­
вающим водоводом, обратным клапаном, водоприемной сеткой, рыбо­
заградителем. Также устанавливается вакуум-насос и павильон облег­
ченной конструкции.
Рельсы должны быть уложены по спланированному участку берега,
который необходимо укрепить. Напорный водовод укладывается па­
раллельно рельсовому пути. Патрубки устанавливают в колодце, там же
находятся задвижки.
Лебедка для перемещения водозаборного сооружения должна нахо­
дится на незатопляемых участках земли.
Подвижные водозаборные сооружения аналогичны фуникулерным.
Они могут перемещаться как в вертикальном, так и в горизонтальном
направлении.
Плавучие водозаборные сооружения чаще всего устраиваются на
водотоках с большим количеством наносов и незначительным ледохо­
дом. На реках, где наблюдается ледоход, такой тип водозаборных со­
оружений может устанавливаться при условии его размещения в специ­
ально защищенных акваториях.
В состав плавучего водозаборного сооружения входят: пантон с
монтируемыми насосами, рыбозащитные устройства, электротехниче­
ское оборудование, подъемно-транспортное оборудование, гибкие на­
порные водоводы, которые бывают подвижными или наплавными, бе­
реговые опоры и соединительный мостик.
Водоприемные отверстия перекрываются решетками. Их устраивают
в бортах понтона.
При колебании уровня воды в реке применяется специальная уста­
новка понтона с устройством причальной эстакады.
6. Водозаборные сооружения в специфических
природных условиях
6.1. ОСОБЕННОСТИ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ ГОРНЫХ РЕК
Горные реки (рис. 6.1 ), несмотря на свои специфические черты, мо­
гут использоваться для целей водоснабжения наравне с другими источ­
никами водоснабжения. Отличительные особенности горных рек за­
ключаются в малой загрязненности их воды в верхнем течении сточны­
ми водами, что позволяет напрямую использовать их в целях водоснаб­
жения. В некоторых случаях бывает, что воду из таких рек можно пода­
вать самотеком к потребителю, что является неоспоримым плюсом. На
настоящий момент имеется много примеров водоснабжения населен58
ных пунктов, как больших, так и малых, из горных рек не только в на­
шей стране, например, на Кавказе, но и за рубежом. В большинстве
случаев приходится прибегать к регулированию и аккумуляции стока
горных рек, что позволяет полностью использовать их потенциал.
Рис. 6.1. Горная река
Горная река обладает нехарактерным режимом течения, который не­
свойственен другим рекам. Поэтому очень часто это создает трудности
для забора воды из них. Горные реки, как правило, имеют большие ско­
рости течения и относительно малые глубины из-за наличия больших
продольных уклонов на их верхних участках. Из-за этого такие реки
несут большое количество не только взвешенных, но и донных наносов,
иногда достаточно крупных. В зимний период они обладают большой
шугоносностью, а при возникновении ливней можно наблюдать появ­
ление сели (грязекаменный поток) (рис. 6.2), которое является кратко­
временным явлением и длится не более 3 ч.
В отдельные периоды можно наблюдать наличие большого количе­
ства кусков деревьев (кора, сучки и т.д.), попавшие в водоток. Очень
часто на некоторых участках реки наблюдается изменчивость русла.
Вышеперечисленные особенности горных рек необходимо учиты­
вать при строительстве водозаборных сооружений. При маленьких глу­
бинах необходимо создать искусственный подпор для бесперебойного
получения воды, а также позаботиться об осаждении вовлеченных на­
носов, мешающих нормальной работе водозаборных сооружений.
59
Рис. 6.2. Появление сели на горной реке
Для горных рек предлагается использовать специальный тип донных
решетчатых водозаборных сооружений, изображенный на рис. 6.3. Та­
кие водозаборные сооружения массово строятся в горных местностях. В
водозаборе такого типа русло реки перегораживается низкой бетонной
водосливной плотиной, появляется так называемый водосливной порог.
С левой стороны по течению реки в плотину встраивается горизонталь­
ная галерея, перекрытая решеткой. Вода, проходящая над ней, поступа­
ет через решетку и отводится в водоприемную камеру, расположенную
левее от берега. Водоприемная камера оборудуется системами промыв­
ки от задержавшихся в ней наносов. Обязательно предусматриваются
дополнительные приемные окна для забора воды в водоприемной каме­
ре на случай засорения или обмерзания водоприемных решеток гале­
реи. Из приемной камеры вода по водоводам попадает в первичные от­
стойники, где осветляется.
Такая конструкция водозаборного сооружения позволяет принимать
воду при любых изменениях расхода и любых глубинах. Такой тип во­
дозабора способен забирать воду в различном диапазоне расходов от
3
0,1 до 8 м /с.
Для предотвращения забивки решеток камнями их выполняют из
стали таврового сечения (ребром вниз). Ширина прозоров принимается
меньше диаметра преобладающих наносов. Решетка устанавливается с
уклоном по направлению течения воды 0,1~0,2.
Устройство одной из одинарных решеток показана на рис. 6.4, а.
Двойные решетки (рис. 6.4, 6) устанавливаются в тех случаях, когда
река может принести крупные валуны. Верхняя решетка предохраняет
нижнюю от повреждений. Звенья решетки крепятся на шарниры, что
дает возможность поднимать их при очистке галереи.
60
Рис. 6.3. Донный решетчатый водозабор:
1 - водосливная часть плотины; 2 - водозаборная часть плотины с решеткой;
3 - водоприемная камера; 4 - подающие водоводы; 5 - промывной аварийный
водовод; 6 - камера-регулятор; 7 - первичные отстойники; 8 - самотечный
водовод; 9 - сброс промывной воды от отстойников
Данный тип водозаборного сооружения на горных реках имеет раз­
личные компоновочные решения. Иногда при очень большом количест­
ве наносов может устраиваться специальная наносоперехватывающая
галерея, которая располагается параллельно водоприемной галереи.
Они могут иметь различные конструкции.
Рис. 6. 4. Решетки донного водозабора:
а - одинарная решетка; б - двойная решетка; 1 - верхняя решетка;
2 - нижняя решетка
61
Строительство определенного типа водозабора на горных реках
очень часто зависит от наличия в конкретном месте определенных при­
родных условий, поэтому в практике строительства нашли применение
различные конструкционные решения, которые описываются в специ­
альной литературе.
6.2. ОСОБЕННОСТИ ЗАБОРА ВОДЫ В РАЙОНАХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
Вечная мерзлота или многолетняя мерзлота - это часть верхнего
слоя земной коры, характеризующаяся в течение всего года или хотя бы
короткого времени отрицательной температурой почв и горных пород,
а также наличием или возможностью существования подземных льдов
(рис. 6.5). Общая площадь вечной мерзлоты оценивается в 35 млн км2•
Она присутствует на севере Аляски (США), Канады, Европы, Азии,
островах Северного Ледовитого океана. Глубина вечной мерзлоты ино­
гда превышает 1 ООО м. Значительная часть современной многолетней
мерзлоты унаследована от последней ледниковой эпохи, и сейчас она
медленно тает. Содержание льда в промерзлых породах варьируется от
нескольких процентов до 90 %.
На сегодняшний день в районах вечной мерзлоты имеется как ма­
ленькие, так и большие поселения, и обеспечение их водой является
достаточно непростой задачей.
Рис. 6.5. Вечная мерзлота в карьере (Якутия)
62
При проектировании водозаборных сооружений в этой области не­
обходимо учитывать особенности природных условий конкретного
района, а также особенности мерзлоты и режима рек, которые будут
использоваться на водоснабжение.
Как правило, качество воды в источниках отличается очень большим
разнообразием. Не все реки могут быть пригодны для водоснабжения.
При малом водопотреблении можно производить водозабор из под­
мерзлотных или надмерзлотных вод, для этого устраиваются подрусло­
вые подпорные сооружения. На тех реках, которые перемерзают не
полностью, а только в некоторых местах, можно использовать сохра­
нившиеся запасы воды. Водозаборные сооружений большой произво­
дительности строятся на мощных поверхностных источниках, которые
не будут промерзать (реки, озера, водохранилища).
Источники природных вод в районах вечной мерзлоты можно разде­
лить по категориям. Это крупные водотоки (реки Лена, Енисей и т.д.),
которые даже при наступлении ледостава сохраняют хороший подлед­
ный сток, поэтому из таких источников возможен забор воды в течение
всего года и различными способами. Забор воды из средних по разме­
рам водотоков, сохраняющих достаточный подледный сток, можно
производить без регулирования стока с помощью фильтрующих или
инфильтрационных водозаборов при устройстве некоторых дополни­
тельных мероприятий. Средние и малые (перемерзающие) источники,
которые постоянно сохраняют определенные участки незамерзающей
породы среди вечной мерзлоты (талики), распространяющиеся вглубь
от поверхности или от слоя сезонного промерзания, для водоснабжения
используются редко. Водозабор из них возможен с помощью фильт­
рующих или комбинированных водозаборов. Малые полностью пере­
мерзающие источники не могут использоваться для водоснабжения без
предварительной подготовки, под которой подразумевается регулиро­
вание их стока.
Забор воды из крупных рек с большими колебаниями уровней воды
может осуществляться водозаборными сооружениями, оборудованными
погружными насосами. Пример такого сооружения приведен на рис.
6.6, а. Пример другого решения забора воды является водозабор, в ко­
тором приемный колодец с погружным насосом размещен на затапли­
ваемой площадке (рис. 6.6, 6) При таком решении удешевляется строи­
тельство и сокращаются объемы работ.
При малых количествах отбираемой воды, а также больших колеба­
ний уровня в реке целесообразно устройство водозабора без дорогих
береговых сооружений. Для этого можно установить водоприемник с
гидроэлеваторной (водоструйной) установкой, которая размещается в
63
русловом водоприемнике или в подрусловой галерее (рис. 6.6, в). Также
распространен водозабор с гидроэлеватором (эрлифтом), размещенным
в затапливаемом водоприемнике (рис. 6.6, г). Напорные трубопроводы
таких водозаборных сооружений должны быть защищены от промерза­
ния теплогидроизоляцией или греющим кабелем.
Рис. 6.6. Водозаборные сооружения с погружными наосами:
1 - фильтр; 2 - лед; 3 - максимальный уровень реки; 4 - напорный водовод;
5 - граница мерзлоты; 6 - погружной насос; 7 - поверхность дна; 8 - береговой
колодец; 9 -рабочая часть галереи; 1 О - трубопроводы к гидроэлеватору;
11 - гидроэлеватор; 12 - фильтрующие галереи; 13 - водосборная камера
Для перемерзающих рек и ручьев очень часто используется специ­
ально создаваемое водохранилище, которое строится для регулирова­
ния их стока. При их использовании обеспечиваются высокие темпера­
туры воды около 3---4 °С и упрощается забор воды. Строительство та­
ких водохранилищ в связи со сложными природными условиями выхо­
дит очень дорого, поэтому без требуемого экономического обоснования
от такого решения лучше отказаться.
Также может использоваться совместный забор поверхностных и
подрусловых вод. Для этого применяют фильтрующие и инфильтраци64
онные водоприемники (рис. 6.7), такие как галереи, фильтрующие тран­
шеи и туннели. Виды их разнообразны, они позволяют принимать воду
летом из открытых потоков, а зимой из подрусловых.
Водоприемники, в которых не предусмотрено восстановление про­
пускной способности фильтрующих слоев (обратная промывка) назы­
вают инфильтрационными. Водоприемники, принимающие воду через
искусственно создаваемые фильтры, допускающие промывку их при
засорении, называют фильтрующими.
РАЗРЕЗ
*
28.В
z
МахУВ
з
------
пnдн
6
145
Рис. 6. 7. Схема инфильтрационного водозабора из русла реки:
1 - береговой колодец; 2 - погружные насосы; 3 - туннель; 4 - глухие трубы
горизонтальных галерей; 5 - водоприемная часть галерей; 6 - урез реки;
7 - коренные юрские породы; 8 - песчанные отложения;
9 - границы деградаций мерзлоты
65
Также могут применяться комбинированные инфильтрационно­
фильтрующие водозаборные сооружения. Они обеспечивают защиту
водозаборов от мусора, наносов и шуги. Для исключения перемерзания
водоприемников и водопроводящих систем производят их утепление и
обогрев различными способами.
Простота конструкций, способов строительства и эксплуатации во­
дозаборов при повышении надежности забора воды в условиях севера
является неоспоримым преимуществом.
6.3. ОСОБЕННОСТИ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ ВОДОХРАНИЛИЩ И ОЗЕР
Водохранилища, так же как и озера, широко используются в целях
водоснабжения не только в нашей стране, но и за рубежом. Строитель­
ство водозаборных сооружений на озерах и водохранилащах в целом
очень схоже. Основное отличие озера от водохранилища состоит в его
естественном происхождении.
В большинстве случаев водохранилище образуется путем перекры­
тия речной долины водоподпорным сооружением, например, плотиной.
Одно из самых известных водохранилищ в мире - Мид (США)
(рис. 6.8) находится на реке Колорадо, образовано путем строительства
плотины Гувера (рис. 6.9), названной в честь 31 президента США, при
котором началось ее строительство. Является рекордсменом по упоми­
нанию в СМИ, компьютерных играх, художественных и документаль­
ных фильмах, печати и т.д.
Рис. 6.8. Водохранилище Мид (США)
66
Комплексный подход к рациональному водопользованию водохра­
нилища состоит в использовании его не только для развития гидроэнер­
гетики, но и для водоснабжения. Если сравнивать водохранилище или
озеро с водотоком (рекой), то их гидрологические условия будут сильно
разниться, поэтому забор воды приобретает некоторые специфические
черты.
Как правило, водохранилищам и озерам свойственны некоторые
особенности: существование волнений и течений, переформирование
побережья, шуголедные явления, а также биологические факторы.
Рис. 6.9. Плотина Гувера (США)
Течения и волнения, возникающие в период формирования ледяного
покрова, способствуют образованию большого количества не только
шуги и внутриводного льда, но и торосов. Торосы - это нагроможде­
ние обломков льда, часто до 10-20 м в высоту, которые образуются в
результате сжатия ледяного покрова. Вышеперечисленные явления
приводят к переработке берегов. Может наблюдаться нагон и сгон воды
в месте водозаборных сооружений, поэтому при строительстве данные
явления необходимо учитывать с целью поддержания высоких эксплуа­
тационных характеристик возводимых сооружений.
На водохранилищах, используемых одновременно для нескольких
целей, может наблюдаться изменение уровня воды в связи с регулиро­
ванием мощностей гидроэлектростанций (ГЭС) и т.д.
67
Температурная стратификация воды в водохранилище, под которой
подразумевается изменение температуры воды в зависимости от глуби­
ны водоема, очень заметна в летний период. Разница температуры в
верхних, средних и нижних слоях может достигать порядка от 5 до 1012 °С. Это позволяет использовать воду на различные нужды одновре­
менно. Например, вода, забираемая из более низких слоев, где темпера­
тура ниже, может использоваться в целях охлаждения как на промыш­
ленных предприятиях, так и на ТЭС.
Мутность в водоемах очень часто ниже мутности рек. Она уменьша­
ется с удалением от берега из-за наличия отложений рядом с ним. Фи­
зические, химические, бактериологические свойства воды зависят от
многих факторов. На них влияют состояние и состав почв, примыкаю­
щих к водоему, объем воды и глубина водоема, наличие водообмена и
проточности, скорость течения, качество поступающей воды, использо­
вание водоема на судоходство, наличие пляжей для отдыха, наличие
сброса очищенных сточных вод в водоем, работы по очистке ложа во­
дохранилища, проведение операций по борьбе с заилением и эрозией
почв, а также другие факторы.
Цветность воды в водохранилищах и озерах может быть выше, чем в
водотоке. Это может происходить из-за распада органических веществ
растений в воде. Также замедление стока приводит к быстрому разви­
тию организмов. Благодаря части планктона, обитающего в воде и про­
изводящего фотосинтез, в период нагревания воды происходит ее цве­
тение. Это приводит к развитию водорослей, ракушек и моллюсков,
которые очень сильно осложняют работу водозаборных сооружений,
откладываясь на сетках, решетках и т.д.
Одной из самых ответственных задач является выбор места забора
воды из водохранилища. Водоприемник должен располагаться в месте,
где возможен забор самой чистой воды. В этом месте должна быть дос­
таточная глубина для забора воды, а также должно отсутствовать ин­
тенсивное выпадение наносов, размыв берега, развитие водной расти­
тельности и неблагоприятных ледовых явлений. При использовании
воды водохранилища на цели энергетики необходимо учитывать еще
некоторые специфические факторы, возникающие из-за этого.
Для забора воды из водохранилища могут быть использованы реч­
ные водозаборные сооружения, описанные в предыдущих главах. Бы­
вают случаи объединения водозаборных сооружений с гидротехниче­
скими, например, с плотиной. Для этого в конструкции плотины преду­
сматривают устройство водоприемных шахт и галерей и т.д. Однако
чаще всего водозаборные сооружения строят раздельными.
68
Замутнение воды вблизи берега из-за его переработки приводит к
необходимости выноса водоприемника на значительное расстояние от
берега. В таком случае будет использоваться водозаборное сооружение
руслового типа.
При возможных довольно сильных колебаниях уровня воды в водо­
хранилище целесообразно использовать комбинированный тип водоза­
борного сооружения, описанный в предыдущих главах.
В качестве примера на рис. 6.10 приведен один из видов комбиниро­
ванного водоприемника. Водоприемный колодец выполнен из железо­
бетонной шахты, совмещенной с насосной станцией I подъема. При
нормальном и высоком уровнях воды в водоеме забор воды осуществ­
ляется через водоприемные окна берегового колодца. При низких уров­
нях воды в водохранилище забор воды происходит через специальный
водоприемный оголовок, вынесенный в бывшее до затопления русло
реки и соединенный с водоприемным колодцем самотечными трубами
от водоприемника до промежуточного колодца и сифонными трубами
от промежуточного до водоприемного колодца на берегу реки. Труба от
промежуточного до берегового водоприемного колодца работает как
сифонная при низких уровнях воды в водоеме, а при более высоких
уровнях она превращается в самотечную линию.
Рис. 6.1 О. Комбинированное водозаборное сооружение на водохранилище:
1 - напорные водоводы; 2 - вакуум-насос; 3 - водоприемный колодец; 4 - про­
межуточный колодец; 5 - бетонная плита; 6 - водоприемник (оголовок);
7 - каменная пригрузка (обсыпка); 8 - самотечные трубы; 9- сифонные тру­
бы/самотечные трубы
69
Водоприемный оголовок (рис. 6.11) выполнен из стальной верти­
кально расположенной трубы, которая заглубляется в грунт. К ней под­
соединяется самотечная труба и отросток для обратной промывки само­
течной линии. Отросток закрывается крышкой с клиновым запором,
имеющей цепь. Воды поступают в водоприемник через верхний конец
стояка, оборудованный решеткой по периметру и торцу.
Фt'fOO
t
Рис. 6.11. Водоприемник (оголовок) на комбинированном
водозаборном сооружении из водохранилища:
1 - стальная труба; 2 - самотечная труба; 3 - решетка; 4 - отросток;
5 - крышка с запором
Кроме указанного типа водозаборных сооружений для забора вод из
водохранилищ могут использоваться водоприемники островного типа,
инфильтрационные, плавучие, описанные в предыдущих главах.
Вышеперечисленные методы забора воды применимы и для озер.
Берега их, в отличие от водохранилищ, обладают большей стабильно­
стью, а уровень воды в них не подвержен значительным колебаниям.
Пресные воды, например Ладожского озера в России, используются не
только для водоснабжения, но и для орошения и судоходства
(рис. 6.12).
70
Рис. 6.12. Ладожское озеро со стороны берега
Озера, обладающие соленостью, такие как Каспийское, в последнее
время также стали использоваться для целей водоснабжения. Это стало
возможным путем снижения их минерализации с помощью опреснения.
Большие соленые озера являются остатками древнего океана, поэтому
по своему составу они схожи с морями.
6.4. ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ НА КАНАЛАХ
Для снабжения водой потребителей, находящихся на расстоянии де­
сятков или сотен километров от источника водоснабжения, сооружают
водные каналы (рис. 6.13). Такие каналы, как правило, являются откры­
тыми и могут выполнять сразу несколько функций: судоходство, оро­
шение, водоснабжение и т.д.
Водный канал делится на участки, которые могут быть как безна­
порными, так и напорными. В последнем случае для преодоления пре­
пятствий, встречающихся на трассе канала, сооружают насосные стан­
ции, оборудованные водоприемными сооружениями.
Требования, предъявляемые к водозаборным сооружениям на кана­
лах, такие же, как и к речным водозаборам. Водозаборные сооружения
должны обеспечить надежный забор необходимых объемов воды, пре­
дохранять насосное оборудование от воздействия наносов и сора.
Каналы, имеющие значительные размеры и большую протяжен­
ность, называются магистральными. Схема водозаборного сооружения
на магистральном канале показана на рис. 6.14. Около насосной стан71
ции имеется расширение с аванкамерой. Впереди устанавливаются со­
роудерживающие решетки. Наличие плоских щитов позволяет в случае
необходимости с помощью насосов осушать аванкамеру для проведе­
ния очистительных или ремонтных работ.
Рис. 6.13. Канал имени Москвы
На тупиковых каналах при заборе небольших расходов воды суще­
ствует простейшее решение, в котором аванкамера представляет собой
ковш с откосными стенками. Всасывающие трубопроводы устанавли­
ваются на торце откоса аванкамеры. Сороудерживающие решетки рас­
полагают в начале камеры.
Для забора средних и больших расходов используют водоприемники
камерного типа. Они могут быть как совмещенные с насосной станци­
ей, так и раздельные.
Рис. 6.14. Водозаборное сооружение на магистральном канале:
1 - сороудерживающее сооружение; 2 - насосная станция;
3 - напорные водоводы; 4 - водовыпускное сооружение
72
Данный тип водоприемников оборудуют сороудерживающими ре­
шетками, установленными в пазы. Их устанавливают или вертикально,
или под углом 80° к горизонту.
Каналы, соединяющие несколько водоемов, называют транзитны­
ми. Водозаборные сооружения для таких каналов необходимо распола­
гать на их берегах. Они состоят из ковша, соединяющего канал с водо­
приемником, и самого водоприемника, из которого вода забирается вса­
сывающими трубами насосов. Такое решение применимо на водозабор­
ных сооружениях малой и средней производительности.
Водозаборное сооружение на транзитном канале приведено на
рис. 6.15. Оно состоит из двух секций, в каждой из которых присутст­
вует водоприемник, водоприемный колодец и самотечный трубопровод,
соединяющий их. Вода из водоприемного колодца подается потребите­
лю по всасывающим трубам насосов. Водоприемник промывается об­
ратным током воды по промывному трубопроводу.
_r0,0U
Рис. 6.15. Водозаборное сооружение на транзитном канале:
1 - водоприемник; 2 - самотечный трубопровод; 3 - водоприемный колодец;
4 - трубопровод для промывки; 5 - всасывающие трубы
73
6.5. ОСОБЕННОСТИ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ
В ода из океанов и морей может использоваться для ТЭС и АЭС, по­
строенных преимущественно у морского побережья, на технологиче­
ские цели промышленных предприятий, лечебные цели в санаториях и
домах отдыха, а также для хозяйственно-питьевого водоснабжения по­
сле ее опреснения (рис. 6.16). На вышеперечисленные цели также мо­
жет быть использована вода больших соленых озер при должном тех­
нико-экономическом обосновании. Есть примеры использования мор­
ской воды в хозяйственных целях с частичным опреснением или вовсе
без него, например, для смыва загрязнений в унитазах с целью эконо­
мии пресной воды (Гонконг, Китай).
Рис. 6.16. Водозаборные сооружения на Каспийском море полностью
обеспечивают водой г. Актау (Казахстан) с населением 180 тыс. человек
В последнее время, в связи с небольшими запасами пресной воды в
некоторых странах мира, для обеспечения населения водой строитель­
ство водозаборных сооружений из океанов, морей и соленых озер с по­
следующим опреснением является жизненно важной необходимостью.
Без сомнения, строительство таких водозаборных сооружений будет
одним из самых дорогих, так как кроме затрат на транспортировку и
очистку необходимо еще учитывать затраты на опреснения и доведение
воды после него до требуемых стандартов питьевого водоснабжения.
Можно говорить о строительстве водозаборного сооружения из
океана только при условии, что оно построено на том месте, где про­
стирается океан, и там отсутствует четкое его деление на море, бухту,
залив и т.д. В качестве примера можно привести некоторые страны74
острова, расположенные в Океании. Например, государство-остров
Науру со всех сторон, кроме восточной, омывает Тихий Океан. При
возможном строительстве водозаборного сооружения, например, в за­
падной его части, можно говорить об океанском водозаборе. В против­
ном случае речь идет о морском водозаборе, который может устанавли­
ваться в бухтах, заливах и т.д.
При выборе способа забора воды из моря, а также типа и конструк­
ции водозаборного сооружения, необходимо учитывать специфические
черты, которые свойственны морскому или океанскому побережью. Эти
черты следующие: наличие колебаний уровня воды по причине прили­
вов и отливов, волнение (шторм, буря, цунами), нагон, морские тече­
ния; присутствие значительных сил удара волн (иногда разрушающих);
специфическое строение морского побережья, взмучивание наносов у
берегов, образование отмелей, подмыв берега и наличие оползней; при­
сутствие в воде водорослей, моллюсков и специфической микрофлоры;
высокие коррозионные свойства морской воды; характер возможных
ледовых явлений на выбранном участке моря.
Только после тщательного изучения вышеперечисленных особенно­
стей можно сделать правильный выбор в пользу определенного водоза­
борного сооружения.
Забор воды из моря для целей водоснабжения возможен из искусст­
венно защищенных акваторий портов, из естественно защищенных бухт
или заливов, а также на открытых участках побережья. Без сомнения,
самым удобным способом забора воды является строительство водоза­
борных сооружений в хорошо защищенных акваториях порта, с укреп­
ленной береговой линией.
На рис. 6.17 представлено устройство водозаборного сооружения на
территории порта. Передняя стенка водоприемного колодца совмещена
со стенкой набережной. Вода поступает в водозабор через входные окна
в его передней части. Здания механической очистки отнесено на 100 м
от моря. Из берегового колодца вода подается по железобетонной гале­
рее в здание механической очистки, где она проходит наклонные ре­
шетки со щетками для их очистки и вращающиеся сетки. Из всасываю­
щего отделения вода забирается насосами и подается на ТЭС. Водоза­
бор состоит из двух секций, каждую из которых можно отключать для
периодической очистки от осадка и обрастаний.
Для забора воды из незащищенных территорий необходимо преду­
сматривать защиту водоприемника от действий волн и льда. Для этих
условий используется водозаборное сооружение берегового типа с за­
щитными дамбами. Также может использоваться сооружение с затоплен­
ными водоприемными оголовками или незатопленными островного типа.
75
Рис. 6.17. Морское водозаборное сооружение,
совмещенное с акваторией порта:
1 - водоприемный колодец; 2 - водоприемные окна; 3 - смотровые колодцы;
4 - насосы; 5 - всасывающее отделение; 6 - вращающиеся сетки; 7 - наклон­
ные решетки; 8 - железобетонная двухсекционная галерея
На рис. 6.18 показан один из вариантов водозаборного сооружения
вне акватории порта с защитной дамбой, которая образует так называе­
мый ковш-отстойник.
Дамба, изготовленная из бетона, принимает на себя всю возможную
силу волн, а из ковша вода через водоприемные окна проходит сквозь
решетки и вращающиеся сетки, попав во всасывающее отделение заби­
рается насосами и подается потребителю.
На рис. 6.19 показан один из вариантов незатопляемого (островного)
водоприемного оголовка. Он предназначен для забора больших расхо­
дов на производственные нужды и по условиям требования к качеству
воды вынесен в море на расстояние около 1 км от берега. Вода поступа­
ет внутрь водоприемника через входные окна, расположенные в кони­
ческом перекрытии подводной части и в ее цилиндрической стенке.
Водоприемник разделен на три секции, из которых вода отводится
по трем отдельным самотечным трубам. В центре водоприемника име­
ется цилиндрическая железобетонная шахта для спуска обслуживающе­
го персонала в подводную часть. Надводная часть представлена решет­
чатой конструкцией. Самотечные трубы соединяются с водоприемным
колодцем, где находятся вращающиеся сетки. Оттуда вода поступает по
каналу к насосам.
Также возможно использовать водоприемники бункерного типа
(рис. 6.20), которые представляют собой круглые в плане сооружения с
приемными отверстиями, расположенными по всему периметру. Они
76
достаточно хорошо работают при отсутствии сильных течений. Для
исключения засорения их песком, планктоном и т.д. его желательно
выносить дальше от берега в те места, где не наблюдаются донные те­
чения и отсутствуют взаимодействия со дном водоема.
План
~
\
\
\,'-
\
''' '.
. ' . '
--1----'-------------:...
i
-----
А
Рис. 6.18. Водозаборное сооружение с ковшом-отстойником:
1 - дроссельные затворы; 2 - всасывающие трубопроводы; 3 - вращающиеся
сетки; 4 - двойные плоские сетки; 5 - решетки; 6 - бетонное покрытие;
7 - каменная наброска; 8 - дамба; 9 - ковш-отстойник
На рис. 6.21 показана схема водозаборных сооружений с подводом
воды к водозабору открытым каналом, вход в который защищен дам­
бой-волноломом. Такой вариант забора воды позволяет снизить значи­
тельные волнения у водозабора, но есть и недостатки, заключающиеся в
быстром занесении канала песком. Также возможно его осушение или
понижение уровня воды в нем по причине отлива. Перед его строитель77
ством должны быть проведены необходимые изыскания, поэтому при­
менение такого типа водозаборов должно быть строго обосновано. В
таких сложных условиях можно установить необходимые резервные
емкости на берегу моря, которые будут заполняться водой во время
прилива (аккумулирующие баки). Они будут выполнять регулирующую
роль при несовпадении подачи и потребления воды в различные момен­
ты времени.
г-r
З-8
Рис. 6.19. Островной водоприемный оголовок (незатопляемый):
1 - самотечные трубы; 2 - приемные раструбы; 3 - водоприемные окна;
4 - железобетонная шахта
Рис. 6.20. Водоприемники бункерного типа:
1 - водоприемные отверстия; 2 - самотечный водовод
78
Рис. 6.21. Водозаборное сооружение на море с открытым каналом:
1 - дамба-волнолом; 2 - открытый канал;
3 - водозаборное сооружение берегового типа
Сооружения для забора морской воды страдают от биообрастаний
поверхностей, соприкасающихся с водой. Биологическая пленка состо­
ит из органических илистых частиц и бактерий, на ней поселяются раз­
личные водоросли и морские животные, например моллюски. Биооб­
растанию подвергаются решетки и сетки в водоприемном колодце, ар­
матура, внутренние поверхности трубопроводов и т.д. Особенно интен­
сивно биообрастание в теплых морях. Также сетки и решетки засоряют­
ся из-за быстрого размножения планктона и нагона крупной морской
растительности.
Степень агрессивности морской воды должна учитываться при вы­
боре материала для строительства водозаборных сооружений, а также
при устройстве на них специальных защитных покрытий (изоляции).
В целях борьбы с биообрастаниями трубопроводов и оборудования
необходимо производить следующие профилактические действия: про­
мывка обратным током воды самотечных линий при температуре от 40
до 60 °С; обработка воды медным купоросом 1 раз в 2 дня дозами около
7 мг/л в течение 1 ч; постоянное хлорирование морской воды дозами
1,5-5 мг/л; нанесение на внутреннюю поверхность трубопроводов
специальных полимерных материалов. Также применяют механиче­
скую очистку трубопроводов и сеток.
Повысить коррозионную стойкость самотечных трубопроводов
можно путем введения в сталь легирующих добавок (хром, никель,
медь и т.д.). Также можно нанести покрытие из цинка и алюминия тол­
щиной 120-250 мкм.
79
Для того, чтобы у бетона была хорошая коррозионная стойкость не­
обходимо применять коррозионно-устойчивое вяжущее.
Также как и в других водозаборных сооружениях при должном
обосновании должны быть применимы методы рыбозащиты, описанные
в предыдущих главах.
7. Охрана поверхностных источников водоснабжения
7.1. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД
Загрязнение природных вод - это введение в водную среду опреде­
ленных веществ в результате деятельности человека, которые ухудша­
ют качество воды, а также отрицательно воздействуют на здоровье че­
ловека и оказывают негативное влияние на обитающие в водной среде
организмы, провоцируя впоследствии их гибель.
Научно-техническая революция (НТР), начавшаяся в середине ХХ в,
а также связанный с ней высокий скачок промышленного производства
привел к загрязнению окружающей среды, в том числе и природных
источников, используемых для целей водоснабжения (реки, моря, океа­
ны, водохранилища и т.д.). Проблема охраны природных источников от
загрязнения встает остро не только в развивающихся странах, но и в
промышленно развитых. Сегодня самый большой объем загрязнений
дают такие виды промышленности, как металлургическая, горнодобы­
вающая, химическая, нефтеперерабатывающая и др.
Антропогенное воздействие на природные источники выражается
также в больших и несанкционированных добычах (браконьерство) ры­
бы, растений, животных, а также извлечении полезных ископаемых,
например, песка, гравия, торфа, угля, фосфоритов, природного газа,
нефти и т.д.
Взрыв нефтяной платформы Deepwater Horizon, принадлежащей
английской нефтеперерабатывающей компании ВР (рис. 7 .1 ), произо­
шедший 20 апреля 2010 г. в 80 км от побережья штата Луизиана в Мек­
сиканском заливе, привел к крупнейшей техногенной катастрофе, нега­
тивно повлиявшей на экологическую обстановку. В результате разлива
нефти было загрязнено более 2200 км побережья, был введен запрет на
рыбную ловлю. Для промысла были закрыты более трети всей аквато­
рии Мексиканского залива. От нефти пострадали все штаты США,
имеющие выход к Мексиканскому заливу. Нефтяное пятно достигло
площади 75 тыс.км' (рис. 7.2). Сгустки нефти были обнаружены на
пляжах в окрестностях городов Галвестон и Техас-Сити и в крупней­
шем озере штата Луизиана Пончартрейн.
80
Рис. 7.1. Корабли, тушащие пожар тю нефтяной платформе
Рис. 7.2. Нефтяное пятно в Мексиканском заливе. Вид из космоса
Добыча фосфоритов в течение многих лет на острове-государстве
Науру (рис. 7.3), расположенном в Тихом Океане, привело к разруши­
тельному воздействию на рельеф и растительный покров плато в цен­
тральной части острова. Около 90 % леса, покрывавшего плато, было
уничтожено.
81
Рис. 7.3. Государство Науру (вид из космоса).
Хорошо видна скудность лесного покрова
Какие-либо меры по рекультивации земель не проводились, и к кон­
цу ХХ в. до 80 % суши превратилось в груду известняковых глыб, вы­
сотой до 15 м (рис. 7.4). Предполагается, что по этой причине на остро­
ве перестали залегать подземные воды, даже в небольших количествах,
так как лес задерживал грунтовые воды от их ухода в море. Сильно воз­
росла зависимость от других стран из-за отсутствия пресной воды,
сельского хозяйства, какой-либо промышленности.
Рис. 7.4. Известковые глыбы на острове Науру в районе
выработанных фосфоритных карьеров
82
Сточные воды от предприятий могут содержать в себе значительное
количество загрязнений, которые при отсутствии должной очистки и
возможном попадании в водоемы и водотоки вызывают резкое ухудше­
ние их биохимической очистительной способности. Это приводит к
прекращению роста водной растительности, к усилению привкуса, за­
паха и в дальнейшем может привести к невозможности использования
таких природных вод на цели водоснабжения.
Необходимо отметить, что загрязняющие вещества оказывают влия­
ние на гидрологические, климатические, метеорологические условия не
только в отдельных местах, но и в планетарном масштабе.
Сегодня в мире выпускают и используют химические соединения,
многие из которых не способны разлагаться на более безвредные про­
дукты. Накапливаясь в воде, они могут стать еще более токсичными.
Например, в сельском хозяйстве для лучшей продуктивности применя­
ют различные виды химических удобрений, а также вещества для защи­
ты растений от вредного воздействия болезней и вредителей. По этой
причине в окружающую среду попадает много химических веществ,
которые, накапливаясь в почве, поступают в водоносные пласты, а за­
тем в водоемы и водотоки. Это вызывает гибель рыб и других микроор­
ганизмов, обитающих в водной среде.
Сельское хозяйство является основным источником загрязнения
водных ресурсов биогенными элементами, которые способствуют бы­
строму цветению воды за счет размножения фитопланктона. Это ведет
к нарушению процессов самоочищения водных объектов.
Крупным источником загрязнений водоемов являются животновод­
ческие фермы, отходы которых содержат патогенные микроорганизмы,
являющиеся источником заболеваний.
Продукты распада сине-зеленых водорослей приводит к загрязне­
нию водоемов. Особенно это ощущается для систем водоснабжения и
рыбного хозяйства. На ТЭС эти загрязнения снижают эффект охлажде­
ния, а также приводят к перерасходу топлива. Также ухудшаются усло­
вия использования водных ресурсов на такие цели, как спорт, туризм,
лечение и т.д.
В результате сброса отработанных подогретых вод с ТЭС в водоем
происходит усиленное испарение. Повышается минерализация, а также
происходит быстрый рост водной растительности. Это ведет к накопле­
нию органических веществ, а их разложение снижает содержание рас­
творенного кислорода, что плохо сказывается на жизнедеятельности
водоема.
Молевой лесосплав (россыпью) наносит большой вред источникам
водоснабжения. Реки начинают засоряться затонувшими бревнами, ко83
рой, сучьями и другими отходами лесной промышленности (рис. 7 .5).
Древесина в воде начинает выделять смолистые вещества, изменяющие
свойства воды.
Рис. 7.5. Лесосплав молью на реке
Развитие водного транспорта привело к дополнительному загрязне­
нию водоемов и водотоков по причине сброса в них недостаточно очи­
щенных отходов.
В последнее время развитие неконтролируемого туризма разными
государствами начинает приводить к загрязнению рек, морей, озер про­
дуктами как органического происхождения, так и минерального
(рис. 7.6).
Рис. 7. 6. Мусор на морском побережье
84
Отсутствие четкого разделения мусора на виды (бумага, пластик, ре­
зина, железо и т.д.) и раздельного его сбора без возможной вторичной
переработки с захоронением на свалках ведет к загрязнению почв и
подземных вод.
Радиоактивные отходы некоторых производств представляют боль­
шую опасность для природных вод. Они подлежат обязательному захо­
ронению. Загрязнение водоемов происходит и через гидросферу. Газо­
образные выбросы с производства, от автомобильного транспорта и
ТЭС (окись углерода, пыль, зола и т.д.) попадают в воздух и переносят­
ся на большие расстояния. Потом, растворяясь в атмосферной влаге,
они выпадают на поверхность земли и водных источников в виде так
называемых кислотных дождей, что может в дальнейшем привести к
гибели планктона, рыбы, насекомых и т.д.
Авария на японской АЭС «Фукусима» привела к масштабным ра­
диоактивным загрязнениям морской воды, которую экстренно исполь­
зовали для охлаждения ядерного реактора, а затем сливали обратно в
море. В ней был обнаружен радиоактивный нуклид йод-131 и цезий137. В тоже время в городе Токио были введены ограничения на упот­
ребление водопроводной воды детьми до одного года из-за обнаруже­
ния в ней йода-131, который мог попасть через водозаборные сооруже­
ния из загрязненных водоемов или водотоков после аварии на АЭС.
Необходимо отметить также отрицательное влияние военных кон­
фликтов и учений не только на природные воды, но и на экологическую
ситуацию в целом. Например, при испытании атомной бомбы амери­
канскими военными на атолле Бикини (Маршалловы острова, Океания)
в июле 1946 г. радиоактивные загрязнения получили несколько близко
расположенных островов (рис. 7.7). Впоследствии на одном острове
вымерло практически все население. Природные ресурсы, такие как
вода и рыбные запасы, были также загрязнены.
Последствия войны во Вьетнаме в период с 1957 по 1976 г. отрица­
тельным образом сказались не только на водных ресурсах, но и природе
в целом. После массивных воздушных бомбардировок пожарами было
уничтожено 60 % джунглей и 30 % равнинных лесов.
В результате применения американскими войсками химикатов серь­
езно изменился экологический баланс Вьетнама (рис. 7.8). В поражен­
ных районах из 150 видов птиц осталось 18. Произошло почти полное
исчезновение земноводных и насекомых, сократилось число рыб в ре­
ках и произошло изменение их состава. Вода стала непригодной для
водоснабжения. Был нарушен микробиологический состав почв, отрав­
лены растения. Резко сократилось число видов древесно-кустарниковых
пород влажного тропического леса.
85
Рис. 7. 7. Взрыв атомной бомбы на атолле Бикини
Рис. 7.8. Распыление химикатов с самолетов
86
Большой урон приносят крушение и потопление военной техники,
особенно больших кораблей, во время проведения военных действий.
Достоверно известно, что американский военный линейный корабль
(линкор) «Аризона», подбитый японцами во время нападения на воен­
ную базу на острове Оаху (штат Гавайи), раскололся на две части и за­
тонул (рис. 7.9). На протяжении более 70 лет из его моторного отсека
медленно вытекает масло, загрязняя водную акваторию.
Рис. 7.9. Линкор «Аризона» на фоне Бруклинского моста в Нью-Йорке. Потопление
даже одного такого большого корабля приведет к загрязнению водной акватории
вытекающим маслом и топливом в пределах нескольких километров
Использование вод Мирового океана в качестве хранилища остатков
космических аппаратов после выведения их из эксплуатации вызывает
много вопросов. Затоплению подлежат выработавшие свой ресурс
станции и корабли с загруженным в их отсеки различного рода мусором
и отходами жизнедеятельности космических экспедиций (рис. 7 .1 О).
Каждый год более десятка космических кораблей затапливаются в во­
дах Мирового океана. Естественно, все это отрицательным образом
влияет на мировые водные ресурсы.
Строительство плотин, водохранилищ и регулирование стока имеет,
кроме положительных качеств, еще и отрицательные. Существует такой
тип отрицательного воздействия, который при должном и правильном
87
рассмотрении может быть полностью ликвидирован при затрате необ­
ходимых средств. Другой тип воздействия не может быть ликвидиро­
ван, так как является последствием такого строительства, например,
разрушение сложившихся в данном месте строительства экосистем. Это
может произойти при возможном превышении пределов антропогенно­
го вмешательства в природу, т.е. выход за пределы экологической на­
грузки для рассматриваемой территории. После строительства водохра­
нилищ изменяется водный баланс, происходит затопление и подтопле­
ние территорий, переформирование берегов рек и водохранилищ, изме­
нение гидрологического и гидробиологического режима водотоков и
водоемов. Наиболее серьезно влияют на окружающую среду крупные
водохранилища.
Рис. 7.10. Орбитальная станция «Мир», затопленная после окончания
эксплуатации в водах Тихого океана
В заключение параграфа хочется сказать, что любое вступление че­
ловека в природную среду все равно будет оказывать на нее воздейст­
вие. Насколько сильной будет степень этого влияния зависит от самих
людей, а также от применяемых перспективных методов защиты не
только водных ресурсов, но и всей окружающей среды.
88
7.2. ОХРАНА ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ИСТОЩЕНИЯ
Защ ита водны х объектов в наш ей стране от загрязнений обеспечива­
ется законодательны ми, технологическими и санитарны ми мероприя­
тиями. В настоящ ее время разработаны и действую т правовы е докумен­
ты , которы е регламентирую т использование водны х ресурсов, исходя
из интересов различны х водопользователей: ры бное хозяйство, орош е­
ние, энергетика, гидротранспорт и т.д. О бязанность государства и лю ­
дей заботиться об охране окруж аю щ ей среды определена в К онститу­
ции РФ .
В У головном кодексе Российской Ф едерации сущ ествует отдельная
статья по экологическим преступлениям, описы ваю щ ая меры ответст­
венности за правонаруш ения, в том числе за загрязнение природных
вод. К сож алению , мера ответственности не является суровой, поэтому
позволяет некоторы м недобросовестны м лю дям преступать закон, от­
делы ваясь всего лиш ь небольш им денеж ны м ш трафом или условны м
сроком . Н е стоит забы вать о том, что взяты е вместе экологические пре­
ступления в определенном населенном пункте (районе, области), на­
пример, такие как сброс неочищ енны х сточны х вод в водоем разны ми
предприятиями, могут сильно ухудш ить экологическую ситуацию в
данном районе. М ож но сделать вы вод о том, что эти предприятия в сво­
ей совокупности соверш аю т экоцид, т.е. отравление и уничтож ение
водных ресурсов, что в дальнейш ем мож ет привезти к экологической
катастрофе (статья 358 «Экоцид» уголовного кодекса Российской феде­
рации). Это будет более правильная формулировка, так как все вы ш е­
перечисленны е последствия могут отразиться в будущ ем уж е на фоне
целой страны и даж е планеты . К сож алению , наш У головны й кодекс
отказы вается трактовать в совокупности сбросы от всех промы ш ленны х
предприятий определенной области (региона) как экоцид, поэтому и
наказы вает их по более мягкой статье каж дое по отдельности. П оэтому
необходимо переработать главу У головного кодекса по экологическим
преступлениям, увеличив сроки, как минимум, вдвое. Такж е полезны м
будет трактовать все виды экологических преступлений как преступле­
ния против мира и безопасности человечества. Для лиц, скры ваю щ ихся
от правосудия, организовать пож изненное преследование не только в
наш ей стране, но и за рубеж ом .
К онтроль над промы ш ленны ми выбросами производится с помощ ью
различных показателей, например П Д К , под которы м подразумевается
концентрация химического вещ ества в водоеме, которая не долж на ока­
зы вать прямого или косвенного влияния на организм человека в тече89
ние всей его жизни и на здоровье последующих поколений, а также не
должна ухудшать гигиенические условия водопользования. Обеспече­
ние необходимых значений ПДК может быть достигнуто только стро­
гим контролем поступления химических веществ во внешнюю среду.
Это может быть достигнуто только при полном прекращении сброса
загрязненных вод в водоемы и водотоки.
Соблюдение величин предельно допустимого выброса для каждого
предприятия обеспечивает выполнение санитарных норм и на сего­
дняшний день является основным средством охраны воды, воздуха,
почвы. При выборе нормативов по предельно допустимым выбросам
необходимо ориентироваться, прежде всего, на самые чувствительные
организмы, проживающие в определенном водоеме или водотоке.
Все нормируемые величины по допустимым концентрациям необхо­
димо принимать совместно с Министерством здравоохранения РФ спе­
циально созданной комиссией.
Соблюдение необходимых норм возможно при соответствующих
методах очистки воды, а также с помощью создания совершенных схем
водного хозяйства.
В качестве мероприятий по уменьшению сброса загрязнений в водо­
ем перспективно использовать повторное и оборотное водоснабжение,
создавать маловодные и безводные технологии, а также разрабатывать
методы более глубокой очистки сточных вод. В перспективе производ­
ственные предприятия с такими технологиями позволят полностью ис­
ключить сброс загрязнений в водоемы и водотоки, а также максимально
использовать все отходы производства.
В процессе забора больших объемов природной воды и нарушения
экологического равновесия из-за вырубки лесов, осушения болот, вод­
ной эрозии почв, добычи полезных ископаемых и т.д. происходит ис­
тощение водных ресурсов.
Одним из решений в борьбе с истощением является лесомелиорация.
Благодаря посадке и произрастанию деревьев поверхностный сток пе­
реводится в подземный, поэтому повышается уровень грунтовых вод и
обеспечивается стабильное питание водных источников. Кроме того,
лесопосадки уменьшают эрозию берегов, ослабляется скорость ветра,
снижается высота и ударная сила волн. Уменьшается испарение в зоне
посадки на 30 %.
Использование атомных электростанций в будущем вызывает много
вопросов. Многие ученые считают развитие атомной энергетики неце­
лесообразным. Они убеждены, что решить проблему энергетической
безопасности и климата и одновременно ликвидировать энергетиче­
скую бедность вполне можно без атомной энергетики. Это совершенно
90
справедливо для России с большими запасами энергоносителей и высо­
ким потенциалом энергосбережения, а также возобновляемых источни­
ков энергии. Спорным считается вопрос использования атомных сило­
вых установок в подводных лодках, военных и гражданских кораблях
из-за невозможности организации безопасности окружающей среды и
экипажа при возможной аварии или при потоплении корабля в резуль­
тате военных действий (рис. 7 .11 ). Некоторые экологи, учитывая бес­
перспективность развития атомной энергетики, выступают против
строительства новых АЭС и за вывод из эксплуатации старых после
выработки их ресурса.
Рис. 7.11. Авианосец «Шарль Де Голль» с атомной силовой установкой.
Последствия аварии атомной установки могут отрицательно сказаться
на водных ресурсах
Многие природоохранные организации (Гринпис, Всемирный фонд
дикой природы WWF) предлагают пересмотреть принятое сейчас пред­
ставление об атомной энергетике как о возможном высокотехнологич­
ном товаре для экспорта, поскольку только скоординированные совме­
стные действия по прекращению использования атомной энергии могут
обеспечить ядерную безопасность на планете.
В последнее время дискутируются вопросы об отказе в строительст­
ве новых ГЭС в связи с широким спектром негативных экологических
последствий. То же самое касается и ТЭС. Предлагается переходить на
альтернативные источники получения энергии (ветровые, солнечные)
(рис. 7.12 и 7.13). Необходимо уменьшить риски и увеличить эффек­
тивность работы существующих ГЭС и ТЭС.
91
Рис. 7.12. Ветрогенераторы на полях
Рис. 7.13. Одна из крупнейших солнечных электростанций (Испания)
92
Полный отказ или ограничение молевого лесосплава позволит не за­
грязнять водные ресурсы. Наиболее перспективным является на сегодня
транспортировка леса на судах. Это ускоряет доставку леса к месту по­
требления и полностью исключает загрязнение водных путей лесом.
Этому будет способствовать строительство мощных предприятий по
переработке леса непосредственно в местах его заготовки.
Организация раздельного сбора мусора с четким его делением на
виды для последующей переработки на специально созданных пред­
приятиях позволит снять нагрузку на свалки, а также способствует эко­
номии ресурсов. К примеру, всем известно, что проще и дешевле пере­
работать вторсырье, например, макулатуру, железо, пластик, чем запус­
кать полный цикл изготовления данной продукции на заводах.
Снижение газообразных выбросов может быть достигнуто путем пе­
ревода автопарка (автомобили, автобусы) с двигателя внутреннего сго­
рания на электрический, выброс углекислого газа которого равен нулю
(рис. 7.14).
Рис. 7.14. Электромобиль Smart с нулевым выбросом углекислого газа
Жесткий контроль государства за зонами отдыха с созданием плат­
ных охраняемых пляжей и экологического мониторинга способен све­
сти их загрязнение к минимуму.
Поддержание мира на планете и отказ от затопления космического
мусора в водах мирового океана, бесспорно, позволит смотреть на бу­
дущее с большим спокойствием и оптимизмом.
93
Полезным будет пропаганда в средствах массовой информации,
учебных заведениях и т.д. экологического воспитания с целью увеличе­
ния ответственности каждого человека перед окружающей средой.
Многие некоммерческие природоохранные организации пытаются
решить экологические проблемы современного мира, но успехов в этом
вопросе пока недостаточно для стабилизации ситуации в мире. Необхо­
димо привлекать как можно больше людей, способных осознать имею­
щиеся экологические проблемы человечества.
В настоящее время многие известные политики, ученые, актеры, пи­
сатели и др. стараются внести вклад в защиту окружающей среды, про­
пагандируя правильную жизненную позицию по отношению к природе.
Известная французская киноактриса Брижит Бардо является созда­
телем фонда по защите диких и домашних животных. Также она выде­
ляет деньги на борьбу с браконьерами и строительство приютов.
Американский актер Джонни Депп уже несколько лет живет в «зе­
леном» доме, в котором расход энергии на отопление и электричество
сведен к минимуму. Он активно участвует в различных «зеленых» де­
монстрационных акциях, а также сотрудничает с разными фондами по
защите природы, перечисляя им солидные денежные взносы.
Каким будет наш мир в будущем - решать нам. Все в наших руках.
Трезвое понимание ситуации, честный подход к природе, а также жела­
ние изменить жизнь на нашей планете к лучшему являются главными
стимулами для решения существующих проблем.
7.3. ЗОНЫ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ИСТОЧНИКОВ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
И ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
С целью предотвращения загрязнения поверхностных природных ис­
точников в местах расположения водозаборных сооружений и на окру­
жающих их территориях устраиваются зоны санитарной охраны (ЗСО).
Основные требования к проектированию зон санитарной охраны оп­
ределяются СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и со­
оружения». Зона санитарной охраны источника водоснабжения в месте
забора воды включает в себя три пояса. Первый пояс - зона строгого
режима. Второй и третий пояс - зона режимов ограничения. Проект
этих
зон
разрабатывается
на
основе
данных
санитарно­
топографического обследования территорий. Также учитываются гид­
рологические, гидрогеологические, инженерно-геологические и топо­
графические материалы. На основе определенных изысканий опреде­
ляются границы поясов данных зон, а также перечень мероприятий по
их организации и санитарный режим в них. Граница зоны санитарной
94
охраны первого пояса поверхностного источника ограничивает источ­
ник в месте забора воды, а также площадку, занимаемую водозаборны­
ми сооружениями, насосными станциями, очистными сооружениями и
резервуарами чистой воды. Граница данной зоны устанавливается для
устранения возможности случайного или умышленного загрязнения
воды в этом поясе. Пояс охватывает акваторию рек и каналов не менее
чем на 200 м от водозабора вверх по течению и 100 м вниз по течению.
Граница пояса по прилегающему берегу проходит на расстоянии не ме­
нее чем 100 м от линии уреза воды при максимальном уровне. При ши­
рине реки и канала до 100 м в первый пояс входит часть противопо­
ложного берега (по отношению к водозабору) шириной 50 м от уреза
воды, при большей ширине - акватория не менее 100 м.
Для водохранилищ и озер первый пояс санитарной охраны охваты­
вается границей, которая проходит на расстоянии 100 м от водозабора
по акватории источника во всех направлениях, а по прилегающему к
водозабору берегу на расстоянии не менее 100 м от уреза воды. Если
имеется водозаборное сооружение с водоприемным ковшом, то граница
охватывает всю площадь ковша и территорию вокруг него полосой не
менее 100 м.
При использовании водозаборных сооружений инфильтрационного
типа в пояс включается прибрежная территория между водозабором и
поверхностным источником, если расстояние между ними менее 150 м.
Для подрусловых водозаборов граница зоны санитарной охраны анало­
гична поверхностным источникам.
Территория первого пояса должна быть озеленена и огорожена. На
акватории поверхностных источников устанавливаются предупреди­
тельные знаки (рис. 7 .15). В пределах этого пояса строго запрещены все
виды строительства, которые не связаны с основным производством, а
также проживание людей, купание, ловля рыбы, водопой и выпуск ско­
та, стирка белья, рубка леса. Применение удобрений и ядохимикатов
категорически запрещено.
Второй пояс санитарной охраны охватывает территорию по обеим
сторонам реки на расстоянии 500-1 ООО м от уреза воды. Его боковые
границы устанавливают в зависимости от рельефа данной местности.
Вниз по течению реки граница принимается на расстоянии не менее
250 м от места водозабора. Вверх по течению реки граница назначается
из условий пробега воды от нее до водозабора в течение 3-5 суток в
зависимости от климатических условий при среднемесячном расходе
воды 95 %-й обеспеченности. На судоходных каналах и реках в границу
зоны второго пояса включают акваторию, которая прилегает к водоза­
бору в пределах фарватера (судовой ход по водному пространству).
95
Для водоемов граница второго пояса назначается в радиусе 3-5 км
по всей акватории, что зависит от наличия ветров. Боковая граница во­
доемов аналогична речным.
На территории зоны второго пояса санитарной охраны разрешается
отводить землю для строительства и благоустройства населенных пунк­
тов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных объектов, оз­
доровительных учреждений, но при условии оборудования систем во­
доснабжения и канализации. Кроме того, на территории пояса запреща­
ется складирование твердых бытовых отходов, а также различных ве­
ществ, способных вызвать загрязнение водоемов. Устройство полей
фильтрации и орошения не допускается.
Рис. 7. 15. Табличка рядом с водоемом с предупреждением
о зоне санитарной охраны (Китай)
Граница зоны третьего пояса санитарной охраны источника водо­
снабжения вверх и вниз по течению водотока и во все стороны аквато­
рии водоема аналогична границам второй зоны. Боковые разделы
должны проходить по водоразделу, но не дальше 3-5 км от водотока
или водоема.
Санитарные мероприятия в зоне третьего пояса санитарной охраны
для поверхностных источников аналогичны второму поясу. Допускает­
ся организация лесозаготовительных работ. На каналах и водохрани­
лищах в границах третьей зоны предусматривают мероприятия по очи­
стке дна от отложений и растительности.
96
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СНиП 2.04.02-84'. Водоснабжение. Наружные сети и сооруже­
ния. М., 1984.
2. Проектирование сооружений для забора поверхностных вод. М. :
Стройиздат, 1990. 256 с.
3. Витрешко ИА. Водозаборные сооружения : учебное пособие /
Моск. гос. строит. ун-т. М.: МГСУ, 2009. 80 с.
4. Витрешко ИА. Водозаборные сооружения на крупных водоемах:
учебное пособие / Моск. гос. строит. ун-т. М.: МИСИ им. В.В. Куйбы­
шева, 1982. 68 с.
5. Витрешко ИА. Глубинные водоприемники. М.: Стройиздат, 1989.
112 с.
6. Укрупненные сметные нормы на сооружения водоснабжения и
канализации. Сборник № 10-2. Сооружения водоснабжения. Вып. 4.
Речные водозаборные сооружения. М.: Стройиздат, 1978.
7. Справочник проектировщика промышленных, жилых и обществен­
ных зданий и сооружений. Водоснабжение населенных мест и промыш­
ленных предприятий / под ред. И.А. Назарова. М.: Стройиздат, 1967.
8. Все страны мира / сост. М.В. Адамчик. Минск: Харвест, 2009.
800 с.
9. Николадзе ГИ Водоснабжение: учебник. 2-е изд., перераб. и доп.
М.: Стройиздат, 1979. 238 с.
10. Абрамов Н.Н. Водоснабжение : учебник. 3-е изд., перераб. и доп.
М.: Стройиздат, 1982. 440 с.
11. Сомов МА. Водопроводные системы и сооружения : учебник.
М. : Стройиздат, 1988. 399 с.
12. Журба МГ, Соколов ЛИ., Говорова Ж.М Водоснабжение. Про­
ектирование систем и сооружений: в 3 т. Т. 1. Системы водоснабжения,
водозаборные сооружения : учебное пособие. Изд. 3-е, перераб. и
ДОП. М.: АСВ, 2010. 400 с.
13. Гидрология и гидротехнические сооружения: учебник/
Г.Н. Смирнов и др. ; под ред. Г.Н. Смирнова. М.: Высшая школа, 1988.
472 с.
14. Николадзе ГИ, Сомов МА. Водоснабжение: учебник. М.:
Стройиздат, 1995. 688 с.
15. Сомов МА., Журба МГ. Водоснабжение. Том 1. Системы забора,
подачи и распределения воды: учебник. М.: АСВ, 2010. 262 с.
16. Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения.
Справочник / Б.Н. Репин, С.С. Запорожец, В.Н. Ереснов и др. ; под ред.
Б.Н. Репина. М.: Высшая школа, 1995. 431 с.
97
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
3
1. Виды поверхностных природных и искусственных
источников, используемых для водоснабжения
1.1. Общие сведения о природных и искусственных
источниках водоснабжения
1.2. Океаны и моря как источники водоснабжения
1.3. Озера как источники водоснабжения
1.4. Реки как источники водоснабжения
1.5. Водохранилища как источники водоснабжения
1.6. Каналы как источники водоснабжения
5
6
1О
11
12
13
2. Общие сведения о водозаборных сооружениях
из поверхностных источников
2.1. Общие соображения по выбору источника
2.2. Основные определения и классификация сооружений
14
14
18
5
3. Речные водозаборные сооружения берегового типа
3.1. Условия забора воды из реки
3.2. Конструкции речных водозаборных сооружений
берегового типа
3.3. Технологическое оборудование речных водозаборных
сооружений берегового типа
20
20
4. Речные водозаборные сооружения руслового типа
4.1. Конструкции речных водозаборных сооружений
руслового типа
4.2. Технологическое оборудование речных водозаборных
сооружений руслового типа
.43
.46
5. Водоприемные ковши и нестационарные водозаборные
сооружения
5.1. Условия забора воды с помощью водоприемного ковша
5.2. Виды и конструкции водоприемных ковшей
5.3. Нестационарные водозаборные сооружения
53
53
54
56
98
25
29
43
6. Водозаборные сооружения в специфических
природных условиях
6.1. Особенности забора воды из горных рек
6.2. Особенности забора воды в районах вечной мерзлоты
6.3. Особенности забора воды из водохранилищ и озер
6.4. Водозаборные сооружения на каналах
6.5. Особенности забора воды из океанов и морей
58
58
62
66
71
74
7. Охрана поверхностных источников водоснабжения
7 .1. Основные источники загрязнения природных вод
7.2. Охрана природных источников водоснабжения
от загрязнения и истощения
7.3. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения
и водозаборных сооружений
80
80
Библиографический список
97
89
94
Учебное издание
Орлов Евгений Владимирович
ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Учебное пособие
Редактор ЕД Нефедова
Компьютерная правка и верстка НВ. Макаровой
Обработка рисунков Е.В. Орлова
Дизайн обложки С.М Сивоконевой
Подписано в печать 2] .05.20] 3 г. Формат 60х84 ]/16. Печать офсетная.
И-6. Усл.-печ. л. 5,8. Уч.-изд. 3,8. Тираж 150 экз. Заказ № 187.
ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».
Издательство МИСИ - МГСУ.
Тел. (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95,
e-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru
Отпечатано в типографии Издательства МИСИ - МГСУ.
Тел. (499) 183-91-90, (499) 183-67-92, (499) 183-91-44
129337, г. Москва, Ярославское ш., д. 26
