Русловые водоприемники могут быть затопленными и незатопленными. Для водозаборов малой и средней производительностей наиболее широко применяются затопленные водоприемники. Место расположения водоприемника в русле реки должно отвечать общим требованиям к месту расположения водозабора (см. п. 2. 1).
По конструкции затопленные водоприемники могут быть раструбные, трубчатые, ряжевые, свайные, бетонные, железобетонные, фильтрующие, зонтичные и усовершенствованные комбинированные. Выбор типа водоприемника производится в зависимости от наличия на реке судоходства и лесосплава (особенно сплава плотами), от производительности водозабора, шуголедовых условий и рыбозащиты и требуемой надежности.
Металлические и деревянные водоприемники на судоходных и лесосплавных реках (при сплаве леса плотами) могут быть повреждены спущенными якорями судов или тормозными волокушами плотов. На таких реках устраиваются массивные защищенные бетонные или железобетонные водоприемники.
|
|
Независимо от типа затопленного водоприемника на входном конце самотечной или сифонной трубы устраивается воронка в виде раструба для уменьшения входных скоростей, захвата донных примесей и подсоса шуги к отверстиям решеток. На шугоносных реках для защиты от шуги водоприемники выполняют с сильно развитыми площадями входных окон, принимая скорости втекания воды в них 0,05-0,1 м/с.
Рис.5. Раструбные водоприемники:
а – косой; б – косой с наклонной решеткой:
1 – раструбная воронка; 2 – самотечный водовод; 3 – решетка; 4 – упор
Водоприемник раструбного типа (рис. 5) выполняется из металла (труб, листового железа), устроен в виде раструбной воронки на конце самотечного или сифонного водовода. Во входном окне раструба устанавливают грубую решетку. Водоприемник применяется для забора воды из глубоких рек или глубоких плесов (6-10 м), не заполняемых шугой в период ледостава, и из рек, на которых нет ни судоходства, ни лесосплава в месте водозабора. Косой раструбный водоприемник (см. рис. 5, а) хорошо обтекается потоком. Втекание воды в водоприемник достаточно равномерное, но с некоторым подсосом донных течений. Область питания лежит во всем слое потока, который набегает на раструб. Выход промывной воды при обратной промывке самотечной линии и решетки равномерный по сечению. Промывная вода хорошо относится от водоприемника.
Косой раструбный водоприемник с наклонной решеткой (см. рис. 5, б). Донные и придонные слои потока полностью обтекают такой водоприемник, поэтому захват шуги и наносов в него может быть исключен. Для этого требуется большое заглубление и определенный угол наклона решетки (5° к вертикали). При обратной промывке вода выходит у верхового борта.
|
|
Рис.6. Трубчатый односекционный водоприемник с вихревой камерой
Трубчатый односекционный водоприемник с вихревой камерой (рис. 6) состоит из приемной камеры 1 с решеткой 2 в верхней части и вихревой камеры 3. Приемная камера устроена по схеме раструба. К торцу водоприемника присоединен самотечный водовод 5 с помощью раструбного приемного патрубка 4. Поток забираемой из водоема воды, пройдя решетку, направляется с увеличивающейся скоростью в низ приемной камеры, где он поворачивает и входит в вихревую камеру, в которой формируется сложное винтовое течение. Входящий в вихревую камеру поток стремится двигаться по внешнему контуру ее поперечного сечения. В центре камеры образуется область с движением потока вдоль ее оси к приемному патрубку. Давление по контуру вихревой камеры соответствует давлению в приемной камере, давление в центре определяется условиями входа в приемный патрубок самотечного водовода. Разность между давлениями на периферии и в центре мало изменяется по длине водоприемного фронта, в результате чего обеспечиваются условия для равномерного входа воды по всей площади решетки. С целью создания условий для равномерного вытекания воды и очистки решетки при промывке самотечного водовода приемный патрубок присоединяется к водоприемнику так, чтобы ось обратного потока не совпала с осью центральной области, а образовала с ней угол b ³ 20°.
Вихревая камера (см. рис. 6) имеет продольную входную щель постоянной высоты, переменные площади поперечных сечений по длине, увеличивающиеся в направлении течения, тангенциальную скорость втекания w в плоскости какого-либо поперечного сечения, большую средней скорости u в нем не менее чем в 1,15 раза. Такая камера называется щелевой.
Применение в водоприемниках вихревых камер, обеспечивающих равномерность забора воды, позволяет устраивать водозаборы с большой площадью и длиной приемных окон, т. е. уменьшать входные скорости до 0,03 - 0,1 м/с для защиты от шуги и предотвращения захвата рыбы. Поэтому водоприемники с вихревыми камерами по гидравлическим условиям и равномерности входа воды в приемные окна большой площади и промывки решеток являются наиболее совершенными.
Трубчатые водоприемники выполняются из металла (см. рис. 6) или железобетона. Металлические трубчатые водоприемники применяются для забора воды из рек и водохранилищ при отсутствии судоходства, лесосплава и донного льда, железобетонные - из судоходных и лесосплавных рек. Водоприемники могут быть расположены вдоль или поперек потока (на эстакаде). Площадь приемных окон водоприемника до 15 - 20 м2. Расположение решеток окон может быть наклонным или горизонтальным. На шугоносных реках, если наблюдается подныривание шуги под лед при ледоставе, горизонтальное расположение решеток не рекомендуется.
Рис.7. Ряжевый водоприемник с наклонной решеткой
Ряжевый водоприемник (рис. 7). Ряж представляет собой сруб (ящик) из бревен. В ряже укрепляют раструбы самотечных труб. Обычно ряж рубится на берегу и подводится на плаву к месту установки. В дне реки перед установкой водоприемника устраивается выемка. Для погружения в воду на дно ряжа насыпается камень. Дно устраивается из пластин на втором венце бревен от низа. Водоприемник выполняется с боковым или наклонным расположениями металлических или деревянных решеток.
В практике водоснабжения ряжевые водоприемники ранее имели широкое распространение. Для хозяйственно-питьевых водозаборов в настоящее время их применяют реже, так как в период половодья в щелях ряжа застревают корни растений, солома и другие загрязнения, подверженные гниению и влияющие на бактериологические показатели качества воды.
|
|
Применяются ряжевые водоприемники на реках при молевом сплаве леса (россыпью) и шугоносных реках, особенно в условиях донного льдообразования. Считают, что ряж является хорошим средством борьбы с шугой при входных скоростях менее 0,05 м/с.
Для забора воды из шугоносных рек предложен к применению в производственных водопроводах комбинированный водоприемник ряжевого типа. Он состоит из фильтрующих секций и секций обычного ряжевого водоприемника (открытых секций). Фильтрующие секции выполнены из ряжей, рубленных с просветами. Внутри ряжей располагаются коллекторы, которые при помощи самотечных труб соединяются с береговым колодцем. Полости между наружными стенками ряжей и коллектора засыпаны крупным камнем. Прием воды осуществляется через щели ряжа и загрузку с малыми скоростями (0,03-0,05м/с).
Фильтрующие секции включаются в работу в осенне-зимний период, когда в реке образуется внутриводный лед. Открытые секции работают в периоды отсутствия шуги. Очистка фильтрующих секций от наносов производится путем их промывки обратным током воды. Для предотвращения примерзания донного льда к каменной насыпи фильтрующих секций подводится отработавшая теплая вода, выпуск которой осуществляется выше водоприемника по течению реки.
Свайный водоприемник состоит из ряда свай, забиваемых с просветами по такому же контуру, как и в ряжевых водоприемниках. В сваях укрепляются концы самотечных труб с решетками. В местах прохода самотечных труб сваи спиливаются, промежутки выше труб забираются горизонтальными бревнами. Пространство внутри свайных рядов засыпается крупным камнем. Дно вокруг водоприемника укрепляется фашинным тюфяком с пригрузкой камнем. Условия применения те же, что и ряжевых водоприемников.
Бетонный водоприемник. Для его выполнения изготовляется на берегу металлический кожух, в котором укрепляют концы самотечных труб. Кожух доставляется к месту установки на плаву или по льду и опускается путем затопления на подготовленное основание. Заполнение кожуха бетоном производится по методу вертикально перемещающейся трубы. Кожух может быть с дном или без дна для связи бетона с основанием (скальным грунтом или свайным ростверком). Водоприемники могут устраиваться односекционными, т. е. отдельными для каждой самотечной линии (рис. 8) и двухсекционными - для двух линий (рис. 9).
|
|
Рис.8.
Рис.9
Железобетонный водоприемник. Для его изготовления устраивается железобетонная коробка (корпус) в виде баржи, в которую заделывают концы самотечных труб. Коробка доставляется к месту установки и затопляется путем загрузки в нее камня.
Рис.10
Для забора воды из шугоносных рек рекомендуется к применению водоприемник с двухсторонним приемом воды конструкции А. С. Образовского (ВНИИВОДГЕО), схема устройства которого приведена на рис. 10. Он представляет собой железобетонную баржу 1, разделенную перегородкой на две длинные аванкамеры 2 вихревые камеры переменного сечения, которые в отличие от щелевых называются упрощенными или открытыми. К торцам камер присоединены самотечные трубы 4 с приемными патрубками 5 в виде раструба, верх которого располагается не выше порога водоприемных окон. Вместо раструба вход воды из вихревой камеры в самотечную трубу может быть оформлен в виде вихревого патрубка. Камеры имеют большую площадь приемных окон. Решетки 6 устроены из вертикальных стержней прямоугольного сечения, установленных под углом 135° к направлению течения потока, в результате чего решетка приобретает свойство самоочищаемости. В водоприемнике предусмотрена возможность очистки решеток при промывке самотечных труб. Верховая часть водоприемника выполнена в форме ледореза 3, укрепленного железобетонными плитами.
Достоинства водоприемника: 1) наличие аванкамер, позволяющих увеличить площадь приемных окон и уменьшить скорости входа воды в них для уменьшения подсоса шуги;
2) независимо действующие приемные окна, исключающие перетекание воды с одной стороны водоприемника в другую в случае косого обтекания его потоком; 3) простое устройство открытых вихревых камер.
Рис.11
Недостатком открытых вихревых камер является некоторая неравномерность распределения расходов воды по площади приемных окон. Для обеспечения равномерности распределения входящего и обратного (при промывке) потоков воды по площади окон применяют вихревые камеры другой конструкции. На рис. 11 показан железобетонный (может быть бетонным) водоприемник с более совершенными цилиндрическими щелевыми вихревыми камерами.
Схемы конструкции водоприемников приведены в [2, рис. 4.16].
Рис.12
Фильтрующий водоприемник состоит из трех основных элементов: несущего каркаса или корпуса, водоприемного фильтра с поддерживающими его решетками и водосборной части, сопрягающейся с самотечной трубой [5]. Применяется на всех реках, кроме горных, при отсутствии лесосплава плотами. Водоприемник может использоваться в качестве рыбозащитного устройства или в качестве фильтрующих секций в составе комбинированного водоприемника (рис. 12). Корпус водоприемника чаще всего выполняется в виде ряжа из дерева, в редких случаях изготовляется из железобетона или бетона.
Рис.13
Водоприемные фильтры подразделяются на три типа: I - с горизонтальным расположением фильтрующей загрузки на решетке и входом воды сверху вниз (рис. 13, а), применяется на реках с тяжелыми шуголедовым и наносным режимами и малой глубиной подо льдом; II - с горизонтальным расположением загрузки и входом воды снизу вверх (рис. 13, б), применяется на реках с достаточными глубинами, в основном для рыбозащиты и одновременного предотвращения захвата сора и наносов; III - с расположением фильтра в вертикальной плоскости и входом воды по горизонтали (см. рис. 12), применяется для предотвращения захвата транзитной шуги, а также для рыбозащиты. В качестве фильтрующей загрузки используют гальку и щебень. Крупность и размер слоя фильтров всех типов принимают по рекомендациям [5].
Водосборная часть водоприемника устраивается в виде щелевой вихревой камеры, дырчатой трубы, бункера, открытой вихревой камеры из деревянных брусьев, укрепленных с просветами, или деревянной галереи с постоянной площадью поперечного сечения по длине и со щелевыми отверстиями в стенках.
Забор воды осуществляется через фильтрующую загрузку в водосборную часть водоприемника, из которой отводится вихревыми камерами в самотечные водоводы.
На реках со сложным шуголедовым режимом предусматривается обогрев водоприемника теплой водой.
Усовершенствованный комбинированный водоприемник (см. рис. 12) представляет собой водоприемник ряжевого типа с открытыми и фильтрующими секциями. Усовершенствование заключается в применении вихревых камер (открытых или щелевых). На рис. 12 показан водоприемник с цилиндрическими вихревыми камерами переменного сечения, имеющими продольные входные щели постоянной высоты. На производительность до
1 м3/с в каждой секции водоприемника цилиндрические камеры устраиваются двухзвенными, на большую производительность - трехзвенными.
Фильтрующие секции включаются в работу в период образования внутриводного льда, а также в период ската рыбной молоди. В остальное время, особенно при увеличении количества наносов, работают открытые секции.
Промывка секций от наносов осуществляется поочередно обратным током воды. Для обратной промывки самотечной линии, открытой секции, а также решетки предусматривается подача расхода воды в 1,25 раза больше забираемого секцией. Особенно эффективным для очистки решеток является воздействие волны давлений при импульсной промывке. Расход воды для промывки загрузки фильтрующих секций принимается в зависимости от типа фильтра по данным [5].
Водоприемник рекомендуется к применению на равнинных реках, в верховьях водохранилищ, на водоемах рыбохозяйственного значения, а также в водозаборах, устраиваемых по схемам б и в при глубине русла не менее 3,0 м и при отсутствии судоходства и лесосплава плотами в месте забора воды.
Затопленные водоприемники устраивают с заостренной формой лобовой грани на шугоносных реках и с лобовой гранью, очерченной по эллипсу (отношение полуосей 1: 1,5 - 1: 1,7), - на реках, несущих наносы.
Основания водоприемников всех типов заглубляют на 1,0-1,5 м ниже дна. Низ приемных окон должен располагаться над дном реки (высота порога) на высоте не менее 0,6 м. Расстояние между верхом водоприемника и нижней кромкой льда при расчетном низком уровне ледостава принимается равным 0,2-0,3 м.
Незатопленный водоприемник применяется на больших реках с крутыми высокими берегами и на реках со значительными колебаниями уровней (более 10 м) для водоснабжения крупных объектов с расходом воды 5-8 м3/с.