Водозаборные сооружения

В зависимости от вида источника водоснабжения различают два вида сооружений: водоприемники для забора воды из поверхностных источников и водоприемники для забора подземной воды.

Для получения подземной воды применяют следующие сооружения: трубчатые колодцы (водозаборные скважины), шахтные колодцы, горизонтальные водозаборы, каптажные камеры.

Трубчатые колодцы(водозаборные скважины) используются при глубине залегания вод (напорных и безнапорных) более 10 м – это наиболее распространенное водоприемное сооружение (рис. 1.3.).

Скважины бурят по типу бурения скважин на нефть. Стенки скважин закрепляют обсадными трубами (стальные трубы на муфтах с резьбой). По мере заглубления их диаметр уменьшается, в результате скважина имеет телескопическую форму. В зазоры между обсадными трубами закладывают цементный раствор. В скальных грунтах крепления не делают. Над верхом колодца скважины устраивают камеру из кирпича, бетона или железобетона, вход в нее через люк. При глубоком залегании (более 20 м) скважину оборудуют насосами. При самоизливе воду из скважин отводят самотеком по трубам, а при небольшом залегании – по сифоновым трубопроводам в сборный колодец, а оттуда откачивают насосом.

В нижней части скважин устанавливают фильтр, через который вода поступает в колодец, в трещиноватых грунтах – не устанавливаются. Применяют фильтры: дырчатые, щелевые, сетчатые, проволочные, гравийные.

Шахтные колодцы применяются при залегании подземных вод более 30 м, используются в системах индивидуального водоснабжения в сельской местности, в дачных поселках.

Колодец выполняется из кирпича, бетона, железобетона, бутового камня, дерева. Чаще всего шахтные колодцы строят опускным способом, поэтому они имеют круглую форму, а деревянные колодцы – в виде сруба квадратной формы. В дне колодца сооружают обратный фильтр из крупнозернистого материала (галька, гравий, щебень, песок), насыпанного слоями с постепенным увеличением крупности зерен снизу вверх. Бетонные, железобетонные колодцы имеют в боковых стенках водоприемные отверстия из труб, закладываемых при бетонировании.

Рис. 1.4. Трубчатый колодец

1 – электродвигатель; 2 – всасывающий патрубок с сеткой; 3 – насос; 4 – уст­ройство для смачивания подшипников насоса; 5 – эксплуатационная колонна; б – устье скважины; 7 – манометр; 8 – вантуз; 9 – трубопровод для сброса промывной воды; 10 – обратный кла­пан; 11 – задвижка; 12 – дифманометр

Вокруг колодца устраивают глиняный замок и отмостку из булыжника на песчаном основании. Стенки колодца на 0,8 м выше земли, что исключает засорение, попадание поверхностных стоков. Для увеличения забора воды устраивают несколько колодцев, из которых вода по самотечным или сифонным трубопроводам поступает в сборный колодец, из которого прием воды обеспечивается насосами потребителю или на очистные сооружения.

Горизонтальные водозаборы служат для забора воды (грунтовой) при глубине до 8 м при малой мощности водоносного горизонта. Представляют собой бетонные, железобетонные, керамические трубы, с круглыми или щелевыми отверстиями, по сечению – овальные, т.к. такие сечения труб имеют большую водоприемную поверхность. Обязательно вокруг труб, сверху и с боков обсыпают фильтрующей засыпкой (обратный фильтр) с гравийно-песчаной подготовкой. Сверху (для исключения попадания поверхностных стоков) засыпают глиной (подушка, экран из глины), а затем грунтом.

Вода по трубам с уклоном I=0,001 поступает самотеком, из которого забирается насосами. Керамические и бетонные трубы малого диаметра применяют без отверстий, но укладывают без заделки стыков, через которые вода и поступает в трубы.

По длине горизонтального водозабора через 50-150 м устраивают смотровые колодцы для осмотра и очистки.

Каптажные камеры предназначены для забора подземной родниковой воды, выходящей на поверхность (каптаж ключей). Для каптажа напорной (восходящих ключей) подземной воды каптажные камеры по типу шахтных колодцев. При нисходящих ключах (безнапорные подземные воды) каптаж осуществляют через боковые стенки каптажной камеры.

Для приема поверхностных вод используют следующие водоприемные сооружения: береговые водоприемники, русловые водозаборы, специальные водоприемники.

Береговые водоприемники строят двух типов: раздельные и совмещенные с насосными станциями; устраивают на реках с достаточной глубиной воды у берега. Береговой водоприемник состоит из водоприемного берегового колодца и насосной станции. Принципиальная схема такого водозабора приводится на рис. 1.5. Водоприемный колодец разделяется на секции по числу всасывающих трубопроводов или принимается равным 2 (для случая ремонта). Каждая секция разделяется перегородкой на 2 камеры: приемную и всасывающую, где находятся всасывающие трубы насосов. Вода поступает в приемную камеру через окна, которые перекрываются снаружи решетками с вертикально расположенными стержнями диаметром 6 – 10 мм.

Рис. 1.5. Схема раздельного водоприемника берегового типа:

1 – приемная камера; 2 – всасывающая камера; 3 – насосная станция; 4 – насосы; 5 – всасываю­щие линии; 6 – водоприемный колодец; 7 – сетка

Рис. 1.6. Схема берегового во­доприемника, совмещенного с насосной станцией:

1 – водоприемное отделение; 2 – на­сосный зал; 3 – водоприемная сетка; 4 – центробежный насос с электро­двигателем

Окна располагаются на разных уровнях, чтобы забирать чистую воду в разные периоды года.

В перегородке устанавливается сетка для задержания крупных наносов. Верх водоприемного колодца должен быть выше самого высокого уровня воды на 0,5 м. Над колодцем сооружается здание, откуда ведется управление оборудованием.

Водоприемное сооружение должно располагаться на устойчивом участке реки и удобном для забора необходимого количества воды в любое время года. Благоприятный гидравлический режим речного потока у вогнутых берегов. Такие берега меньше заносятся песком, который оказывает отрицательное влияние на работу водозабора. Нельзя располагать сооружения на тех берегах, где возможны оползни. Река у места забора должна иметь достаточную глубину для того, чтобы самотечные трубы были погружены под минимальный уровень на глубину не менее чем на 0,5 м для предотвращения попадания в них донных наносов. Если выбранный участок недостаточно устойчив, но подходит во всех других отношениях, то целесообразно его укрепить защитными гидротехническими сооружениями (дамбы, подпорные стенки, шпоры и т.д.).

Также следует знать, что если выбирается в качестве поверхностного источника река, необходимо иметь данные наблюдений за этой рекой в течение продолжительного времени (не менее 2-5 лет). Эти наблюдения по колебанию жидкого стока (наносов), по физическим, химическим и бактериологическим свойствам речной воды.

Водозаборы, совмещенные с насосной станцией, отличаются компактностью. Они строятся чаще, чем раздельные. Они могут оборудоваться и горизонтальными, и вертикальными центробежными насосами. Если горизонтальный насос расположен в водоприемнике ниже минимального уровня воды в реке, т.е. они постоянно залиты, то нет надобности в вакуум-насосе для пуска насосов.

Водоприемники руслового типа применяются для забора воды из реки с пологими берегами, когда требуемые для забора воды глубины реки находятся на некотором расстоянии от берега (при малых глубинах воды в реках).

Водоприемник (рис. 1.7.) состоит из оголовка, самотечных труб, берегового колодца, насосной станции. Иногда выносят водозабор берегового типа, совмещенный с насосной станцией, в русло реки.

Рис. 1.7. Схема руслового водоприемника:

1 – оголовок; 2 – самотечная линия; 3 – береговой колодец; 4 – насосная станция

Такой водоприемник руслового типа называется водозабор-криб. Оголовок служит для приема воды и закрепления концов самотечных труб. Наиболее простая конструкция оголовка – в виде раструбов труб. На судоходных и лесосплавных реках – железобетонные или бетонные оголовки в стальном кожухе (предотвращает повреждения). Оголовок должен быть на 0,5 м выше дна реки, чтобы не попадали донные насосы. Самотечные трубы располагают ниже на 1 – 1,2 м минимального уровня воды в реке, чтобы не замерзала вода в трубах.

Вокруг оголовка, в случае легко размываемых грунтов, предусматривается крепление, возможно каменной наброской. Самотечные трубы – это стальные, железобетонные, керамические трубы или бетонные галереи. Они должны быть не менее 2-х, с уклоном в сторону берегового колодца или в обратном направлении, в зависимости от того, принята прямая промывка или обратная. Скорость течения воды в трубах принимается не менее 0,7 м/с из условия незаиляемости труб. Береговой колодец устраивается так же, как колодец водоприемника берегового типа.