|
| ||
| Бурение скважин на воду | Технология | Оборудование | Цены | Фото и видео | Техническая литература | ||
 | УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОЗАБОРОВ |
|
|
Мини-станок для бурения скважин Техническая литература: Колодцы Схема гидрогеологических областей и районов СССР Словарь по гидрогеологии А-Г Словарь по гидрогеологии Д-О Словарь по гидрогеологии П-Я Гидрогеология СССР (Москва 1977г. Л. С.Язвин) Станок для бурения БУР-50:  |
ОГЛАВЛЕНИЕЭксплуатация водозаборов в условиях промерзания рек Рис. 44. Шугоход и забереги на Оби В суровых климатических условиях эксплуатация водозаборов осложняется, так как сток малых рек изменяется из-за их частичного или полного перемерзания. Характерной особенностью рек Сибири и Крайнего Севера является неравномерное распределение их стока: например, более 60 % стока рек Нижняя Тунгуска, Курейка, Турухан приходится на 1...2 мес. Максимальный расход весеннего паводка р. Норилка более 4 тыс. м3/с, в то время как ее минимальный зимний расход — 19,3 м3/с. Амплитуда колебания уровня достигает 11 м (Иртыш у Тобольска) и даже 21 м (Енисей у Игарки). Интенсивный шугоход (рис. 44) и весенний ледоход, зажоры с подъемами уровня воды, торосистый ледостав, большая толщина ледяного покрова (до 2 м- и более), полное перемерзанне малых рек — все это существенно отличает реки Севера от рек средней полосы и налагает дополнительные требования к устройству и эксплуатации водозаборов на них. К тому же на многих северных реках осуществляются интенсивное судоходство и лесосплав. При всем этом мутность воды в них, как правило, невелика (10...15 мг/л), лишь,в паводки она достигает 50...70 мг/л и позволяет применять упрощенную технологию ее очистки, в том числе непосредственно на водозаборах, что для условий Севера имеет очень важное значение. Однако интенсивное хозяйственное освоение новых районов Сибири и Крайнего Севера нередко влечет ухудшение санитарного состояния источников, поэтому здесь особое значение имеет реализация водоохранных мер. Отбор воды из малых поверхностных источников при недостаточном и неравномерном стоке (особенно в условиях Сибири)] нередко связан с трудностями. Известно, что надежность работы водозаборов в таких случаях обеспечивается за счет регулирования (сезонного или многолетнего) речного стока и поддержания необходимых глубин в местах расположения водоприемных устройств. Для этого в последние годы построены плотины на реках Алей, Яя, Кара-Чумыш и др. бассейна Оби. Опыт эксплуатации водозаборов показывает, что осложнения в их работе возможны даже в условиях регулирования стока и обусловливаются они непредвиденными изменениями режима источника (например, водозаборы городов Рубцовска, Прокопьевска, Салаира, водозаборы горнорудных предприятий горного Алтая и горной Шорни). Причиной осложнений явилось чрезмерное снижение стока рек зимой из-за суровых климатических условий и редко повторяющихся сочетаний погодных факторов: низкие температуры, продолжительный период при малом снеговом покрове, запоздалое снеготаяние весной, недостаточное выпадение осадков в осенне-летний период, сопровождающееся сокращением грунтового питания рек. В этих условиях становится особенно необходимым проведение на малых открытых водотоках — источниках водоснабжения специальных мероприятий по поддержанию минимального стока, а также применение водозаборов с повышенной маневренностью. Расширяется строительство открытых водозаборов на Крайнем Севере, на реках Енисей, Лена, Алдан, Колыма, Анадырь, Большой Анюй и др. В одной лишь Магаданской области, по данным Б. Т. Суворова, к 1970 г. было построено около 60 водозаборов из незарегулированных источников, 14 водозаборов с регулированием стока русловыми или прибрежными водохранилищами (копанями). Только крупные реки на Севере (с водосборной площадью свыше 6 тыс. км2) не промерзают. Большинство же малых и средних рек полностью перемерзает, за исключением тех, которые питаются межмерзлотными под-земными водами, имеющими устойчивую положительную температуру. Промерзание рек, колебания уровней, неустойчивый сток отрицательно сказываются на работе водозаборов. Но даже при перемерзании малые реки, например Среднекан, Сусуман, Омсукчан и др., сохраняют подрусловый сток если не на всем протяжении, то на отдельных участках, а также под островами, сложенными аллювием, и пойменными террасами. В этих условиях подрусловый сток приобретает важную роль в водоснабжении, и, следовательно, он должен быть изучен, как и поверхностный, на стадии обоснования строительства водозабора. Для задержания подрусловых вод в комплексе водозаборов (открытых или инфильтрационных) строят барражи. В аварийных ситуациях, связанных с перемерзанием реки, для обеспечения более полного захвата подрусловых вод рекомендуется устраивать мерзлотные пояса ниже по течению от водозабора. Мерзлотный пояс создается периодическим снятием снегового покрова на полосе шириной 5...10 м, пересекающей подземный поток на всей ширине долины. На таких реках часто приходится иметь дело также с наледями, которые осложняют работу водозаборов, а нередко приводят к их полной остановке. Наледи на реках образуются там, где в холодное время года в результате промерзания возникаю! препятствия потоку поверхностных или подрусловых вод. На реках с естественным (ненарушенным) стоком наледи обычно образуются ежегодно в одних и тех же местах: у перекатов, порогов, на расширенных участках речной долины, где имеется наибольшая поверхность охлаждения, быстрее промерзает живое сечение потока и возни-кают преграды на его пути. Процесс образования наледей активизируется на участках речной долины, где от-сутствует растительность, способствующая задержанию снега. Постройка водозабора и других сооружений на малых реках существенно изменяет режим поверхностных и подрусловых вод, условия снегозадержания и др. Недооценка этого фактора может привести к непредвиденным осложнениям в работе водозаборов. Процесс образования наледей может быть многократно интенсифицирован, если наряду с водозабором на данном участке реки будут построены дорожные переходы, зимние ледяные переправы, ограждающие насыпи, а также вестись разработки грунта в русле, на пойме и т.д. Для водоснабжения опасны наледи и в верхнем те-чении малых рек, так как они нарушают сток реки и приводят к сокращению подаваемого расхода даже при исправном водозаборе. Образование наледей начинается обычно в октябре — декабре и продолжается нередко до марта — апреля; их толщина часто достигает 3...4 м, и они могут разрушающе воздействовать на водозаборы. На водозаборах борьба с наледями ведется для обеспечения пропуска воды к водоприемным сооружениям, в то время как в других случаях (на мостах, промплощадках и т.д.) воду можно, наоборот, отвести от сооружений и тем самым решить задачу. Пропуск воды к сооружениям особенно важен на зарегулированных реках, когда из-за нарушения режима источников нарушается приток в водохранилища. Способы борьбы с наледями разделяются на пассивные и активные. Пассивные способы не устраняют причин образования наледей, а лишь направлены на ликвидацию их воздействия: окалывание льда у водозабора, устройство прорезей в ледяном покрове реки и др. Активные способы направлены на устранение самих причин образования наледей: утепление водотока, расчистка, углубление перекатов, спрямление русла (рис. 45). Описанный Н. Д. Гусевым многолетний опыт эксплуатации водозаборов из маловодных источников в усло-виях перемерзания поверхностного стока и образования наледей накоплен на водопроводе пос. Баренцбург на о-ве Шпицберген. На ранее действовавшем здесь водозаборе русло ручья ежегодно углубляли бульдозером и специальным плугом, закрывали щитами и засыпали снегом, а поверхностный сток увеличивали подпиткой из вышерасположенного озера. Большим достижением в практике водоснабжения на Крайнем Севере за последние годы является строительство трестом Арктикуголь нового водопровода в пос. Баренцбург. Затопленный водоприемник с береговой насосной станцией на оз. Стеммеван, а также резервный водозабор из ручья ледникового питания обеспечили устойчивую подачу воды потребителям. Применение здесь аккумулирующей копани вместимостью 60 тыс. м3 воды не дало положительного результата, так как копань была выполнена в трещиноватых породах и до 80 % воды терялось на инфильтрацию. Очевидно, в таких условиях должны быть тщательно выполнены противофильтрационные мероприятия.  Рис. 45. Противоналедные устройства на малых реках 1 — снег; 2 — лед; 3 — утепляющий слой (ветви хвойных деревьев, мох, торф. хворост и др.): 4 — настил; 5 — воздушная прослойка; 6 — легкие сваи (колья); 7 — деревянный щит, уложенный на продольные валики из льда и снега: S — промораживаемая часть русла; 9 — утепление русла по одной из схем о — о и берегов; 10 — выравнивание и утепление русла по одной из схем 6 — ж; 11 наледь до проведения противоналедных мероприятий; 12 — возможное положение наледи в итоге проведения противоналедных мероприятий; 13 — направляющие валы для регулирования зимнего стока Характерные осложнения претерпели и испытывают также водозаборы на реках Кара-Чумыш и Алей. Водозабор на Кара-Чумыше — берегового типа, расположен в 50 м от плотины. Вместимость водохранилища первоначально была равна 5,5 млн. м3, а отбор воды в первый год эксплуатации водозабора составлял 0,4 м3/с. Среднегодовой сток Кара-Чумыша в створе расположения водозабора равен 4,55 м3/с, минимальный зимний — 0,17 м3/с. Река имеет горный характер и большое число порогов и перекатов. Расстояние от плотины до истоков составляет 70 км. Ледостав происходит в первой декаде ноября, ледоход — в последней пятидневке апреля. В течение 10 лет эксплуатации водозабора отбор воды из водохранилища ежегодно увеличивался и возрос в 2,7 раза по сравнению с первоначальным. Однако существенных осложнений в работе водозабора в этот период не наблюдалось. Наполнение водохранилища в период весенних паводков до уровня на 0,5 м выше нормального подпертого горизонта (НПГ) и регулирование сброса воды в нижний бьеф обеспечивали устойчивую производительность водозабора. Пониженный (в сравнении с предыдущими годами) по-верхностный сток реки в бездождливую осень 1966 г. при сохранении достигнутого к этому времени отбора воды обусловил существенное снижение уровня в водохранилище уже в начале сентября. В последующем, особенно после ледостава, это снижение достигло угрожающих размеров из-за недостаточного подземного питания реки и вызванного этим сокращения притока воды в водохранилище, который к середине января 1967 г. составил 0,14 м3/с. В результате производительность водозабора была снижена на 20 %, что вызвало большие затруднения в водоснабжении. Для выявления дополнительных причин снижения стока провели обследование Кара-Чумыша и его притоков выше по течению от плотины, при котором были обнаружены большие провалы льда в верховьях водохранилища, а выше по течению реки — многочисленные наледи и полное перемерзание речного потока на перекатах, чему благоприятствовала малоснежная зима. К началу весеннего паводка общее снижение уровня воды в водохранилище составило 2,8 м при средней его глубине 3,75 м. Увеличить производительность водозабора до паводка не удалось, и лишь завершение строительства новой плотины, увеличившей объем водохранилища в 10 раз, обеспечило надежную работу водозабора в последующие годы. Водозабор на реке Алей (рис. 46) совмещен с водоподъемной плотиной, обеспечивающей лишь увеличение глубины воды у водоприемника без регулирования стока. Комплекс сооружений водозабора (без буферного водохранилища) введен в действие в 1966 г.. и до 1969 г. перебоев в работе водозабора не возникало. Река Ален на выбранном участке имеет характер равнинных рек с многочисленными меандрами, берега ее неустойчивые, легкоразмываемые. Русло сложено песчано-гравийными отложениями, в которых формируется подрусловьш сток (мощность отложений составляет 6...Юм). Подрусловые воды Алея в хозяйственно-питьевом водоснаб-жении используются крайне недостаточно. Средний многолетний минимальный сток в данном створе составляет 2,06 м3/с, а в отдельные голы он снижался к концу зимы до 0,5 м3/с. Небывалое снижение стока, сопровождающееся нарушением режима работы водозаборов, было зимой 1968/69 гг. Засушливое лето 1968 г. и суровая зима 1969 г. с ранними морозами и устойчивой температурой — 40... — 45°С вызвали сокращение поверхностного и подруслового питания реки. Температура воздуха была ниже средней многолетней в ноябре 1968 г. на 4°С, в декабре — на 7 °С, в январе 1969 г. — на 14°С. Расход воды в Алее к концу января снизился до 0,9 м3/с, а производительность водозабора уменьшилась в связи с этим на 25 %.  Рис. 46. Приплотинный водозабор на р. Алей с буферным водохранилищем 1 — водоподъемная плотина; 2 — насосная станция I подъема; 3 — спрямляющий канал; 4 — напорно-самотечные водоводы; 5 — распределительная камера; 6 — оголовок; 7 — буферное водохранилище; 8 — обводной канал; 9 — русловы-правительные сооружения; 10 — ковшовый водозабор В середине февраля было произведено обследование участка реки протяженностью около 30 км выше водозабора. Замеры стока в двух створах, отстоящих один от другого на 28 км, показали, что расход в первом (вышерасположенном по течению) створе равен 0,97 м3/с, а во втором (у водозабора) — 0,35 м3/с. Уменьшение расхода воды по течению реки и отсутствие других водозаборов на участке между выбранными створами свидетельствовали о наличии потерь воды. Детальное обследование этого участка с бурением льда позволило выявить отсутствие в отдельных местах воды подо льдом в русле и большие масштабы наледеобразований. Толщина коренного льда достигала 1,3 м, а наледей на отдельных участках — более 2 м. На плесах глубина воды подо льдом достигала 2 м, в то время как на перекатах наблюдалось полное перемерзание потока. Ледяной покров состоял из нескольких слоев. Ранее такого промерзания на данном участке Алея не наблюдалось. На протяжении 17 км вверх по течению от водозабора явных потерь воды не было выявлено. Далее на участке 17...26 км почти сплошь распространялись наледи с выходом воды на пойму. Этот участок и являлся основным очагом потерь воды из реки. Из прорубей, пробуренных во льду выше участка, вода с напором выходила на поверхность. Бурение льда позволило установить, кроме того, что наряду с потерями воды на ледообразование имеют место также потери на насыщение снега на урезе воды в реке.  Рис. 47. Поперечный разрез русла р. Алей на участке подпора 1 — лед; 2 — снеговой покров; 3 — выходы воды на поверхность Из-за обильных снегопадов при первых заморозках осенью отложившаяся по берегам толща снега предотвратила дальнейшее намораживание льда у берегов. Промеры показали, что на некоторых участках реки толща льда от середины русла к берегам существенно уменьшается, а непосредственно на урезе ледяной покров отсутствует (рис. 47) и снег насыщен водой. На участках выше перекатов такому насыщению спо-собствовало возникновение напора воды подо льдом вследствие пере-мерзания и вызванного этим перекрытия русла реки. Увеличение притока воды к водозабору было достигнуто устройством прорезей во льду на всю ширину реки, которые позволили перехватить наледный поток и ввести его в основное русло, предотвратив тем самым дальнейший рост наледей. Особенно эффективно было устройство прорези у верхнего переката на обследованном участке, где она обеспечила увеличение расхода воды в реке у водозабора до 0,7...0,8 м3/с. Анализ выполненных мероприятий показывает, что борьба с наледями путем устройства только поперечных прорезей эффективна в условиях, когда наледи формируются в пределах основного русла реки. Когда же наледи выходят на пойму, надо дополнительно выполнять продольные прорези с расчисткой дна на перекатах. Для предотвращения повторных осложнений прорези следует утеплять снегом. Улучшение водоснабжения в подобных случаях; может быть достигнуто наряду с увеличением поверхност-ного стока реки также за счет использования подрусловых вод. Этому благоприятствует то, что режим подрус-ловых вод в значительно меньшей степени, чем поверхностных, подвержен влиянию шуголедовых факторов. Для совместного отбора поверхностных и подрусловых вод целесообразно применять комбинированные водозаборы [29]. |
|