Типы и конструкции водозаборных сооружений

Выбор типа сооружения для приема подземных вод зависит в основном от глубины их залегания и мощности водоносного горизонта. Сооружения для приема подземных вод могут быть подразделены на четыре вида: водозаборные скважины; шахтные колодцы; горизонтальные водозаборы; каптажные камеры.

Водозаборные скважины, являясь наиболее распространенными водозаборными сооружениями для систем водоснабжения городов, сельских населенных пунктов и промышленных предприятий, служат для приема безнапорных и напорных подземных вод, залегающих на глубине более 10 м.

Шахтные колодцы служат для приема подземных вод, залегающих на глубине не более 30 м, а горизонтальные водозаборы устраивают для приема грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине (до 8 м), при малой мощности водоносного горизонта.

Каптажные камеры применяют при необходимости использования для целей водоснабжения ключевой воды.

Водозаборные скважины устраивают путем бурения в земле скважин, стенки которых крепят обсадными стальными трубами. По мере заглубления скважины диаметр обсадных труб уменьшают. В результате скважина приобретает телескопическую форму (рис. 3.1). Концентрические зазоры между отдельными обсадными трубами заделывают (тампонируют) цементным раствором. В скальных грунтах стенки скважин обсадными трубами не крепят. Над верхом водозаборной скважины делают кирпичную, бетонную или железобетонную камеру. В нижней части скважины устанавливают фильтровальную колонну. Водозаборные скважины можно оборудовать фильтрами следующих типов: дырчатыми, щелевыми, сетчатыми, проволочными, гравийными. В зависимости от требуемого расхода и мощности водоносного горизонта устраивают одну или несколько водозаборных скважин, располагаемых перпендикулярно направлению потока подземных вод.

Схема конструкции скважины

Рис. 3.1. Схема конструкции скважины

  • 1 — кондуктор; 2 — техническая колонна; 3 — эксплуатационная колонна; 4 — затрубная цементировка; 5 — соединительная муфта; 6 — сальник;
  • 7 — фильтровальная эксплуатационная колонна

Способ получения воды из скважин зависит от глубины залегания уровня воды. При самоизливе воду отводят из скважин самотеком в сборный резервуар, из которого ее откачивают насосами. При сравнительно неглубоком залегании подземных вод их отводят из скважин по самотечным или сифонным трубопроводам в сборный колодец. Применение сифонных трубопроводов позволяет уменьшать глубину заложения сборных трубопроводов. При глубоком залегании воды (более 20 м от поверхности земли) каждую водозаборную скважину оборудуют насосом, устанавливаемым на верхнем торце фильтровальной колонны.

Шахтные колодцы могут выполняться из бетона, железобетона, кирпича, бутового камня и дерева. В большинстве случаев их строят опускным

способом, поэтому обычно они имеют круглую форму в плане (рис. 3.2).

Для приема воды дно шахтных колодцев устраивают в виде так называемых обратных фильтров путем послойной засыпки крупнозернистых материалов с постепенным увеличением крупности зерен снизу вверх. В боковых стенках бетонных и железобетонных колодцев создают водоприемные отверстия путем закладки в них труб при бетонировании.

__Е____

Рис. 3.2. Шахтный колодец

1 — ствол шахты; 2 — отмостка; 3 — глиняный замок; 4 — насос; 5 — фильтр

из крупно-зернистых материалов

Для повышения расхода (дебита) шахтных колодцев увеличивают площадь донного фильтра путем уширения его основания. Значительного увеличения дебита можно достигнуть, например, устроив радиально расположенные горизонтальные трубчатые фильтры. Такие водозаборы называют лучевыми (рис. 3.3).

V/////////////////А

Лучевой водозабор

Рис. 3.3. Лучевой водозабор

1 — водосборный колодец (шахта); 2 — погружной насос; 3 — напорные трубы; 4 — перфорированные стальные трубы; 5 — наземный павильон

Для получения значительных расходов воды устраивают несколько шахтных колодцев, которые располагают перпендикулярно направлению потока грунтовых вод. Воду из каждого колодца отводят по самотечным или сифонным линиям в сборный колодец, из которого ее перекачивают насосами на очистную станцию или непосредственно к потребителям.

Горизонтальные водозаборы выполняют из железобетонных, бетонных или керамических труб с круглыми или щелевыми отверстиями. Для этого целесообразно использовать трубы овои-дального (сжатого по горизонтали) сечения, которые обладают большей площадью водоприемной поверхности (рис. 3.4).

а)

Горизонтальный водозабор из железобетонных труб

Рис. 3.4. Горизонтальный водозабор из железобетонных труб

овоидального сечения

а — продольный профиль; б — поперечное сечение; I — слой фильтрующего материала с крупностью зерен 12—15 мм; 2 — то же, 5—7 мм; 3 — то же, 1,5—2 мм; 4 — то же, 0,4—0,6 мм; 5 — бетонное основание

Для предотвращения вымывания водой частиц грунта в водозаборы их обсыпают фильтрующей песчано-гравийной загрузкой, а для исключения поступление в водозаборы загрязненных поверхностных стоков над ними на поверхности земли устраивают глиняную подушку.

Простейшие горизонтальные водозаборы могут выполняться из коротких труб с зазорами в местах соединений, из кирпичной или бутовой кладки без раствора и т. п. Для осмотра и очистки горизонтальных водозаборов через каждые 50—150 м по их длине устраивают смотровые колодцы.

Ключевую воду для целей водоснабжения (каптаж ключей) используют с помощью каптажных камер. Для захвата вод восходящих ключей устраивают камеры по типу шахтных колодцев, располагая их над местами выходов воды, а для захвата вод нисходящих ключей — с приемом воды через боковые стенки (рис. 3.5).

3

Каптажный водозабор

Рис. 3.5. Каптажный водозабор

  • 1 — водоприемная камера; 2 — водоприемное отверстие; 3 — водоупор (глина); 4 — обратный фильтр; 5 — водоносный пласт; 6 — глиняный замок; 7 — вентиляционная труба; 8 — люк смотровой камеры; 9 — расходная труба;
  • 10— сливная труба опорожнения камеры; 11 — перелив

Выбор места и типа сооружения для приема поверхностных вод является достаточно сложной инженерной задачей.

Сооружения для приема воды из поверхностных источников должны обеспечивать бесперебойное снабжение потребителя водой возможно лучшего качества в различное время года. Это может быть достигнуто правильным выбором места их расположения (как в плане, так и по глубине), типа и конструкции.

Место расположения водозаборного сооружения в плане следует выбирать как можно ближе к потребителю, на устойчивом участке водоема, в районе наименьшего загрязнения водоема (на реках — выше населенных пунктов, промышленных предприятий и участков сброса сточных вод), вне очагов возможного образования шугозажоров и ледяных заторов, вне областей интенсивного движения донных наносов и с учетом возможности организации зоны санитарной охраны.

Место расположения водозаборных сооружений на реках выбирают с учетом типа руслового процесса (характера изменения русла), как правило, на выпуклых (со стороны населенного пункта) берегах с предварительным их укреплением от естественного разрушения.

Водозаборные сооружения на реках по конструкции подразделяют на следующие типы: береговые; русловые; специальные (ковшовые, инфильтрационные, из горных рек, передвижные, плавучие и др.).

а) __--- б)

Водоприемник берегового типа

Рис. 3.6. Водоприемник берегового типа

а — совмещенный с насосной станцией первого подъема — НС-1; б — раздельный; 1 — водоприемный колодец; 2 — входные окна; 3 — приемная камера; 4 — всасывающая камера; 5 — насос; 6 — машинный зал; 7 — всасывающий

трубопровод

Водозаборные сооружения берегового типа устраивают при сравнительно крутых берегах рек (рис. 3.6). Водозаборное сооружение состоит из водоприемного берегового колодца и насосной станции. По фронту водоприемный колодец разделяется на отдельные секции, число которых принимается равным двум или числу всасывающих линий. Каждая секция водоприемного колодца разделена перегородкой на две камеры: приемную и всасывающую, куда опускают всасывающие трубы насосов. Вода из реки в зависимости от ее уровня (высоких вод —УВВ или низких вод — УН В) поступает в приемную камеру через соответствующие отверстия, оборудованные с наружной стороны съемными решетками, а с внутренней стороны — затворами дроссельного или шиберного типа. Решетки выполняют из вертикальных стальных стержней с поперечным сечением прямоугольной или круглой формы. Зазор между стержнями решетки принимают равным 40—50 мм. Размеры решеток определяют из условия пропуска воды в прозорах между стержнями при наибольшем расходе со скоростью 0,2—0,6 м/с. При сильном загрязнении воды и наличии шуги принимают меньшие скорости. При большом колебании уровней воды в реке приемные отверстия выполняют в два или три яруса. Верхние отверстия служат для забора верхних сравнительно чистых слоев воды во время паводка. В проеме перегородки между приемной и всасывающей камерами устанавливают сетку из проволоки толщиной 1 — 1,5 мм с ячейками размером от 2x2 до 5x5 мм. Крупные водозаборные сооружения оборудуют вращающимися сетками с непрерывной промывкой. Процеживание воды через решетки и сетки обеспечивает ее предварительную очистку и предотвращает повреждение оборудования.

Верх водоприемного колодца должен возвышаться над самым высоким уровнем воды не менее чем на 0,5 м. Над колодцем сооружают павильон, из которого управляют оборудованием.

Водозаборные сооружения руслового типа устраивают при сравнительно пологих берегах, слабых грунтах и малой глубине воды в реке (рис. 3.7). Водозабор состоит из оголовка, самотечных линий, берегового колодца и насосной станции. Вода поступает в береговой колодец по самотечным линиям. Дальнейшее движение воды аналогично ее движению в водозаборе берегового типа.

Водоприемник руслового типа

Рис. 3.7. Водоприемник руслового типа

1 — оголовок; 2 — самотечная линия, проложенная с прямым или обратным уклоном; 3 — береговой колодец; 4 — насосная станция

Оголовки служат для закрепления концов самотечных линий и приема воды из источника. Их выполняют в виде раструбов труб, выдвинутых в русло реки, или иной конструкции. На реках, используемых для лесосплава отдельных бревен (называемых «молью»), могут применять ряжевые оголовки (в виде деревянных срубов). На судоходных и лесосплавных (плотами) реках проектируют оголовки только железобетонные или бетонные в стальном кожухе, исключая таким образом возможность их повреждения судами или якорями.

Самотечные линии выполняют из стальных, железобетонных или асбестоцементных труб или в виде железобетонных галерей. Число ниток трубопроводов принимают не менее двух. Самотечные линии следует укладывать с уклоном в сторону берегового колодца или в обратном направлении в зависимости от принятого направления промывки этих линий. Скорость движения воды в самотечных линиях во избежание их засорения следует принимать не менее 0,7—0,9 м/с. Очистку самотечных линий от отложений целесообразно выполнять путем прямой или обратной промывки водой. Для этого водозаборные сооружения должны иметь необходимое оборудование.

Береговые колодцы водозаборов руслового типа аналогичны по устройству водоприемным береговым колодцам водозаборов берегового типа.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >