|
| ||
| 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:  |
ОГЛАВЛЕНИЕНекоторые особенности устройства и эксплуатации водозаборов с учетом улучшения качества водыЗадачу получения с водозабора воды высокого качества следует рассматривать в трех аспектах: гидрологическом, конструктивном и технологическом. Гидрологические факторы оказывают определяющее воздействие на содержание взвешенных веществ в отбираемой воде, их должны учитывать еще на стадии выбора источника водоснабжения. Известно, что многие коммунальные водопроводы имеют два, а иногда и более источников водоснабжения. Контроль качества воды в источнике и взаимосвязь режимов работы водозаборов дают возможность в определенное время отбирать воду из источника с более высокими качественны-им показателями, облегчая тем самым последующую ее очистку и сокращая расход реагентов. Влияние гидрологических факторов на качество отбираемой воды в каждом конкретном источнике должны учитывать при выборе створа и точки размещения водозабора в данном створе. Расположение водоприемников (или водоприемных отверстий), их устройство с учетом динамики руслового потока и закономерностей транспортирования наносов позволяют не только предотвратить перебои в работе водозабора, о чем говорилось выше, но и обеспечить получение воды с минимальным содержанием взвеси и планктона. С этой точки зрения следует оценивать прежде всего место расположения водоприемника на выбранном участке реки. Вогнутый берег дает преимущества не только в отношении глубины потока, но и качества забираемой воды. Однако встречаются еще случаи, когда на водозаборах, расположенных у во-гнутого берега, при недоучете гидрологического фактора наблюдается обильное вовлечение наносов, затрудняющее очистку воды (Волгоград, Хабаровск, Барнаул и др.). Так, водоприемник на одном из водозаборов из р. Амур, расположенный на расстоянии более 200 м от берега из условия обеспечения нужных глубин, оказался в полосе транспортирования наносов. Реконструкция водозабора с приближением водоприемника к берегу (за пределы границы транспортирования наносов) позволила существенно облегчить работу водоочистной станции. Наличие нескольких водоприемников на данном водозаборе позволяет маневрировать заборами воды по сезонам года. Еще более сложно решить вопрос расположения водоприемника в безопасной в отношении наносов зоне на водохранилищах. Для малых водозаборов простейшего типа (раструбные оголовки) заметный эффект улучшения качества во-ды дает расположение водоприемных отверстий (раструба) против течения реки (угол отвода речного потока а = 0°). Такие водоприемники применяют на горных реках с расчетом использования инерционных сил потока, дающих экономию энергии на подъем воды. Но важно и то, что инерционные подъемники лучше других защи-щены от попадания в них наносов. По данным А. Е. Бе-лана [4], при а = 0° количество наносов, вовлекаемых в самотечные трубы, уменьшается в среднем на 40 % по сравнению с их количеством при перпендикулярном по-току расположении окон (а = 90°). Обязательным условием при этом является превышение скорости речного потока иа над входной скоростью водоприемника ув, т. е. Даже если место расположения водоприемника выбрано верно, большой дополнительный эффект улучше-ния качества воды может дать маневрирование отбором по глубине потока: выше к поверхности — зимой, с большей глубины — в период паводка. При этом важно обеспечить забор воды в той точке, где качество ее наилучшее. Достичь этого можно при наличии водоприемных отверстий на нескольких уровнях оперативным контролем качества воды, а также автоматической связью систем наблюдения за качеством и управлением водоприемны ми отверстиями.  Рис. 63. Водоприемный оголовок с наплавной запанью 1 — запань; 2 — водоприемник; 3 — самотечные трубопроводы Например, на водозаборе из водохранилища Датчет (система водоснабжения Лондона) водоприемник имеет расположенные на разной глубине окна, отбор воды через которые регулируется с помощью ЭВМ в зависимости от показателей качества воды на разных глубинах. Благодаря этому достигнут забор воды с наилучшими показателями по мутности, цветности, планктону и растворенному кислороду. Целесообразность изменения глубины отбора в процессе эксплуатации водозаборов диктуется стремлением получить воду не только более высокого качества, но и с более низкой температурой летом. На многих водое-мах происходит температурная стратификация с более низкой температурой воды в придонном слое. Отбор воды из придонного слоя можно обеспечить установкой на оголовке (рис. 63) временной за-бральной стенки (наплавной запани). Большие исследования по отбору воды из стратифицированных водоемов выполнены А. Г. Аверкиевым, И. А. Забабуриным, И. А. Витрешко и др. [10, 16]. Связь основных параметров области питания водозабора в данном случае определяется следующей зависимостью:  (1)где Fr' — плотностное число Фруда; hg — глубина нижнего слоя области питания; Н — полная глубина водоема у водоприемника; v — средняя скорость потока в плоскости забральной стенки; q — удельный расход водоотбора в той же плоскости, q = QB/l; g — ускорение силы тяжести; QB — производительность водозабора; l — длина забральной стенки; е — относительная плотность воды: е= (р2 — p1)/p2 — = Ар1/р2 (р1 р2 — средневзвешенные значения плотности воды, соответственно в верхней и нижней зонах питания). Расслоение потока в водоприемнике может происходить при Fr" Fr"кp (где Fr"кр — критическое значение числа Фруда; по различным исследованиям Ргкр — = 0,28...0,325). Задаваясь целью забрать воду из придонного слоя с более низкой температурой tв при средневзвешенной температуре выше границы раздела слоев t1 и ниже этой границы t2, определив относительную плотность воды е, можно установить соотношение расходов Qi и Q2, поступающих соответственно из верхней и нижней зон пи-тания: K = Q2/Q1 = (t1 — tв)/(tв - t2). На основе экспериментов И. А. Забабурин [16] определил значения конструктивных и технологических па-раметров забральной стенки в диапазоне изменения К 0,58...10 (табл. 12). Таблица 12. Параметры работы забральной стенки K=Q2/Q1 Fr" hg/H Расход, %, QB dh/hвх=hg/hвх-1 Q1 Q2 ___ 0,3 0,85 0,58 0,28 0,8 63,4 36,6 3,5 1,77 0,25 0,7 36,1 63,9 0,75 3,47 0,22 0,6 22,4 77,6 0,5 4,95 0,2 0,52 16,8 83,2 0,6 6,2 0,17 0,45 13,9 86,1 1 7,26 0,15 0,4 12,1 87,9 1,5 10 0,1 0,25 9,2 91,8 3,5 Определив по этой таблице значения Fr", hД, hBX, по формуле (1) можно найти удельный расход q, а затем и длину забральной стенки l = QB/q. Разумеется, применению забральной стенки должно предшествовать изучение температурного режима воды в источнике по сезонам года. Забральные Стенки позволяют существенно снизить вовлечение планктона в водоприемники. Практикой эксплуатации и в результате исследования определились три направления улучшения качества воды на водозаборах: применение специальных водоприемников, выделяющих часть взвешенных веществ не-посредственно при отборе воды, фильтрование воды на водоприемниках; осаждение взвеси в пойменных отстойниках-водохранилищах.  Рис. 65. Зависимость вовлекаемых в водозабор взвешенных наносов 1, 2 — соответственно для обычного и сифонного водозаборов  Рис. 64. Береговой водозабор сифонного типа Изменение конструкции водоприемников, как правило, меняет и технологию отбора воды, следовательно, влияние конструктивных и технологических факторов на качество отбираемой воды надо рассматривать во взаимосвязи. В последнее время разработан ряд новых типов вот доприемных устройств, имеющих существенные преимущества в отношении качества забираемой воды. Прежде всего это относится к водозаборам систем ирригации на горных и предгорных реках с обильными донными наносами, исследованным Н. Ф. Данелией. Они сравнительно редко применяются в коммунальном водоснабжении, в связи с чем детально нами не рассматриваются. Оголовки с аванкамерами вихревого типа, предложенные А. С. Образовским, обеспечивают равномерные скорости входа воды на большом водоприемном фронте и уменьшают благодаря этому вовлечение наносов. Они являются более надежными в отношении не только отбираемого расхода, но и качества воды. Сифонные водоприемники А. Г. Аверкиева с горизонтальными окнами, обеспечивающие восходящий прием воды (рис. 64), также дают положительный технологический эффект с улучшением ее качества не только по взвешенным, но и по плавающим веществам. Достигается это благодаря большему, чем на других водозаборах, заглублению водоприемных окон, что особенно важно при малой глубине воды в источнике, и выделению из воды взвешенных веществ на восходящем участке сифона. Очевидно, скорость потока на этом участке должна быть меньше гидравлической крупности отделяемых наносов. Устройство сифонного водоприемника возможно как на береговых, так и на русловых водозаборах. На рис. 65 представлено сравнение количества наносов, во-влекаемых в водоприемные окна с обычным (прямоточным) и с сифонным приемом воды. Как видно, примене-ние сифонного водоприемника дает возможность многократного уменьшения количества вовлекаемых наносов. Приплотинные водозаборы, как известно, обеспечивают не только более высокую надежность отбора воды, но и улучшение ее качества за счет предварительного отстаивания в водохранилище. На небольших водопрово-. дах, особенно в районах Сибири и Крайнего Севера, где строительство и эксплуатация водоочистных станций затруднены, а вода в источнике имеет малую мутность, этим методом издавна пользуются широко и эффективно. Положительное влияние зарегулирования стока на качество воды у водозаборов можно показать на примере р. Алей. До зарегулирования мутность воды в реке достигала 3...5 тыс. мг/л, что не только осложняло работу водозабора, но и нарушало технологию очистки воды. С вводом в действие буферного водохранилища на р. Склюиха мутность снизилась, но все же она достигала в периоды паводков 1,2...1,6 тыс. мг/л. И только с вводом в верховье р. Алей Гилевского водохранилища многолетнего регулирования положение существенно улучшилось: максимальное значение взвеси находится на уровне 300 мг/л, вдвое (с 4 до 2 мес) сократилась продолжительность периода повышенной мутности (рис. 66). К тому же минимальный сток в реке увеличился с 0,5 до 5...6 м3/с, что обеспечивает устойчивую работу водозаборов. Зарегулирование стока не только снижает мутность, но улучшает и другие показатели качества воды.  Рис. 66. Изменение мутности воды на водозаборе из р. Алей ---------- до строительства водохранилища (1979 г.);----------после строительства водохранилища (1980 г.)  Рис. 67. График цветности волжской воды 1 — поступающей в Учинское водо-хранилище; 2 — выходящей из водохранилища Так, после пуска в 1960 г. Можайского водохранилища на р. Москве плотный остаток речной воды, по данным Н. Л. Козловой, И. П. Осадчих и др., уменьшился на 10 мг/л, а карбонатная жесткость — на 0,4 мг-экв/л. Для отстоя волжской воды на канале им. Москвы было построено Учинское водохранилище. Вода из двух водохранилищ (Пестовского и Пяловского) поступает в Учинское через донные водоспуски, что предотвращает или существенно ограничивает попадание в него плавающих веществ, нефтепродуктов, планктона и др. Строгий санитарный режим на Учинском водохранилище, отвод поверхностного стока береговых склонов в другие бассейны, 100-метровая лесозащитная полоса по берегам обеспечивают существенное улучшение качества волжской воды, прежде всего по цветности (рис. 67). Иногда метод отстаивания воды в прудах и водохранилищах является единственным, но вполне достаточным средством улучшения ее качества. Примером могут служить многочисленные водозаборы на Сахалине и Камчатке. Специально предназначенные для водоснабжения здесь небольшие водохранилища на горных реках в залесенной местности позволяют получать (после обеззараживания) на протяжении большей части года воду питьевого качества без дополнительной очистки. На многих водопроводах действует сейчас по нескольку (3...4) водохранилищ (например, водопроводы Свердловска, Златоуста, Владивостока и др.), и применение менее сложной, но более обоснованной и, следо-вательно, надежной технологии очистки воды может дать большой экономический эффект. Например, строительство водохранилища вместимостью 5,2 млн. м3 на р. Аи (на Урале) позволило временно ограничиться максимально упрощенной системой обработки воды: решетки и сетки на приплотинном водозаборе, барабанные микрофильтры и обеззараживание с использованием электролизных установок на водоочистной станции. Более того, обеспечиваемое на водозаборе высокое качество воды в ряде случаев позволило отказаться от уже запроектированной сложной технологии ее очистки на водоочистных станциях. Так, приплотинный водозабор на водохранилище Красноярской ГЭС дает воду такого качества, при котором даже в периоды паводков достаточно использовать одноступенное прямоточное фильтрование, что доказано многолетним опытом эксплуатации. Построенную здесь водоочистную станцию с двухступен-ной технологией (осветлители со взвешенным осадком и скорые фильтры) пришлось реконструировать, существенно упростив технологию. Примером положительного решения вопроса улучшения качества воды может служить также водозабор из Партизанского водохранилища в долине р. Альма в Крыму [12], представляющий собой башню высотой 48,7 м с туннелем внутренним диаметром 3,5 м и общей длиной 350 м, в котором размещены два водовода диаметром по 800 мм. Глубина водохранилища у водозабора 37 м; водоприемные отверстия расположены в четыре яруса с расстоянием между ярусами 10 м, что позволяет отбирать воду с разных глубин. Подача ее на водоочистную станцию осуществляется под гидростатическим напором. Таблица 13. Качество воДы на водозаборе из Партизанского водохранилища Годы Даты на-блюдений Показатели качества воды до изменения глубины забора после изменения глубины забора отметка глубины забора, м темпе-ратура,°С мутность, мг/л цвет-ность, град кол и -титр отметка глубины забора, м темпе-ратура, °С мутность, мг/л цвет-ность, град коли -т игр 1978 17.01 3 20 30 5,5 30.01 44,8 3 6 15 28 — . — — — — . 30.03 6 4,5 10 16 11.11 10 1,2 10 37 1979 23.02 54,9 4 10,5 15 1,7 44,8 4 7 15 2,7 26.02 44,8 4 8,5 15 2,7 64,9 4 7 15 22 22.03 64,9 5 2,5 10 111 54,9 6 2,5 10 111 27.08 54,9 14 4,8 10 3,7 44,8 10 3,8 10 3,7 1980 7.04 44,8 6 14,8 20 4,1 64,9 8 14 20 4,4 17.06 64,9 16 1,8 10 10 44,8 9 1,6 10 11 5.09 44,8 11 4,4 15 27 54,9 14 5 15 138 11.12 54,9 8 36 35 27 64,9 7 4 35 138 1981 12.01 64,9 5 11,5 20 3,8 44,8 5 10,5 20 5,5 14.01 44,8 5 11 20 5,5 64,9 5 И 20 2,7 9.06 64,9 14 1,8 10 11 44,8 8 1,5 10 37 Показатели качества воды приведены в табл. 13, из которой видно, что с изменением глубины отбора дости-гается заметное повышение коли-титра и уменьшение мутности воды. Благодаря этому на протяжении 6 мес в году (с мая по октябрь) коагулирование воды на водоочистной станции не производится совсем, а в ноябре — декабре достаточно бывает периодического (2... 6 ч в сутки) коагулирования малыми дозами. Очевидно, что эксплуатационные затраты в таких условиях снижаются до минимума. В значительной степени этому спо-собствует хорошее состояние зоны санитарной охраны (ЗСО) источника. Граница первого пояса ЗСО проходит по всему периметру водохранилища на расстоянии 100 м от уреза воды при НПГ, а второго пояса — охватывает весь бассейн водосбора выше створа плотины. Водозабор из водохранилища Чиркейской ГЭС (Сулак) в Дагестане, предназначенный для водоснабжения Буйнакска и пос. Дубки, дает воду, отвечающую требованиям ГОСТ 2874 — 82, благодаря чему отпала необходимость строительства водоочистной станции для Буйнакска, а построенная для пос. Дубки водоочистная станция не используется. Столь удачный эффект достигнут не только за счет благоприятных природных условий (неразмываемые каменистые берега водохранилища, залесенный бассейн водосбора и др.), но и благодаря удачным инженерным решениям по водозабору. Сочетание интересов энергетики и водоснабжения при гидротехническом строительстве в Дагестане не яв-ляется единственным. Более двух десятилетий действует встроенный в плотину Иркутской ГЭС водозабор сис-темы водоснабжения Иркутска, обеспечивающий качество воды в соответствии с требованиями ГОСТ 2874 — 82 без дополнительной ее очистки. Построенный в последующей очереди развития водопровода водозабор руслового типа на водохранилище Иркутской ГЭС также обеспечивает потребное для питьевых целей качество воды (табл. 14) после ее обеззараживания. С ростом масштабов водопотребления, увеличением затрат на строительство и эксплуатацию водозаборов и водоочистных станций целесообразно шире практиковать проектирование водозаборов в комплексе гидротехнических сооружений ГЭС с учетом далекой перспективы водопотребления, В малых водохранилищах и прудах летом, особенно в периоды паводков, вода может содержать повышен-ное количество взвешенных и плавающих веществ (водоросли, траву, листья, кору деревьев и т.д.), и, следо-вательно, возникает необходимость дополнительной ее очистки. Поэтому в комплекс водозаборов включают иногда специальные сооружения, позволяющие совмещать технологию отбора и очистки воды (рис. 68). Во-доочистное сооружение в данном случае представляет собой шлюз-отстойник из двух-трех секций с попутным (поверхностным) отбором осветленной воды, каждая секция имеет свою водосборную камеру. Вода из водосборных камер отводится самотечными трубопроводами или отбирается насосами (в последнем случае насосная станция встраивается в тело плотины). Таблица 14. Показатели качества воды на водозаборе из Иркутского водохранилища (1982 г.) Дата наблю-дений Цветность, град Взвешен-ные вещества, мг/л Сухой ос-таток, мг/л Хлориды, мг/л Сульфаты, мг/л рН Общая жесткость, мг-экв/л Коли-титр 16.01 10 0,8 51,6 2,5 6 7,9 1,1 111 12.02 10 0,8 52,8 2,2 5,9 7,9 1,2 111 3.03 10 0,6 53,6 2,05 6 7,95 1,1 111 15.04 8 0,6 56 1,5 6,08 8 1,15 162 16.05 8 0,8 64 1,5 6 8 1,1 111 16.06 10 0,8 65,5 2 5,75 7,9 1,15 28 16.07 10 0,8 63,5 2 6,5 7,9 1,2 111 20.08 10 1,6 65,5 1,9 5,26 7,9 1,15 111 20.09 5 1,3 70,3 1,06 7,3 8 1,2 111 13.10 8 1 64 1,5 6 7,85 1,05 111 23.11 5 1,4 68 1,8 5,01 7,8 1,1 111 20.12 10 1 54 1,5 6 7,9 1,05 55,5  Рис. 68. Приплотинный водозабор со встроенными водоочистными сооружениями а — ситуационный план; б — водоочистной блок; 1 — земляная плотина; 2 — водоприемные отверстия с сороудерживающими решетками и сетками; 3 — водосброс; 4 — горизонтальный двухсекционный отстойник; 5 — перегородки; 6 — водосборная камера; 7 — трубопровод подачи очищенной воды (потреби-телям или на дальнейшую очистку); 8 — короба с полупогружными бортами; 9 — водосборные желоба; 10 — сбросные трубопроводы для осадка Водоприемные окна водозабора выполняют роль входных отверстий отстойника, они, как обычно, пере-крываются сороудерживающими решетками и сетками, а также шиберами. Каждая камера отстойника имеет систему попутного отбора воды, выполненную в виде лотков или дырчатых труб, закрытых сверху перевернутым желобом с заглубленными в воду бортами. Такая система водоотбора полностью предотвращает попадание в водопровод плавающих веществ. Удаление наносов из отстойников не вызывает каких-либо затруднений и осуществляется без остановки водозабора. Для этого днище отстойника выполняют с уклоном по ходу движения воды, а в его задней стенке делают придонные отверстия (щели) с шиберами или сбросные трубопроводы с задвижками. Каждая секция промывается отдельно. Опусканием шибера на входе в секцию при открытых водосбросных отверстиях уровень воды в ней снижается и создается придонный поток с большой размывающей и транспортирующей способностью, который обеспечивает сброс осадка в нижний бьеф плотины. После этого секция снова включается в работу. Водозаборы данного типа прошли длительную проверку в производственных условиях, например, при производительности до 15 тыс. м3/сут. Другой разновидностью водоочистного устройства на водозаборах является шлюз с фильрующей загрузкой. К этому типу водоочистных устройств относится широко известный фильтр О. М. Айрапетова, распространенный в Средней Азии, а также на Северном Кавказе. Шлюз либо встраивают в тело плотины, как в предыдущем случае, и тогда он является технологическим элементом второй (после отстаивания в водохранилище) ступенью очистки, либо строят как самостоятельное прибрежное сооружение (рис. 62). Здесь возможна чрезмерно большая грязевая нагрузка на фильтр в периоды паводков, в связи с чем должна быть предусмотрена возможность кратковременного его отключения. Регенерация такого фильтра осуществляется смывом отложений поверхностным потоком воды аналогично предыдущему случаю, а также путем гидравлической декольматации фильтрующих грунтов [29]. Применению метода гидравлической декольматации в данном случае благоприятствует самотечная подача воды на поверхность регенерируемой загрузки. Как шлюз-отстойник, так и шлюз с фильтрующей загрузкой в зависимости от климатических условий местности могут быть обстроены легким навесом (в южных районах) или размещены в капитальном отапливаемом помещении. На основе исследований И. С. Бабаева в НИИ КВОВ Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфи-лова и Азербайджанском НИИ водных проблем [2] разработана принципиально новая технология забора воды из источников с высокой мутностью и предложен новый тип водоприемника — водоприемник-осветлитель (рис. 69). Его применение исключает необходимость специальных сооружений предварительной очистки воды, зна-чительно упрощает строительство и эксплуатацию головных сооружений водопроводов. Водоприемник-осветлитель представляет собой понтонное наплавное устройство с донными или бортовыми водоприемными окнами, на котором смонтирован осветлительный блок с тонкослойными полочными элементами из полимерных материалов и с системой сбора воды. Исходная вода, пройдя через сетку и решетку в водоприемных окнах (ячейках), попадает затем в осветлительные тонкослойные элементы (где при скорости потока 0,01...0,1 м/с происходит отделение значительной части взвеси) и далее через буферную зону — в водосборную систему в виде желобов с треугольными водосливами. Масса отделяемых твердых частиц из тонкослойных элементов непрерывно сползает в речной поток и транспортируется им вниз по течению. Производительность водоприемника может регулироваться изменением величины его осадки путем частичного заполнения водой верхних понтонов или использования иного балласта.  Рис. 69. Плавучий водоприемник с тонкослойными осветлительными элементами 1 — водоприемные окна; 2 — тонкослойные полочные элементы; 3 — водосборные желоба; 4 — водосборный коллектор; 5 — водоотводная труба; 6 — нижние угловые понтоны; 7 — верхние продольные понтоны; 8 — гибкая вставка; 9 — трап; 10 — береговой колодец с насосной станцией I подъема Подача воды от водоприемника в береговой колодец может осуществляться самотеком или с помощью насосов. Соединение водоприемника с берегом, его крепление, обслуживание и т. д. производят так же, как и обычных плавучих водозаборов. В зависимости от обстановки на источнике (качество воды, глубина потока и т.д.) местоположение водоприемника может измениться буксированием его. Устойчивая работа водоприемника обеспечивается при волнении не более 1 балла. Такие водоприемники могут применяться на реках и каналах при глубине потока более 3 м. Высокий технологический эффект очистки (30... 60%) обеспечивается при мутности исходной воды более 500...1000 мг/л и достигается в основном за счет выделения частиц с гидравлической крупностью большей или равной 15 мм/с. Вместе с тем предотвращается попадание в водозабор листьев, щепы и других плавающих веществ. Такие водоприемники рекомендуется применять при положительной температуре воды в источнике. Например, на Куре (в Азербайджанской ССР) в системе Сабирабадского группового водопровода успешно эк-сплуатируется водозабор производительностью 25 тыс. м3/сут с водоприемником данного типа. Намечается дентрализованное производство двух типоразмеров таких водоприемников ОВП-100/200 и ОВП-400/1000 производительностью соответственно 100...200 и 400... 1000 м3/сут. |
|