|
| ||
| 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:  |
ОГЛАВЛЕНИЕХарактерные ситуации и шуголедовые осложнения на водозаборахШуголедовые явления на реках по-прежнему создают наиболее серьезные затруднения в работе водозабо-ров, сопровождающиеся иногда полным прекращением подачи воды потребителям. Отрицательному влиянию подвержены водозаборы как в северных, так и в южных районах нашей страны. В последние годы по этой при-чине были крупные осложнения на водозаборах ряда городов, сопровождавшиеся перебоями в водоснабжении. Это подтверждает, что шуголедовые осложнения обусловливаются в меньшей мере географическим поло-жением водозаборов и в большей — природно-климатическими особенностями местности. Вопросы шугообразо-вания и воздействия шуги на работу водозаборов изучены достаточно глубоко, поэтому здесь не рассматриваются теоретические аспекты проблемы, а главное внимание уделено натурным факторам и методам защиты водозаборов от шугольда. Степень влияния шуги не остается постоянной, а изменяется из года в год и иногда проявляется совершенно неожиданно. Так, в 1970 г. на Новосибирском водопроводе водоприемник в ковше оказался полностью забитым шугой. При длине ковша более 900 м, наличии шугоотбойных шпор и расположении входа в ковш под оптимальным углом к речному потоку такое явление трудно было предвидеть. Решающим фактором в данном случае оказалось ветровое воздействие. При определенном направлении ветров до наступления ледостава шуга нагоняется в ковш, к тому же в самом ковше вода интенсивно переохлаждается и шуголедовая масса пол-ностью забивает живое сечение потока. Нередко отрицательное влияние шуги является следствием нарушения естественного теплового режима рек. Такое влияние испытывают водозаборы на участках ниже плотин ГЭС (Новосибирск, Волгоград, Лениногорск), ниже сбросов отработанных теплых вод (Новокузнецк). На водозаборе Ростова в 1972 г. интенсивный шугоход в марте был вызван преднамеренным нарушением ледового покрова на Дону с целью ускорения судоходства. Последующее неожиданное похолодание повлекло переохлаждение воды с характерными для таких случаев последствиями. Отрицательное воздействие шуголедовых факторов на работу водозаборов сопутствует развитию централизованного водоснабжения на всем его протяжении. Еще в 1894 г. возникали угрожающие ситуации от воздействия шуги на водозаборе из Невы в Петербурге, повторяющиеся затем в 1914-м, 1916-м и в последующих годах, что послужило толчком к изучению шуголедовых процессов применительно к устройству и эксплуатации водозаборных сооружений, наложило отпечаток на конструктивные и технологические решения водоприемных устройств.  Рис. 48. Шуголедовая обстановка на русловом водозаборе из Оби в предледо-ставный период (ноябрь 1975 г.) 1 — зоны устойчивого ледостава; 2 — шуговые ковры; 3 — основной водоприемник; 4 — дополнительные водоприемные отверстия; 5 — система пневмозащи-ты; 6 — наплавные буны; 7 — лихтер; 8 — тросы; ---------- поверхностные течения; ---------глубинные течения Рис. 49. Шуголедовая обстановка на ковшовом водозаборе из Оби в пред-ледоставный период (ноябрь 1975 г.) 1, 2 — соответственно дамбы и, шпоры ковша; 3 — зона устойчивого ледостава; 4 — шуговые ковры Поскольку шуголедовые процессы нередко развиваются очень быстро, с различной интенсивностью образования внутриводного льда и неустойчивой динамикой его перемещения, на водозаборах создаются непредвиденные аварийные ситуации, приводящие к сокращению и даже полному прекращению подачи воды. По этой причине шуголедовые факторы, особенно в суровых климатических условиях, являются чаще всего определяющими при размещении, выборе типа водозабора и технологии его работы. С точки зрения эксплуатации важно прогнозировать ситуацию, которая может сложиться на водозаборе в предледоставный период, и своевременно предпринять меры при той или иной шуголедовой обстановке. При благоприятных погодных условиях (устойчивое похолодание, отсутствие ветра, малые скорости течения и ста-бильный уровень воды в реке) ледостав происходит в течение короткого промежутка времени и образовавшийся береговой припой льда оттесняет шугу от водоприемника. На рис. 48 и 49 показаны характерные для этого случая ситуации. На береговых водозаборах зона раннего ледостава может распространяться сразу на акваторию водопри- емника и, если шуга не подныривает под кромку льда, водоприемник работает устойчиво. На ковшовых водозаборах ранний ледостав охватывает прежде всего входную часть и акваторию ковша, а также прилегающий к ковшу участок берега. Описанные ситуации являются исключительными, крайне редкими. На практике почти повсеместно наблюдаются более сложные ситуации, вызываемые неустойчивым похолоданием, ветрами и др., которые влекут разрушение раннего ледостава, перемещение ледовых масс, образование внутриводного льда и шуги. Шуголедовая ситуация может изменяться в течение суток и даже часов. В конце ноября 1979 г. на Северной Двине у Архангельска наблюдался интенсивный ледоход, несвойственный для данного периода года. В начале ноября при сильных заморозках река покрылась льдом толщинол до 0,3 . м. Наступившее затем потепление вызвало подвижку льда и резко ухудшило шуголедовую обстановку на реке. Осложнений в работе водозаборов в данном случае не возникло лишь благодаря большому (до 10 м) заглублению водоприемных устройств. В конце января 1978 г. аварийная ситуация возникла на водозаборах Ростова-на-Дону. Сильный ветер со снегопадом и интенсивным волнообразованием осложнил процесс ледостава, водозаборы оказались в голове образовавшейся при этом полыньи. Положение усугубилось сопутствующим понижением уровня воды в реке. Русловой водоприемник при этом был закупорен шуголедовой массой, и поступление воды прекратилось. На водохранилищных и озерных водозаборах сложные шуголедовые ситуации возникают чаще всего под воздействием вдольбереговых течений. Ранее считалось, что водозаборы на водохранилищах менее, чем на реках, подвержены воздействию шуголедовых факторов или вовсе не подвержены им. Практика эксплуатации подтверждает, что справедливо это только для малых водоемов, на крупных же во-дохранилищах и на озерах создаются шуголедовые ситуации не менее сложные, чем на реках, могущие приво-дить к полной остановке водозаборов. Характерными в этом отношении являются водозаборы на Волгоградском, Боткинском водохранилищах и Онежском озере, где нередко возникают интенсивные вдольбереговые течения с размывом берегов и образованием внутриводного льда, осложняющего работу водоприемников даже на глубине 15... 18 м. Теоретические представления о воздействии шуголедовых факторов на водозаборы не всегда соответствуют действительности. Нередко предполагают, что воздействие это заключается только в обмерзании прутьев соро-удерживающих решеток и в закупоривании водоприемных отверстий внутриводным льдом, исходя из чего достаточным средством предотвращения шуголедового воздействия считают электрообогрев решеток и обратную промывку водоприемных окон. Аварийные ситуации на многих водозаборах, результаты обследования оголовков водолазами показывают, что в действительности обста-новка гораздо сложнее и в особенности тогда, когда водозабор оказывается в зоне формирования шугозажоров и шуга забивает если не все, то большую часть сечения речного потока. Выделяют два типа шугозажоров: глу-бинные, при которых шуга вовлекается на глубину до 5...7 м, но шуголедовый массив охватывает сравнительно небольшой участок реки (1...2 км, реже до 5 км); поверхностные, когда шугозажоры распределяются на участок реки 10...15 км при сравнительно малой глубине погружения шуги (до 2,5 м). Знание характера шугозажоров на том или ином участке реки позволяет прогнозировать шуголедовую обстановку и своевременно принимать меры по обеспечению устойчивой работы водозаборов. Детальное обследование водоприемных оголовков на Оби в Новосибирске показало, что внутриводный лед обволакивает не только водоприемные окна, но и весь оголовок, образуя подводный массив из насыщенной водой ледяной массы. Водолазы в таких условиях не могут даже приблизиться к водоприемным окнам. Работа осложняется тем, что при шугоходе под водой практически отсутствует видимость. К тому же поток воды насыщен внутриводным льдом, а ледяной массив на оголовках постоянно нарастает. Аналогичная ситуация имела место на одном из водозаборов Барнаула. Три водоприемных оголовка этого водозабора, оказавшиеся у кромки берегового припая льда в зоне транзита шуги, создали преграду продвижению ее по руслу, что привело к образованию локального шугозажора и закупорке водоприемных отверстий.  Рис. 50. Структура шуголедовой массы на водоприемном оголовке При исправно действующем электрообогреве решеток в таких ситуациях с наружной стороны окон в толще шуголедового массива образуется замкнутое свободное пространство, но доступ воды к окнам не обеспечивается. Обратная промывка также не дает положительных результатов, ибо вода из окон выходит локально, не образуя сплошного потока. Продолжающийся отбор воды может привести к прониканию шуги в самотечные линии, береговой колодец и даже на водоочистные станции. Такие случаи имели место в Уфе, Рубцовске и других городах. Закупорка отверстий шугольдом может быть настолько плотной, что в самотечных трубопроводах и оголовке образуется вакуум, способный повлечь разрушение оголовка. Из практики эксплуатации известно немало подобных примеров. В формировании шуголедового массива у оголовков главную роль играет транзит шуги течением с вышеле-жащих участков реки, в значительной степени способствуют этому всевозможные выступающие части оголовков, корчи и топляки, отложение наносов, возвышающиеся над дном самотечные линии (при их подмыве). Поэтому очень важно ежегодное (накануне ледостава) обследование водоприемников и проведение на них профилактических работ: расчистка наносов, удаление топляков, корчей, ремонт водоприемных решеток и др. В структуре шуголедовой массы (рис. 50) присутствуют в большом количестве глинистые и песчаные частицы, придавая ей темно-бурый оттенок. По мере разрушения или таяния шуголедового массива у оголовка и даже на его перекрытии остаются наносы, иногда довольно крупные (d = 50...100 мм), вовлеченные ранее в поток вместе с донным и прибрежным льдом от заберегов и транспортируемые в толще потока при его шугонасыще-нии. Наблюдения показали, что транспортирование крупнозернистых наносов в толще речного потока проходит особенно интенсивно при повышении уровня в реке (в зоне шугозажора, подпора от встречного ветра или морских приливов), в результате которого шуголедовая масса поднимается со дна, отрывается от берегов, увлекая частицы отложений, могущих перемещаться таким образом на большие расстояния. При потолочном расположении водоприемных окон наносы могут попадать внутрь оголовков и во всасывающие линии, а при непосредственном всасывании воды приводить к забивке насосов, вызывая дополнительные осложнения на водозаборах.  Рис. 51. Шугосбросное устройство на малых водозаборах из горных рек а — с заглубленной перегородкой; б — с шандорной стенкой; 1 — водоприемник; 2 — шугоотводящий лоток; 3 — водоотводящий лоток или труба; 4 — грязевая труба; 5 — заглубленная перегородка; 6 — шандорная стенка Своеобразная шуголедовая обстановка создается на реках горного и предгорного типов. Например, на некоторых реках Казахстана с бурным потоком и без устойчивого ледостава в результате разбрызгивания воды на валунах и порогах при низкой температуре образующиеся забереги первоначально имеют вид нависающих над водой козырьков, которые нарастают и вскоре смыкаются, образуя над речным потоком сплошной ледяной свод. Переохлаждение воды и образование внутриводно-го льда в потоке под сводом прекращается. Однако ниже по течению в результате выполаживания продольного профиля реки и соответствующего изменения гидрологического режима потока шуголедовые процессы развиваются очень интенсивно и нередко приводят к закупорке не только водоприемников, но и песколовок, и отводящих трубопроводов. Многочисленные перекаты на таких участках с крупными валунами создают благоприятные условия для шугозажоров нередко со сплошными ледяными перемычками на всю ширину реки и образованием каскада. При разрушении одной-двух перемычек то же самое происходит с другими (сформировавшимися ниже по течению), в результате чего образуется паводочная волна высотой в несколько метров, насыщенная шуголе-довой массой, плавником, песком, гравием и т.д. Обычный водозабор не может противостоять такой волне, что обусловливает разработку специальных типов водозаборов для горных рек (С. А. Шанин). Располагаясь вне основного русла, водозаборы эти имеют шугосбросные устройства (рис. 51), которые вполне оправдали себя, например, на водозаборе из р. Таласе в Казахстане. Они представляют собой небольшие камеры на отводящем канале, в которых благодаря увеличению площади поперечного сечения потока происходит всплывание шуги с последующим отводом ее в реку ниже водозабора. Скорость поверхностного потока в шугосбросном устрой-стве составляет около 1 м/с (из условия транспортирования шугового ковра), а скорость нисходящего потока — не более 2,5 см/с, что предотвращает вовлечение шуги в водоприемник. Такие устройства надежно рабо-тают при насыщении шугой поступающего в них расхода воды до 25 %. Определяющее значение в обеспечении устойчивой работы водозаборов имеют не столько технические средства эксплуатации, сколько правильный, всесторонний учет природных факторов и благоприятное размещение водоприемных сооружений. Это подтверждается тем, что водозаборы аналогичного типа на одном и том же источнике, расположенные всего в нескольких сотнях метров один от другого, работают по-разному. Одни из них останавливаются, а другие работают без каких-либо помех и перебоев. Это относится к воздействию не только шуги, но также и наносов. Следовательно, в обеспечении устойчивой работы водозабора выбор места расположения имеет определяющее значение. |
|