Водозаборные сооружения из поверхностных источников

1. Выбор места расположения водозаборного сооружения

Выбор места устройства водозабора должен быть обоснован прогнозами качества воды в источнике, переформирования русла и побережья, изменения границы мёрзлых грунтов, прогноза гидрометрического режима источника и т. д.

Кроме того, необходимо учитывать следующие условия:

— место водозабора должно выбираться на устойчивом участке реки, обладающем достаточными расходами и глубиной;

— у места водозабора должны быть благоприятные топографические формы берега и русла;

— выбираемый участок русла не должен располагаться на перекате, иметь резких местных сужений, перепадов, быстрин;

— не допускается размещать водоприёмники в пределах зон движения судов, плотов, в зоне отложения и движения донных наносов, в местах зимовья и нереста рыб, на участке возможного скопления плавника и водорослей.

Водозабор необходимо размещать лишь в том месте, где имеется реальная возможность организации зоны санитарной охраны. Место забора воды для систем питьевого водоснабжения должно находиться выше по течению реки от населённых пунктов, животноводческих ферм и комплексов, выше выпуска сточных вод, выше стоянок судов, барж. В общем случае водозаборные сооружения должны быть размещены выше мест возможного загрязнения водоисточника.

Водозаборы нельзя располагать в зоне затопления наземных сооружений паводковыми водами, в сейсмических и других районах, где возможны оползне-вые явления, в результате которых происходит разрушение сооружений.

Для обеспечения гарантированной надёжности подачи воды потребителям водозаборы, работающие в очень тяжёлых условиях, размещаются в двух отдельных створах источника на таком удалении друг от друга, при котором исключается одновременный перерыв подачи воды.

водозаборный решетка гидравлический прорыв

2. Выбор типа водозаборного сооружения и определение условий забора воды из источника

В зависимости от природных условий источников водоснабжения, требований водопотребителей, условий эксплуатации систем водоснабжения водозаборные сооружения классифицируются по следующим признакам:

1) по виду источника водоснабжения: поверхностные, подземные, атмосферные.

2) по назначению: хозяйственно-питьевые, производственные, сельско-хозяйственные;

3) по производительности: малой, средней, большой;

4) по степени надежности забора воды из источника;

5) по категории надежности подачи воды потребителям;

6) по компоновке основных элементов: совмещенные, раздельные, комбинированные;

7) по расположению водоприемника: береговые, русловые, ковшевые;

8) по способу приема воды: глубинный, донный, поверхностный, инфильтрационный, комбинированный;

9) по степени стационарности: стационарные, передвижные;

10) по сроку эксплуатации: постоянные, временные.

В данной курсовой работе проектируется водозаборное сооружение из поверхностного источника для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Степень надежности забора воды из источника — I. Категория надежности подачи воды потребителям — II. При таких условиях допустимо снижение подачи воды не более чем на 30% расчетного расхода на период до десяти суток. Перерыв подачи воды допускается не более чем на 6 часов.

В зависимости от условий забора воды, производительности водозаборного сооружения, амплитуды колебаний уровней воды принимается совмещенная компоновка основных элементов водозабора.

Так как содержание взвешенных веществ 2,2, русло и берег устойчивы, перемещение наносов вдоль берегов не влияет на устойчивость подводного склона русел, толщина льда во время ледостава 0,47 м, в водоеме имеется шуга и нет сора, то условия забора воды — тяжелые.

Исходя из условий забора воды (тяжелые) и категории надёжности водозабора (II), принимаем следующую схему водозаборных сооружений: обычный секционированный водозабор, осуществляющий отбор воды из источника в одном створе с береговыми, незатопляемыми водоприемниками с всегда доступными для обслуживания водоприемными отверстиями, имеющие необходимые ограждающие сооружения.

3. Определение производительности водозабора

Основным параметром нормальной работы водозаборного сооружения является его производительность. При этом необходимо учесть расход воды, подаваемой потребителям, а также количество воды на собственные нужды водозабора

(1)

где W_max — объем воды, подаваемой потребителям в сутки наибольшего водопотребления ;

Р_с.м — затраты воды на собственные нужды водозабора, Р_с.м = 3 — 8%;

t — время работы водозабора в сутки наибольшего водопотребления,

t = 24 ч.

.

Принимаем 2 секции водозабора. При расчете водозаборных отверстий принимается, что в нормальных условиях работают все секции водозабора. При аварийных ситуациях на одной из секций сниженная до допустимых пределов нагрузка водозабора распределяется между оставшимися в работе секциями поровну. Исходя из этого, расчетный расход воды для каждой секции равен

(2)

где n — число секций.

.

Аварийный расход через водозабор при выходе из строя одной секции

(3)

где ш_ав — коэффициент, допускающий снижение подачи воды при аварии, равный 0,7.

.

Так как меньше 1, водозабор малой производительности.

4. Определение размеров водоприемных устройств

4.1 Расчет и подбор решеток

Решетки устанавливаются на водоприемных отверстиях водозабора и служат для задержания крупного сора. Требуемая площадь водоприемных отверстий каждой секции равна

(4)

где 1,25 — коэффициент, учитывающий засорение решеток водоприемных отверстий;

К — коэффициент, характеризующий стеснение размеров этих отверстий стержнями решетки;

v — рекомендуемая скорость потока в прозорах решетки водоприемного отверстия, принимаем v = 0,15 .

Значение коэффициента К определяется по формуле

(5)

где, а — расстояние между стержнями решетки в свету (прозор решетки),

а = 50…100 мм, принимаем, а = 90 мм;

с — толщина стержней решетки, с = 8…20 мм, принимаем с = 18 мм.

По полученному значению площади водоприемного окна принимается решётка с типовыми размерами окна 1250?2500 мм (таблица 1).

Таблица 1 — Основные размеры съёмных плоских решёток

4.2 Определение потерь напора в решетках

При проходе воды через различные устройства, в том числе и решетку, возникают потери напора, следовательно, уровни воды в источнике, водоприемном и всасывающем отделениях будут различными. Чтобы просчитать потери напора, необходимо знать коэффициенты сопротивления данных устройств.

Коэффициент сопротивления незагрязненной решетки ж_р определяется по формуле

(6)

где к₁ — коэффициент, учитывающий профиль сечения стержней и принимаемый равным 0,504 для прямоугольных стержней с острыми кромками;

в-размер сечения стержня решетки по направлению обтекания его потоком (высота сечения стержня) для стержней прямоугольного сечения или диаметр для стержней круглого сечения, мм, принимаем стержни круг-лого сечения, в = 50 мм;

б — угол наклона решетки к горизонту, для водозаборов коммунального назначения б= 90⁰.

.

Коэффициент сопротивления загрязненной решетки

(7)

где К_з — коэффициент предельного загрязнения решетки, К_з =1,5;

К_р — расчетный коэффициент загрязнения решетки, К_р =1,25.

.

Коэффициент гидравлического сопротивления по расходу воды чистой и загрязненной решетки соответственно

(8)

(9)

.

Потери напора при нормальной работе водозабора для чистой и загрязненной решетки соответственно составляют

(10)

(11)

м, м.

При аварийном режиме для чистой решетки

(12)

м.

4.3 Определение уровней воды в водоприемном отделении

С учетом потерь напора в решетке отметки уровня воды в водоприемном отделении можно определить по формулам:

а) минимальные

Z_в пр= Z_и min — h_p, (13)

Z_{в пр. з} = Z_и min — h_p.з, (14)

Z_{в пр. ав} = Z_и min — h_р ав, (15)

Z_в пр = 114,45 — 0,38 = 114,449 962 м,

Z_{в пр. з} = 114,45 — 0,61 = 114,449 939 м,

Z_{в пр. ав} = 114,45 — 0,74 = 114,449 926 м;

б) максимальные

Z_в пр= Z_и mах — h_p, (16)

Z_{в пр. з} = Z_и mах — h_p.з, (17)

Z_{в пр. ав} = Z_и mах — h_р ав, (18)

Z_в пр = 118,2 — 0,38 = 118,199 962 м,

Z_{в пр. з} = 118,2 — 0,61 = 118,199 939 м,

Z_{в пр. ав} = 118,2 — 0,74 = 118,199 926 м.

5. Определение глубины источника в месте установки водозабора

Размеры водоприемных окон водозабора определяются исходя из необходимости обеспечения требуемой надежности их работы в зимний и весенний периоды года. Чтобы не допустить попадания донных наносов в водозабор, нижнюю кромку водоприемных окон следует располагать не менее чем на 0,5 м выше дна русла водоисточника (рисунок 2). Образующийся перед входными окнами порог необходим для задержки выпадающих здесь наносов.

Рисунок 2 — Расчетные условия работы водоприемных устройств: а — в зимний период, б — в летний период Для обеспечения нормальных условий забора воды верхняя кромка водоприемных окон должна находиться не менее чем на 0,2 м ниже ледового покрова и на 0,3 м ниже ложбины волны в водоисточнике.

Проектная высота водоприемных окон водозабора определяется по формулам

(19)

(20)

где Н_ок — высота водоприемных окон водозабора, Н_ок=2,5 м;

Н_и — глубина источника в месте расположения водозабора;

0,9 — коэффициент характеризующий плотность льда и глубину его погружения в воду;

h_л — толщина льда, h_л = 0,47 м.

Проектная высота водоприемных окон водозабора определяется по формулам

(21)

(22)

где h_В — высота полуволны, h_В = 0,26 м.

Принимаем глубину источника в месте расположения водозабора равной 3,65 м. тогда отметка дна в месте установки водозабора

Z_q = Z_min — H_и,

Z_q = 114,45 — 3,65 = 110,80 м.

6. Определение размеров сеточных отверстий

Отверстия между водоприемным и всасывающим отделениями имеют съемные плоские или стационарные вращающиеся сетки. Плоские съемные сетки устанавливаются на водозаборах производительностью до 1 м³/с, забирающих воду из источников с небольшим ее загрязнением взвешенными веществами и планктоном, а стационарные вращающиеся — на водозаборах средней и большой производительности (более 1 м³/с). При значительном загрязнении воды взвесями и планктоном вращающиеся сетки устанавливаются и на водозаборах меньшей производительности.

В данной курсовой работе вода загрязнена взвешенными веществами, имеется лед и шуга, условия воды — тяжелые, поэтому выбираем стационарные вращающиеся сетки.

6.1 Подбор вращающихся сеток

Коэффициент стеснения сеточных отверстий проволокой сетки определяется по формуле

(23)

где, а — размеры ячеек сетки в свету, мм, подбирается в соответствии с диаметром извлекаемых частиц, а = 2 мм;

d — диаметр проволоки сетки, 0,1…1,5 мм, d=0,7 мм.

.

Требуемая площадь водоприемных отверстий каждой секции равна

(24)

где 1,25 — коэффициент, учитывающий засорение сеток водоприемных отверстий;

К — коэффициент, характеризующий стеснение размеров этих отверстий стержнями сетки;

v — рекомендуемая скорость потока в прозорах сетки водоприемного отверстия, принимаем v = 1 .

Принимаем размеры сеток, в зависимости от размеров перекрываемого отверстия (800 800 мм): Н = 930 мм; L = 930 мм; масса сетки — 47 кг.

Принимаем:

— коэффициент фильтрации сетки Кс = 0,2131 ,

— удельное гидравлическое сопротивление сетки г_о.с = 0,044 .

Коэффициент увеличения сопротивления сетки за счет вертикального перемещения ее в потоке где v_В — скорость вертикального перемещения полотна сетки в фильтруемом потоке воды, 0,05 — 0,1, v_В = 0,07 ;

Потери напора во вращающихся сетках:

— незагрязненной

(25)

— загрязненной

(26)

(27)

6.2 Определение уровней воды во всасывающем отделении

Расчетные отметки уровней воды во всасывающем отделении:

— минимальные:

1) при работе чистой сетки

Z_вс= Z_и min — h_p — h_c, (28)

Z_вс= 114,45 — 0,38 — 0,0085 = 114,44 м;

2) при работе загрязненной сетки

Z_вс.з = Z_и min — h_p.з — h_c.з, (29)

Z_вс.з = 114,45 — 0,61 — 0,012 = 114,44 м;

3) при аварии

Z_вс.ав = Z_и min — h_р.ав — h_c.ав, (30)

Z_вс.ав = 114,45 — 0,74 — 0,017 = 114,43 м;

— максимальные:

1) при работе чистой сетки

Z_вс.= Z_и max — h_p — h_c, (31)

Z_вс.= 118,2 — 0,38 — 0,0085 = 118,19 м;

2) при работе загрязненной сетки

Z_вс.з = Z_и max — h_p.з — h_c.з, (32)

Z_вс.з = 118,2 — 0,61 — 0,012 = 118,19 м;

3) при аварии

Z_вс.ав = Z_и max — h_р.ав — h_c.ав, (33)

Z_вс.ав = 118,2 — 0,74 — 0,017 = 118,18 м.

Минимальная рабочая высота фильтруемого через сетку слоя воды

(34)

где В_с — ширина сетки, В_с = 1 м.

Отметка верхней кромки рабочей части полотна сетки

Z_c1 =Z_вс min — (0,1. 0,2), (35)

Z_c1 = 114,43 — 0,15 = 114,28 м.

Отметка нижней кромки рабочей части сетки

Z_c2 = Z_c1 — H_c min, (36)

Z_c2 = 114,28 — 0,64 = 113,64 м.

Отметка дна всасывающего отделения водозабора

Z_дна= Z_c2 — d_н — 0,5, (37)

где d_н — диаметр нижнего барабана, d_н = 1,5 м;

0,5 — высота порога за сеткой, м.

Z_дна= 113,64 -1,5 — 0,5 = 111,64 м.

Отметка оси верхнего барабана

Z_б1 = Z_max + c + д + A, (38)

где Z_max — максимальный уровень воды в источнике, м;

с — превышение перекрытия водозабора над расчетным уровнем воды в источнике, м; для 1-й категории — 1,0 м, для 2-й категории -0,8 м, для 3-ей категории — 0,5 м, с = 0,8 м;

д — толщина перекрытия водозабора, принимается равной 0,2 — 0,3 м, д = 0,25 м;

А — высота расположения оси верхнего барабана сетки над полом сеточного помещения, 0,8 — 1,2 м, А = 1 м.

Z_б1 = 118,2 + 0,8 + 0,25 + 1 = 120,25 м.

Отметка оси нижнего барабана

Z_б2 = Zдна + 0,5 +, (39)

Z_б2 = 111,64 + 0,5 +

Длина ленты сеточного полотна

L_c = 2 (Z_б1-Z_б2) + 0,5р (d_н + d_в), (40)

L_c = 2•(120,25 — 112,9) + 0,5 • 3,14•(1,5 + 0,75) = 18,23 м.

Число звеньев ленты

(41)

где Н_з.л — высота звена сетки, 0,25 — 0,6 м, Н_з.л = 0,425 м.

7. Гидравлический расчет устройства для защиты сеток от прорыва

Для защиты сеток от прорыва используется устройство клапанного типа. При этом в каждой секции водозабора предусмотрена установка по одному такому устройству. Пропускная способность такого устройства составляет

Q = 0,2•Q_c, (42)

Q = 0,2•0,275 = 0,055

Коэффициент расхода устройства

(43)

где г₀ — коэффициент удельного гидравлического сопротивления патрубка защитного устройства, ;

l — длина патрубка по его оси, м;

щ — площадь патрубка, м²;

?ж_м — сумма коэффициентов местных сопротивлений устройства, включающая сопротивление на входе потока в патрубок, повороте потока на 45⁰ и выходе потока под клапан устройства.

Величина 2•g•г₀•l•w² по сравнению с? ж_м незначительна, поэтому ей можно пренебречь.

Требуемый диаметр устройства определяется по формуле

(44)

где h_пр — предельные потери напора при прохождении данного устройства, h_пр = 0.25 м.

Полученное значение округляется до ближайшего большего стандартного диаметра. Принимаем = 350 мм.

8. Рыбозащитные мероприятия

Любой водозабор, являясь элементом системы водоснабжения и отвечая требованиям ее надежности, должен функционировать так же, как и природоохранное сооружение. Следовательно, рыбозащитные устройства должны являться обязательным элементом водозаборного сооружения.

Строительство и эксплуатация водозаборов не допускается без согласования с органами рыбоохраны. Отсюда вытекают главные требования к рыбозащитным устройствам (РЗУ):

— гарантированный (бесперебойный) пропуск воды;

— эффективная рыбозащита;

— надежность функционирования при доступных средствах эксплуатации (простота конструкции, автоматическое действие и т. д.)

Рыбозащитные сооружения работоспособны только в том случае, если при их создании учитывается взаимодействие мигрирующих рыб и скатывающейся молоди с сооружениями и образующимися при их работе течениями. Поскольку рыбы в потоке воды, как правило, двигаются против течения, то течение воды будет являться основным фактором привлечения их в рыбопропускные сооружения.

Ориентация рыб против течения происходит в основном при помощи органов боковой линии, зрения и осязания. Отсутствие соответствующих условий ориентации приводит к сносу рыб течением. Отсюда необходимо знать величины пороговой, привлекающей, сносящей и рывковой скоростей потока:

— пороговая скорость (U_пор — это минимальная скорость потока, при которой у рыб появляется реакция на поток, т. е. реореакция. У рыб, обитающих у поверхности воды и в ее толще, пороговые скорости составляют 0,5 — 6 см/с. Наиболее высокие пороговые скорости у донных рыб (осетр, белуга, голец, ерш, пескарь и др.) составляют 4 — 25 см/с.

Мигрирующие рыбы стремятся находиться в зоне, где скорость потока равна привлекающей: U_np = 0,5…0,8 см/с.

— сносящая скорость U_сн — это такая минимальная скорость, при которой рыба не может удержаться в потоке и сносится (скатывается): U_сн ~ 1 м/с.

— рывковая скорость U_рыв — наибольшая скорость потока, при которой рыбы могут совершать кратковременный бросок в течение долей секунды.

Основные объекты защиты на водозаборных сооружениях: личинки рыб и молодь рыб.

Рыбозащитными называются сооружения, предназначенные для защиты рыб от источника опасности путем предотвращения их попадания на опасные участки и отвода от этих участков в рыбообитаемый водоем с обеспечением выживаемости отведенных рыб. По способу защиты рыб РЗУ различают экологические и поведенческие. В соответствии с типом рабочего органа, осуществляющего рыбозащитную функцию, РЗУ подразделяют на заградительные (основанные на поведенческом способе защиты рыб), отводящие и отгораживающие (основанные на экологическом способе защиты).

Рыбозаградительные сооружения предусматривают использование различных непроницаемых экранов (сетчатых и перфорированных заграждений, фильтрующих отсыпок, кассет и т. д.) и проницаемых экранов (воздушно-пузырьковых завес, электрических и акустических, а также заградителей, основанных на зрительно-световых эффектах).

Рыбозаградительные сетки выполняют из нержавеющей стали с отверстиями 2 — 4 мм, применяют в береговых водоприемниках в форме сетчатых барабанов и стенок, которые в период ската рыбной молоди опускают в пазы окон. Сетчатые стенки промывают подвижным промывным устройством (флейтой), а сетчатые барабаны — струереактивным устройством с давлением 0,35 — 0,40 МПа.

В качестве рыбозащитных устройств применяют рыбозаградительные фильтры, выполняемые из щебня, гальки, камня, керамзита, полимерных материалов, деревянных реечных пакетов, а также пороэластовые плиты и фильтрующие кассеты, заполняемые керамзитом, щебнем с крупностью зерен 20 — 30 мм или вспененным полистиролом крупностью 5 — 10 мм. Рекомендуемая толщина кассеты 100 — 300 мм, скорость фильтрации не должна превышать 0,1 м/с.

Рыбоотгоражшающее действие основывается на экологическом принципе защиты молоди рыб с помощью специальных устройств (запаней, стационарных и перемещающихся зонных ограждений, зонтичных оголовков, глубинных и поверхностных оголовков водозаборов и т. д.), отделяющих зону обитания рыб от места водозабора. Сложность использования рыбоотгораживающих устройств состоит в том, что для их применения необходимо знать горизонтальное и вертикальное распределение рыб в водоеме, ритмы изменения такого расположения рыб в зависимости от температурных и гидрологических факторов и т. д.

Рыбоотводящий (экологический) способ защиты рыб основан на использовании естественно образующегося или искусственно создаваемого в определенной зоне подвода воды к водозабору с повышенной концентрацией рыб с целью их отбора из этих зон в рыбоотводящий тракт и отведения по нему от водоприемника в рыбообитаемый водоем. Такой способ защиты основан на использовании воздействия продольных, поперечных, горизонтальных и вертикальных течений на сносимую молодь. Для этого нужно скомпоновать водозаборный и рыбоотводящий узлы и подобрать их геометрические и скоростные параметры таким образом, чтобы организовать пропуск скатываю-щейся молоди по специально устраиваемому обходному рыбоотводящему тракту, минуя место забора воды.

Из существующих водозаборных сооружений наиболее полно обеспечивают защиту рыб фильтрующие, а также речные русловые водозаборы с затоп-ленными оголовками, если скорость обтекания их речным потоком более чем в 3 раза превышает скорость входа в водоприемные отверстия. Полностью исключается попадание рыб в инфильтрационные водозаборы. Для таких водозаборов, а также водозаборных сооружений малой производительности, в которых сороудерживающие решетки на период ската рыбной молоди заменяются сетками с достаточно малой величиной ячеек с периодической промывкой их обратным током воды, дополнительные рыбозащитные устройства можно не предусматривать.

Для всех остальных водозаборов, устраиваемых на реках, озерах, водохранилищах рыбохозяйственного назначения, должны предусматриваться соответствующие рыбозащитные устройства, которые можно разделить на три группы: механические, гидравлические и физиологические.

К группе гидравлических рыбозаградителей относятся струенаправляющие устройства, с помощью которых в водотоках создают гидравлические условия для направления движения рыб у гидротехнических сооружений, а также запани, жалюзи и отбойные козырьки.

К первой группе относятся: механические препятствия для задержания рыб на пути их движения в виде сетчатых полотен, жалюзи или фильтров и др, а также простейшие механические заграждения (плетни, решетки, фильтры из каменных набросок, растительные фильтры и др.), фильтрующие водозаборы, сетчатые заграждения — плоские сетки, плоские сетки с рыбоотводами и сетчатые барабаны.

К группе физиологических рыбозаградителей относятся системы, служащие для задержания рыб путем образования в воде электрических, световых и звуковых полей, завес из воздушных пузырьков и т. п. Эти заградители основаны на отпугивании рыб от водозаборного сооружения благодаря неприятным ощущениям, которые вызывают у них различные раздражители.

В нашей стране в основном находят применение механические и электрические заградители. За рубежом известны случаи применения гидравлических заградителей типа жалюзи, а также заградителей в виде световых полей, завес из пузырьков воздуха.

В данной курсовой работе принимаем механические рыбозащитные устройства с рыбооградительным способом защиты рыб.

10. Мероприятия по борьбе с наносами, шугой, обрастанием и обмерзанием водоприемных устройств

В процессе эксплуатации водозаборов отбор ими воды из источника может снизиться ниже допустимых пределов или прекратиться полностью вследствие закупорки водоприемных отверстий наносами, шугой, внутри-водным льдом, сором и обрастаниями. Предотвратить это явление на водозаборах равнинных рек можно устройством перед водозабором струенаправляющих дамб или установкой щитов Потапова для регулирования русла и режима движения наносов. На водозаборах, использующих источники с большим содержанием влекомых наносов, перед водоприемными окнами предусматриваются специальные промывные карманы и отверстия, каналы для удаления осевших наносов и др. В приемных колодцах и сеточных камерах устанавливаются гидроэлеваторы или эрлифты для откачки и удаления оседающих наносов.

Главными средствами борьбы с шугой и льдом являются правильный выбор места расположения и типа водозаборных сооружений и его конструктивных элементов. Помимо этого, эффективны такие общие средства, как выпрямление русла реки на участке расположения водозабора или изменение динамического состояния потока путем устройства непосредственно у водозабора различного рода струенаправляющих дамб и сооружений. Однако применять методы регулирования русла следует только в том случае, когда на участке реки нет естественного места, обеспечивающего достаточно надежные условия забора воды. Как указывает практика строительства и эксплуатации водозаборных сооружений, лучше приспосабливаться к естественному режиму реки, чем изменять его.

Еще одним достаточно надежным общим средством защиты водозаборных сооружений от шуги является обеспечение очень малых скоростей поступления воды в их водоприемные отверстия. При этом чем интенсивнее происходит шугообразование в речной воде, тем меньшей должна быть скорость ее поступления (0,05 — 0,01 м/с). Однако далеко не во всех случаях представляется возможным увеличивать площадь входных отверстий настолько, чтобы достичь указанных скоростей (в частности, при большой производительности водозаборов).

Остальные средства и методы защиты водозаборных сооружений от донного льда и шуги в значительной степени зависят от конкретных условий шуголедового режима реки, производительности водозабора, требуемых степени и категории забора и подачи воды. При малом количестве шуги в реке и небольшой производительности водозабора достаточно надежными средствами могут быть: применение сороудерживающих решеток из гидрофобных материалов или из металлических стержней с гидрофобными покрытиями; специальных водоприемных устройств (оголовков) типа фильтрующих (деревянных ряжевых, железобетонных конструкции ВНИИВодгео и т. п.); плавучих ограждающих устройств (шугоотбойников) в виде запаней в сочетании с небольшими скоростями поступления воды в водоприемные отверстия.

При среднем количестве шуги в реке и небольшой и средней производительности для защиты водозаборных сооружений можно применять все перечисленное выше в сочетании с дублированием водоприемных устройств (оголовков), располагаемых на расстоянии, исключающем возможность одновременного перерыва забора воды. Для водозаборов средней и большой производительности в этих условиях следует использовать электрообогрев стержней сороудерживаюших решеток или подогрев масс воды непосредственно перед входными отверстиями водозабора паром или теплой водой. Естественно, последнее экономически целесообразно только при наличии у водозабора избыточного пара или теплой воды. При применении электрообогрева решеток в качестве нагревательного элемента используются сами решетки. Для этого к их стержням подводят требуемое по расчету напряжение. Проходящий по стержням ток подогревает решетку, и закупорка шугой исключается.

Установлено, что подводное льдообразование начинается при переохлаждении воды до температуры минус 0,03°С. Чтобы предотвратить прилипание внутриводного льда к стержням решеток, их температуру и температуру воды необходимо повысить хотя бы до t_p = 0,01°С.

Обогревают решетки на водозаборах берегового типа и практически не применяют в русловых водозаборах из-за недоступности входных отверстий в зимнее время. Для надежной работы русловые водозаборы должны быть оборудованы промывными устройствами, позволяющими в любое время освободить самотечные или сифонные водоводы и решетки оголовков от шуги и сора.

При большом количестве шуги в реке и небольшой и средней производительности водозаборов могут применяться те же способы защиты, что и при среднем количестве шуги, но с условием забора воды в двух створах, расположенных на расстоянии, исключающем одновременный перерыв в подаче воды. Производительность каждого из таких водозаборов должна приниматься для первой категории надежности 75%, для второй категории надежности 50% расчетного расхода. При большой, а иногда и средней производительности водозабора целесообразно устраивать водоприемные ковши, гарантирующие надежную защиту водозабора от шуги и донного льда.

Для предотвращения закупорки водоприемных окон сором, шугой и внутриводным льдом перед водозабором устанавливают плавающие запани с погруженными на требуемую глубину щитками. Решетки оборудуются устройствами для эффективной их очистки. При большом содержании в воде источника шуги и продолжительном шугоносном периоде применяют обогрев решеток. Он может быть электрическим или водяным, осуществляемым благодаря подаче к водоприемным окнам теплой воды. Однако водяной обогрев применяется обычно на водозаборах систем водоснабжения тепловых электростанций или других подобных сооружений. Электрический обогрев можно применять везде, и в первую очередь на коммунальных водозаборах берегового типа.

Теплая вода для обогрева решеток применяется и для борьбы с обрастаниями водозабора. Установлено, что при подаче теплой (45°С и выше) воды в течение 10 мин все водные организмы погибают.

Для промывки элементов водозаборных сооружений можно использовать воду, обработанную хлором и купоросом, а также электрохимический метод в сочетании с катодной защитой металлических и железобетонных конструкций водозабора. На коммунальных водозаборах предпочтение следует отдавать хлорированию воды.

Наиболее эффективным методом борьбы с биообрастанием является окраска элементов водозаборных сооружений специальными красками на основе перхлорвинила и этинола или обычной цинковой краской.

Так как в данной курсовой работе в русле реки не имеется наносов и сора, то специальные устройства защиты от этих факторов не требуются. Для защиты решеток от биообрастания окрашивают элементы водозаборных сооружений специальными красками на основе перхлорвинила и этинола или обычной цинковой краской.

11. Зоны санитарной охраны

Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водозаборных сооружений устанавливают с целью обеспечения их санитарно-эпидемиологической надежности. Организация и содержание зон санитарной охраны в нашей стране регламентируется «Положением о проектировании зон санитарной охраны централизованного водоснабжения и водных источников», утвержденным органами Государственного санитарного надзора. Требования Положения обязательны для всех организаций, проектирующих, строящих и реконструирующих системы водоснабжения, и для всех водопроводных предприятий.

Зона санитарной охраны поверхностного источника водоснабжения представляет собой специально выделенную территорию, охватывающую используемый водоем и частично бассейн его питания. На этой территории устанавливают режим, обеспечивающий надежную защиту источника водоснабжения от загрязнения и сохранение требуемых санитарных качеств воды. Границы зоны санитарной охраны и перечень мероприятий по санитарному оздоровлению территории зоны устанавливают проектом зоны санитарной охраны. Проект зоны санитарной охраны является неотъемлемой частью каждого проекта водоснабжения, без которого он не может быть утвержден. Составляют проект зоны санитарной охраны на базе тщательных изысканий на местности, прежде всего санитарных и гидрогеологических, позволяющих выяснить источники питания намеченного к использованию водоема и возможные источники их загрязнения. Проект зоны санитарной охраны согласовывается с органами Государственного санитарного надзора и утверждается теми же организациями, которые утверждают проект системы водоснабжения.

Различают три пояса зоны санитарной охраны: первый — строгого режим, второй и третий — режимов ограничений.

Первый пояс (пояс строгого режима) охватывает часть используемого водоема в месте забора воды из него и территорию расположения водозаборных сооружений. Территорию первого пояса изолируют от доступа посторонних лиц, ограждают забором и озеленяют. На ней запрещаются: все виды строительства, выпуск стоков, купание, водопой и выпас скота, рыбная ловля, применение для растений ядохимикатов, органических и других видов минеральных удобрений. Спланирована такая территория с организацией отвода поверхностного стока за ее пределы. Акватория первого пояса должна быть ограждена бакенами.

Границы первого пояса зоны санитарной охраны поверхностного источника водоснабжения, включая и водоподводящие каналы, устанавливаются от водозабора на расстояниях:

а) для водотоков (реки, каналы):

1) вверх по течению — не менее 200 м;

2) вниз по течению — не менее 100 м;

3) по прилегающему к водозабору берегу — не менее 100 м от уреза воды при летне-осенней межени;

4) в направлении к противоположному берегу — вся акватория источника и его противоположный берег шириной 50 м от уреза воды в летне-осеннюю межень, если ширина источника менее 100 м, и полоса акватории шириной не менее 100 м, если ширина водоисточника более 100 м (на водозаборах ковшевого типа в границы первого пояса включается вся акватория ковша и территория вокруг него полосой не менее 100 м);

б) водоемов (озера, водохранилища):

1) по акватории во всех направлениях — не менее 100 м;

2) по прилегающему к водозабору берегу — не менее 100 м от уреза воды при нормальном ее подпорном уровне в водохранилище и летне-осенней межени в озере.

На водозаборах ковшового типа в границы первого пояса включается вся акватория ковша.

Второй пояс санитарной охраны включает источник водоснабжения и бассейн его питания, т. е. все территории и акватории, которые могут оказать влияние на качество воды источника, используемого для водоснабжения. Территорию второго пояса определяют в основном соответствующими водоразделами, В пределах второго пояса зоны санитарной охраны должен быть обеспечен ряд оздоровительных мероприятий и указан ряд ограничений хозяйственной деятельности с целью защиты источника водоснабжения от недопустимого ухудшения качества воды в нем. Границы второго пояса зоны в водотоках:

— вверх по течению, включая притоки, принимаются в зависимости от скорости течения воды и времени добегания воды от границы пояса до водозабора при среднемесячном расходе воды в летне-осеннюю межень 95% обеспеченности не менее 5 суток для климатических районов IA, Б, В, Г и IIА и не менее 3 суток для остальных климатических районов;

— вниз по течению — не менее 250 м;

— боковые границы — на расстоянии 500 м от уреза воды при равнинном рельефе до вершины первого, обращенного в сторону водотока склона при гористом рельефе местности, но не более 700 м при пологом склоне и 1000 м при крутом.

При наличии подпора или обратного течения в реке расстояние от нижней границы второго пояса до водозабора принимается в зависимости от гидрогеологических и метеорологических условий по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы.

На судоходных реках и каналах в границы второго пояса зоны включается акватория, прилегающая к водозабору в пределах фарватера. В зависимости от местных условий в отдельных случаях боковые границы второго пояса могут быть расширены по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы.

Границы второго пояса зоны водоема, включая и его притоки:

— по акватории во всех направлениях — на расстоянии 3 км при количестве ветров до 10% в сторону водозабора и 5 км при количестве ветров более 10%;

— боковые границы — от уреза воды при нормальном подпорном уровне в водохранилище и летне-осенней межени в озере на расстоянии, рекомендованном выше для водотоков.

Границы третьего пояса зоны санитарной охраны поверхностных источников вверх и вниз по течению водотока или во все стороны по акватории водоема такие же, как для второго пояса. Боковые ее границы должны проходить по водоразделу, но не менее чем в 3 — 5 км от водотока или водоема.

Во всех случаях границы второго пояса должны обеспечивать качество воды по ГОСТ 2761–74 на расстоянии от водозабора для проточных источников — 1 км вверх по течению, для непроточных источников и водохранилищ — 1 км в обе стороны.

Для источников и водозаборов систем промышленного водоснабжения, не требующих соблюдения строгих санитарных норм, зоны санитарной охраны могут не предусматриваться.

Контроль за содержанием зон санитарной охраны поверхностных источников водоснабжения и водозаборных сооружений осуществляется органами Государственного санитарного надзора.

В данной курсовой работе принимаем границы первого пояса зоны санитарной охраны поверхностного источника водоснабжения.

Заключение

В данной курсовой работе был запроектирован береговой водозабор секционного типа с затопленными водоприёмниками.

Путем расчётов было определено оптимальное место расположения водозабора, наилучшим образом удовлетворяющее требованиям бесперебойного водоснабжения.

Была определена производительность водозабора — Q_в = 0,55 м³/с, и размеры водоприёмных устройств, подобраны устройства для очистки воды от взвешенных веществ (решётки и сетки). Так как характеристика дна и берега устойчивая, ледостав устойчив и толщина льда составляет 0,47 м, отсутствуют наносы и сор, присутствует шуга, количество взвешенных веществ составляет 2,2 кг/м³, то принимаем тяжелые условия забора воды из поверхностных источников. Исходя из условий забора воды (тяжелые) и категории надёжности подачи воды потребителям (II), принимаем следующую схему водозаборных сооружений: обычный секционированный водозабор, осуществляющий отбор воды из источника в одном створе с береговыми, незатопляемыми водоприемниками с всегда доступными для обслуживания водоприемными отверстиями, имеющие необходимые ограждающие сооружения.

Список источников

1 Грузинова, В. Л. Водозаборные сооружения из поверхностных источников: учебно-метод. пособие по выполнению курсового проекта // М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. — Гомель: БелГУТ, 2006. — 92 с.

2 Водоснабжение Санкт-Петегбурга / А. П. Авсюкевич [и др.]; под общ. ред. Ф. В Кармазинова. — СПб.: Новый журнал, 2003. — 668 с.

3 Тугай, А. М. Водоснабжение. Водозаборные сооружения: учеб. пособие для вузов / А. М Тугай. — Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1984. — 200 с.

4 Старинский, В. П. Водозаборные и очистные сооружения коммунальных водопроводов: учебное пособие / В. П. Старинский, Л. Г. Михайлик. — Мн.: Выш. шк., 1989. — 269 с.

5 Журба, М. Г. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: в 3-х т. Т-1. Системы водоснабжения. Водозаборные сооружения / М. Г. Журба. — Вологда — Москва: ВоГТУ, 2001. — 209 с.

6 СанПиН 2.1.5 980−00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Санитарные правила и нормы // М.: ИИЦ Госкомсанэпиднадзор России, 2000.

7 СанПиН 10−113 РБ 99. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого водоснабжения: санитарные правила и нормы // Мн.: Министерство здравоохранения РБ, 1989. — 21 с.

8 Карелин, В. Я. Насосы и насосные станции: учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. / В. Я. Карклин, А. В. Минаев М.: Стройиздат, 1986. — 320 с.