Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

“Белорусский государственный университет транспорта”

кафедра

«Экология и рациональное использование водных ресурсов»

Строительный факультет

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Водозаборные сооружения»

на тему: «Водозаборные сооружения из поверхностных источников»

Выполнил:

студент группы СВ-41 Налегач А.А.

Проверил:

ассистент Грузинова В.Л.

2013

Содержание

Исходные данные

Введение

1. Выбор места расположения водозаборного сооружения

2. Выбор типа водозаборного сооружения и определение

условий забора воды из источника

3. Определение производительности водозабора

4. Определение размеров водоприемных окон

5. Расчет самотечных линий

6. Проектирование и расчет оголовка

7. Определение потерь напора в водоприемном отделении

8. Определение размеров сеточных отверстий

9. Определение потерь напора во всасывающем отделении

10. Гидравлический расчет устройства для защиты сеток от прорыва

11. Определение глубины источника в месте установки водозабора

12. Проектирование берегового колодца

13. Определение параметров и рабочих характеристик основного и вспомогательного оборудования водозаборов

14. Промывка самотечных линий

15. Рыбозащитные мероприятия

16. Мероприятия по борьбе с наносами, шугой, обрастанием и

обмерзанием решеток

17. Организация зон санитарной охраны водозабора

Заключение

Список использованных источников

Введение

Среди многих современные отраслей, направленных на повышение уровня жизни людей, благоустройства населённых мест и развития промышленности, водоснабжение занимает большое и почётное место.

Комплекс сооружений, осуществляющих задачи водоснабжения, т. е. получение воды из природных источников, её очистку, транспортирование и подачу потребителям, называется системой водоснабжения.

Выбор типа и конструкции водоприёмных сооружений зависит от местных природных условий в значительно большей степени, чем у всех остальных сооружений системы водоснабжения. Основное влияние на устройство водоприёмников оказывает характер используемых природных источников воды: гидрологические характеристики открытых водоёмов, условия залегания подземных вод.

Как и для выбора источника водоснабжения, для правильного решения задачи проектирования и строительства водоприёмных сооружений необходимо проведение обширных и детальных изысканий: гидрологических, геологических, гидрогеологических и т. д. Эти изыскания должны дать не только уверенность в возможности бесперебойного получения из выбранного источника требуемых количеств воды, но и все необходимые сведения для проектирования водоприёмных сооружений.

В настоящем курсовом проекте необходимо спроектировать водозабор на поверхностном водоисточнике.

Требования к водозаборам для приема поверхностных вод:

Сооружения должны обеспечивать бесперебойное снабжение потребителя водой возможно лучшего качества. Решение этой задачи достигается правильным выбором их места расположения (в плане и по глубине), типа и конструкции. Место расположения сооружения в плане следует выбирать как можно ближе к потребителю, на устойчивом участке водоема, в районе наименьшего загрязнения водоема (на реках выше населенных пунктов, промышленных предприятий и мест сбора сточных вод), вне участков ледяных заторов и интенсивного движения донных наносов.

При наличии вблизи берега глубин, обеспечивающих требуемые условия забора воды, и при достаточно крутом береге применяются водозаборы берегового типа. Их располагают на склоне берега с приемом воды непосредственно из русла реки. При этом насосы I подъема могут быть расположены в отдельном здании насосной станции или в самом водозаборе. Поэтому, различают два вида водозаборов берегового типа - раздельный и совмещенный.

Водозаборы берегового типа могут иметь в плане круглую, элипсоидальную или прямоугольную форму, выбираемую в зависимости от места расположения водозабора, условий обтекания его водами реки и от используемого оборудования насосной станции. Размеры водозабора, его основных

элементов и оборудования (сеток, решеток, труб и др.) определяют частично путем гидравлического расчета и частично по соображениям конструктивного и эксплуатационного характера. Кроме того, водозабор проверяется на действии сил давления воды, льда и грунта (на всплытие, на опрокидывание, на сдвиг), а также на прочность при действии заданных нагрузок.

Водозаборы руслового типа чаще всего применяют при относительно пологом береге, когда требуемые для забора воды глубины в реке находятся на значительном расстоянии от берега. Кроме того, при пологом береге сезонные колебания уровня воды в реке вызывают затопление берега. А насосная станция должна быть расположена вне зоны затопления, поэтому длина труб от места приема воды до насосной станции получается весьма большой. Вода из реки в береговой колодец руслового водозабора поступает, как правило, по самотечным трубопроводам.

Таким образом, в курсовом проекте необходимо решить инженерную задачу проектирования водоприёмных сооружений с учётом гидрогеологических условий района водозабора и требований по обеспечению бесперебойности водоснабжения; подобрать основное и вспомогательное оборудование; разработать мероприятия по рыбозащите, по борьбе с шугой и льдом; организовать зону санитарной охраны водозабора.

1. Выбор места расположения водозаборного сооружения

Выбор места устройства водозабора должен быть обоснован прогнозами качества воды в источнике, переформирования русла и побережья, изменения границы мерзлых 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, а так же возникновения шугозажоров и заторов.

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 населенных пунктов, животноводческих ферм и комплексов, выше выпуска сточных вод, выше стоянок судов, барж. В общем случае водозаборное сооружение 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 оползневые явления, в результате которых происходит разрушение сооружений.

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

В данной курсовой работе проектируемое водозаборное сооружение располагаем в створе реки, профиль которой изображен на рисунке 1.

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:

а) по виду источника водоснабжения: поверхностные (речные, озерные, водохранилищные, морские, канальные); подземные (трубчатые и шахтные колодцы, горизонтальные водосборы, инфильтрационные водозаборы); атмосферные (снежники, пруды резервуары);

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

в) по производительности: малой (менее 1 м³/с); средней (от 1 до 16 м³/с); большой (более 6 м³/с);

г) по степени надежности забора воды из источника;

д) по категории надежности подачи воды потребителям;

е) по компоновке основных элементов: совмещенные, раздельные, комбини-рованные;

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

з) по способу приема воды: глубинный, донный, поверхностный, инфильт-рационный, комбинированный;

и) по степени стационарности: стационарные, передвижные;

к) 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 - 1, что предполагает бесперебойный забор расчетного расхода воды. Категория надежности подачи воды потребителям - 2. При таких условиях допустимо снижение подачи воды не более чем на 30% расчетного расхода на период до десяти суток. Перерыв в подаче воды допускается не более чем на 6 часов.

В зависимости от местных геологических условий, производительности водозаборного сооружения, глубины источника, амплитуды колебаний уровней воды принимается раздельная компоновка или совмещенная компоновка основных элементов водозабора. Так как в данной курсовой работе проектируется водозабор руслового типа малой производительности, при благоприятных геологических условиях, а также с амплитудой колебания уровня воды в источнике 5,0 м, то принимаем совмещенный тип компоновки.

Так как содержание взвешенных веществ 2,4 кг/м³, русло и берег устойчивы, присутствуют наносы, лед, толщина льда во время ледостава 0,49 м, скорость воды в реке 0,8 м/с, то условия забора воды - тяжелые.

Исходя из условий забора воды (тяжелые) и категории надёжности водозабора (II), принимаем следующую схему водозаборных сооружений: секционированный водозабор,но имеющий два и более отдельных водоприемных устройства, снабженных средствами борьбы с шугой, наносами + затопленные водоприёмники, удалённые от берега и недоступные для обслуживания в отдельные периоды года (схема б2).

По способу приема воды принимаем глубинный водозабор.

По степени стационарности - стационарный, так как водозабор находится все время на одном месте.

По способу эксплуатации - постоянный водозабор, так как обеспечивается водой населенный пункт.

3. Определение производительности водозабора

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

, (1)

где Qв - расчетный расход воды, м3/ч;

рсн - затраты воды на собственные нужды водозабора и очистных сооружений водопровода в процентах от Wmax (3-8 % в зависимости от качества воды используемого источника и способа ее обработки), %;

Wmаx - объем воды, подаваемой из рассматриваемого источника потребителям в сутки наибольшего водопотребления, м3;

t - расчетная продолжительность работы водозабора в сутки наибольшего водопотребления (24 ч).

м³/ч = 0,69 м³/с.

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 , м³/с, для каждой секции равен

(2)

где n - число секций, для водозаборов малой производительности n = 2.

.

Аварийный расход , м³/с, через водозабор при выходе из строя одной секции

, (3)

где ш_ав - коэффициент, допускающий снижение подачи воды при потребителям в период аварии в системе коммунального водоснабжения (ш_ав = 0,70)

Так как производительность водозабора Q_в = 0,69 м³/с, что меньше 1м³/с, то водозабор малой производительности.

4. Расчет самотечных линий

4.1 Подбор диаметра самотечных линий

Расчетный расход воды в каждой линии равен расходу в одной секции водозабора Q_с.л.= Q_c= 0,345 м³/c.

Диаметр самотечных линий определяется по формуле

, (4)

где v_с.л - рекомендуемая скорость движения воды в самотечных линиях, она зависит от диаметра.

Для II категории надёжности при диаметре трубопровода 500 до 800 мм рекомендуемая скорость движения воды в линии равна 1,5 - 2 м/с. Рассчитаем диаметр самотечной линии, приняв скорость v_с.л = 1,75 м/с.

Принимаем диметр самотечных линий d_с.л = 500 мм. Уточним скорость по формуле (5) и посмотрим, попадает ли она в интервал рекомендуемых скоростей.

; (5)

Расчетная скорость попадает в интервал рекомендуемых, однако она также должна быть не меньше незаиляющей.

Рассчитаем незаиляющую скорость по формуле

, (6)

где с - концентрация взвешенных частиц в воде, с = 2,4 кг/м³;

щ - средневзвешенная гидравлическая крупность взвешенных частиц в воде источника (принимается в зависимости от среднего размера частиц взвеси по [2, таблица 1]), щ = 0,0792 мм/с = 0,0000792 м/с;

u - скорость выпадения частиц взвеси в потоке, м/с, определяется по формуле

, (7)

где C - коэффициент Шези для потока в самотечной линии, м^0,5/с;

v_р - скорость течения воды в линии, v_р = 1,0 м/с;

u= 0,07·1,0 = 0,07 м/с;

Расчетная скорость воды в линии больше незаиляющей (1,75 м/с > 0,204 м/с).

4.2 Расчет потерь напора в самотечных линиях

Потери напора в самотечной линии, имеющей плавный диффузорный вход, обычный прямой выход и задвижку, в нормальных условиях работы водозабора

, (8)

где - коэффициент гидравлического сопротивления самотечных ли- ний,с²/м⁵, примем = 0,08 с²/м⁵;

l_с.л - длина самотечной линии, м; l_с.л = 42 м;

о_вх, о_з, о_вых - коэффициенты сопротивления на входе, задвижке и выходе, соответственно равные 0,15; 0,11; 1,0;

щ_с.л - площадь поперечного сечения самотечной линии, равная

.

Тогда потери напора в самотечной линии

При форсированном режиме

, (9)

4.3 Промывка самотечных линий

Диаметр самотечных линий водозабора должен обеспечивать возможность гидравлического удаления отложившихся в них наносов путем прямой или обратной промывки линий водовоздушным, импульсным и другими способами.

При прямом способе промывки самотечных линий между водоисточником и береговым водоприемным колодцем создается определенный перепад уровней воды путем ее откачки из колодца при закрытой на некоторое время задвижке самотечной линии. Затем задвижка этой линии быстро открывается, и вода по ней с большой скоростью устремляется в береговой колодец, вынося в него все отложения.

При обратной промывке самотечных линий их соединяют промывными линиями с напорными трубопроводами насосной станции первого подъема. Диаметр промывных линий принимается из условия обеспечения скорости потока в промываемых линиях в 1,5...2,0 раза большей, чем расчетная скорость воды в них.

Рассмотренными способами промываются обычно самотечные линии небольших (до 300...350 мм) диаметров. Промывка линий средних (350...600 мм) и больших (более 600 мм) диаметров осуществляется обычно водовоздушным или импульсным способами. Для этого в водоприемном колодце на выходе из самотечной линии (рисунок 2) устанавливается герметически закрывающийся затвор 1. Перед ним подключается к линии напорная колонна 3 высотой 6...8 м и диаметром в 1,5...3 раза большим, чем диаметр самой промываемой линии. Вверху к колонне с помощью патрубка 4 подключается вакуум-насос для создания в ней разрежения. Если на самотечной линии в период ее промывки закрыть затвор 1 и создать в напорной колонне 3 вакуум, вода в ней поднимается до соответствующего этой степени разрежения уровня. При срыве вакуума в колонне находящаяся в ней поднятая вода устремляется в самотечную линию и обратным током промывает ее. Она промывает также оголовок сооружения и установленные на нем решетки или фильтрующие кассеты.

Промывка самотечных линий импульсным способом может производиться также и путем подачи в них из напорной колонны сжатого воздуха. Для этого на патрубке подключения колонны к самотечной линии устанавливается специальный быстрооткрывающийся вентиль 2. Если в напорную колонну закачать сжатый воздух, а затем быстро открыть вентиль 2, то при закрытом затворе 1 вода и воздух по самотечной линии устремятся к оголовку водозаборного сооружения. При этом скорость движения водовоздушной смеси настолько велика, что движение становится турбулентным, и отложившиеся в линиях взвеси хорошо взмучиваются. Высокий эффект промывки самотечных линий достигается тем, что сжатый воздух в них играет роль промывного мяча или шара. Он отжимает воду вниз, площадь живого сечения водного потока уменьшается, и поток начинает двигаться с большой скоростью. Причем движение это имеет импульсный характер и способствует увеличению самоочищающей способности линий. В результате такой промывки одновременно очищаются решетки, кассеты и фильтрующие обсыпки водоприемных оголовков сооружений.

Рисунок 2- Схема установки оборудования для промывки самотечных линий

Во всех случаях скорость течения воды или водовоздушной смеси при промывке самотечных линий должна быть

, (10)

где d_ч - диаметр отложившихся в линии вымываемых частиц взвеси,

d_ч = 0,72 мм.

5. Определение размеров водоприемных окон

5.1 Расчет и подбор решеток

Решетки устанавливаются на водоприемных отверстиях водозабора и служат для задержания крупного сора. Требуемая площадь водоприемных отверстий каждой секции , м², равна

(11)

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

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

V - екомендуемая скорость потока в прозорах решетки водоприемного отверстия, м/с, принимаем v = 0,25 м/с.

Значение коэффициента К определяется по формуле

(12)

Где а - расстояние между стержнями решетки в свету (прозор решетки), а = 50 - 100 мм, принимаем а = 60 мм;

С - толщина стержней решетки, с = 8 - 20 мм, принимаем с = 10 мм.

По полученному значению площади водоприемного окна принимается типовая решетка с основными размерами окна 1250 Ч 2000 мм, площадью м² (таблица 5, [1]). Основные размеры съемных плоских решеток приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные размеры съемных плоских решеток

Размеры водоприемного окна, мм	Основные размеры решётки, мм	Масса решетки, кг
	H	H1	H2	h	h1	L	L1
1250 Ч 2000	2600	2200	1986	120	60	1424	1404	253

5.2 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 равен

(13)

Где к1 - оэффициент, учитывающий профиль сечения стержней и принимаемый равным 0,25 для стержней круглого сечения;

а - расстояние между стержнями решетки в свету, принимаем а = 60 мм;

с - толщина стержней решетки, принимаем с = 10 мм;

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 круглого сечения, в = с = 10 мм;

б - угол наклона решетки к горизонту, для водозаборов коммунальног ного назначения б = 90°.

Коэффициент сопротивления загрязненной решетки ж_з.р, равен

(14)

Где Кз - коэффициент предельного загрязнения решетки, Кз = 1,5;

Кр - расчетный коэффициент загрязнения решетки, Кр = 1,25.

Коэффициент гидравлического сопротивления по расходу воды чистой решетки г_р, с²/м⁶, равен

(15)

Коэффициент гидравлического сопротивления по расходу воды загрязненной решетки г_з.р, с²/м⁶, равен

(16)

Потери напора, h_р, h_з.р, м, при нормальной работе водозабора для чистой и загрязненной решетки соответственно составляют

(17)

(18)

При аварийном режиме для чистой решетки потери напора h_р.ав, м, составляют

(19)

5.3 Определение уровней воды в водоприемном отделении

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

- минимальные:

1) при работе чистой решетки

(20)

2) при работе загрязненной решетки

(21)

3) при аварии

(22)

- максимальные:

1) при работе чистой решетки

(23)

2) при работе загрязненной решетки

(24)

3) при аварии

(25)

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.

Принимаем съемные плоские сетки, так как условия забора воды средние, категория надёжности подачи - II, водозабор малой производительности.

6.1 Подбор плоских сеток

Площадь сеточных отверстий рассчитывается по формуле (4).

Коэффициент стеснения сеточных отверстий проволокой сетки определяется по формуле

, (26)

Где d - диаметр проволоки сетки, 0,1 - 1,5 мм, принимаем d = 0,5 мм;

а - размер ячеек сетки в свету, мм, подбирается в соответствии с диаметром извлекаемых частиц, а = 2 мм.

Скорость воды в ячейках сеток принимается зависимости от их конструкции: для плоских -- 0,2...0,4 м/с, для вращающихся--0,8...1,2 м/с.

Учитывая тот факт, что при форсированном режиме скорость воды в ячейках сетки не должна увеличиваться более, чем в 1,2 раза по сравнению с допустимой, к расчету принимаем максимальное значение для плоских сеток, равное 0,33 м/с.

Тогда площадь сеточных отверстий

Принимаем стандартный размер перекрываемого отверстия - 1000Ч1250 мм, площадь отверстия м². Наружные размеры сетки: H = 2130 мм, L = 1630 мм.

6.2 Определение потерь напора в плоских сетках

Коэффициент гидравлического сопротивления сетки по расходу определяется по формуле

, (27)

где г_о.с - удельное гидравлическое сопротивление сетки, определяется в зависимости от номера сетки по [2, таблица 2]; для принятой сетки г_о.с = 0,044 с²/м.

Потери напора в незагрязненной сетке при нормальной работе водозабора

(28)

При предельном загрязнении сетки (К_з = 1,5) потери напора в сетке

(29)

При форсированной работе водозабора

(30)

6.3 Определение уровней воды во всасывающем отделении

Расчетные отметки уровней воды во всасывающем отделении:

- минимальные:

1) при работе чистой сетки

31)

2) при работе загрязненной сетки

(32)

3) при аварии

(33)

- максимальные:

1) при работе чистой сетки

(34)

2) при работе загрязненной сетки

(35)

3) при аварии

(36)

7. 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.

а - в зимний период; б - в летний период

Рисунок 2 - Расчетные условия работы водоприемных устройств

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 (принимаем 0,3 и 0,4 м соответственно).

Глубина источника в месте расположения водозабора в зимний период H_и, м, определяется по формуле

(37)

Где Нок - высота водоприемных окон водозабора, Нок = 2,0 м;

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

Hл - толщина льда, hл = 0,49 м.

Глубина источника в месте расположения водозабора в летний период , м, определяется по формуле

(38)

где h_в - высота полуволны, h_в = 0,28 м.

Принимаем глубину источника в месте установки оголовка H_и = 3,08м.

Отметка дна источника в месте установки оголовка Z_д, м, равна

8. Проектирование и расчет оголовка

При проектировании водозаборов руслового типа решетки устраивают на входе в оголовок.

Тип оголовка ? железобетонный раструбный защищенный с боковым приемом воды.

Затопленные водоприемные оголовки водозаборных сооружений подвергаются воздействию силы тяжести G, сил взвешивающего Р и гидродинамического F давления воды. Они находятся в состоянии статической устойчивости только тогда, когда коэффициенты их устойчивости на сдвиг и опрокидывание не меньше нормируемых, а дно русла водоисточника вокруг оголовка не размывается.

, (39)

(40)

. (41)

где f - коэффициент трения подошвы оголовка по его основанию; принимается равным 0,45 при трении бетона по песку;

х_G, y_F, х_Р - плечи сил, действующих на оголовок сооружения относительно точки его опрокидывания;

|К_сдв|, |К_опр| - допустимые коэффициенты статической устойчивости оголовков соответственно на сдвиг и опрокидывание, принимаемые равными 1,1...1,4;

v_ф - фактическая скорость придонного течения потока в зоне расположения оголовка с учетом стеснения им сечения водоисточника, м/с;

v_доп - допустимая при данном состоянии дна водоисточника скорость неразмывающего потока, м/с.

Сила G, Н, находится по формуле

G = gm = g?сV_ог, (42)

где m - масса оголовка, кг;

с - плотность материала элементов оголовка, кг/м³;

V_ог - объем оголовка.

Объем оголовка определяем за вычетом водоприемных окон и диффузора, то есть вычисляем объем материала, из которого выполнен оголовок. Материал корпуса оголовка - железобетон, загрузка - щебень гранитный. Тогда формула (39) примет вид

G = g(с_ж/б ·V_ж/б + с_загр·V_загр), (43)

где с_ж/б, с_загр - средняя плотность железобетона и насыпная плотность щебня гранитного соответственно; с_ж/б = 2500 кг/м³,

с_загр = 1500 кг/м³;

V_ж/б, V_загр - объем железобетонного корпуса и загрузки соответственно;

V_ж/б = 25,54 м³, V_загр = 4,19 м³.

Тогда объем оголовка

V_ог = V_ж/б + V_загр = 25,54 + 4,19 = 29,73 м³. (44)

G = 9,81(2400 · 25,54 + 1500 · 4,19) = 662969,61 Н.

Сила взвешивания оголовка Р, Н, расположенного на хорошо проницаемых грунтах, определяется по формуле

р = g с_вV_ог; (45)

где с_в - плотность воды, с_в = 1000 кг/м³.

р = 9,81^. 1000^. 36,7=360027 Н.

Сила F, Н, гидродинамического воздействия потока на оголовок

, (46)

где ш - коэффициент лобового сопротивления оголовка потоку, рав- ный 0,6 для прямоугольного в плане профиля оголовка;

щ -площадь поперечного сечения той части оголовка, которая воспринимает гидродинамическое давление потока (расположенная над плоскостью дна источника перпендикулярно к потоку часть его вертикального сечения), щ = 19,44 м²;

v - скорость набегания потока на оголовок, принимаемая равной расчетной скорости течения воды в источнике, v = 0,8 м/с.

Плечо у_F силы F относительно точки О (рисунок 4) принимается равным h_ф + 0,6h, исходя из условия неравномерности распределения скоростей потока по вертикали.

Рисунок 4 - Схема сил, действующих на оголовок руслового водозабора

Таким образом, плечи сил имеют следующие значения: х_G = 3,2 м, y_F =1,62 м, х_Р = 2,7м.

,

Устойчивость русла водоисточника в месте расположения оголовка проверяется по условию (38). При этом v_доп определяется по формуле

(47)

где v_доп - скорость придонного потока после создания сооружения, м/с;

Н - глубина потока у сооружения, Н = 2,7 м;

d - средний диаметр отложений на дне потока или каменного крепления ложа, d = 0,78 мм;

u - коэффициент качества воды источника, принимаемый равным 1,0 для потоков с наносами в коллоидном состоянии;

с_о, с_в - плотность донных отложений и воды соответственно; с_о = 2,2 т/м³,

с_в = 1,0 т/м³;

n - коэффициент перегрузки потока, определяемый по формуле

(48)

с - прочность на разрыв грунтов природного сложения, определяется по формуле

(49)

k - коэффициент, характеризующий вероятность отклонения показателя сцепления грунта от среднего значения, k = 0,5;

Условие (41) соблюдается (0,78 м/с < 1,9 м/с), значит, устройства вокруг сооружения специального закрепления грунта не требуется.

9. 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. Схема клапана приведена на рисунке 3.

1 - патрубок; 2 - регулирующий клапан; 3 - перемещаемый груз.

Рисунок 3 - Схема автоматически действующего клапана для защиты сеток от прорыва

Пропускная способность такого устройства , м³/с, составляет

(50)

Коэффициент расхода устройства равен

, (51)

Коэффициенты местных сопротивлений устройства включают сопротивление на входе потока в патрубок, повороте потока на 45° и выходе потоке под клапан устройства.

Сопротивление на входе потока в патрубок ж_вх = 0,5.

Коэффициент местного сопротивления при повороте на 45° ж_п = 0,35.

Коэффициент местного сопротивления при выходе потока под клапан

устройства ж_вых = 10.

Величина 2gг₀lщ² по сравнению с ?ж_м незначительна, поэтому ей можно пренебречь.

Требуемый диаметр устройства определяется , м, по формуле

, (52)

где h_пр - предельные потери напора при прохождении данного устройства, м, 0,2 - 0,3 м, принимаем h_пр = 0,2 м.

Полученное значение округляется до ближайшего большего стандартного диаметра. Принимаем требуемый диаметр устройства мм.

10. Определение параметров и рабочих характеристик основного и вспомогательного оборудования водозаборов

К основному оборудованию водозаборов из поверхностных источников относятся решетки, сетки, насосы, затворы и промывные устройства. Вспомогательное оборудование составляют гидроэлеваторы для откачки наносов из водоприемных камер, компрессоры, вакуум-насосы, дренажные насосы, грузоподъемное оборудование, оборудование для обогрева решеток, устройства для промывки сеток, решеток, самотечных линий и т. д.

Параметры основных насосов находят исходя из требуемой надежности подачи воды на очистные сооружения. Количество насосных агрегатов принимается равным:

- для 1-й категории - на каждую секцию 1 рабочий, 1 резервный;

- для 2-ой категории - на каждую секцию 1 рабочий, если 2 секции - 1 резервный, если три секции - 2 резервных.

Принимаем 1 рабочий на каждую секцию и 1 резервный.

Напор насосов определяется по формуле

, (53)

	где	-	отметка точки излива воды из водовода на очистные сооружениях, принимаемая равной отметке воды в смесителе очистных сооружений, м, равная м;
		-	минимальная отметка воды во всасывающем отделении водозабора, равная м;
		-	коэффициент удельного гидравлического сопротивления одной нитки водовода, с2/м6, с2/м6, с2/м6;
		-	длина напорного и всасывающего водовода соответственно, м, м;
		-	число ниток в водоводе, равное 2;
		-	производительность водозабора, м3/с, равная 0,69 м3/с;
		-	свободный напор на изливе из водовода, м, 0,5 - 1,0 м, принимаем м.

По расчетному напору (м) и расходу каждой секции при аварийном режиме (м³/с) подбираем марку насосов, диаметр всасывающих и напорных линий.

Принимаем насос марки Д2000-21, подача составляет 0,48 м³/с, напор равен 21 м, частота вращения рабочего колеса n = 960 об/мин, мощность насоса 132 кВт, КПД насоса 83 %, допустимая вакуумметрическая высота всасывания равна 5м, диаметр рабочего колеса 525 мм [4].

Диаметр всасывающих и напорных линий , м, по [5], определяется по формуле

, (54)

где - рекомендуемая скорость движения воды в водоводах.

Для всасывающего трубопровода , мм, равен

Для всасывающего трубопровода принимаем мм.

Преобразовав формулу (53) получим выражение для определения фактической скорости

.

Подставив значения предложенного диаметра, получаем значение фактической скорости

Диаметр напорного трубопровода , м, равен

Для напорного трубопровода принимаем мм.

Отметка осей основных насосов , м, принимается не выше

, (55)

Расход воды на промывку сеток, , м³/с, определяется по формуле

, (56)

Суммарный расход воды на промывку сеток водозабора не превышает 2 % от его расчетной производительности. Расходах воды на промывку не превышает , следовательно, гидравлические способы регенерации сеток являются экономически выгодными.

Гидроэлеваторы для откачки ила и отложившихся в приемных камерах взвесей подбираются по их расчетным производительности и напору Н.

Производительность гидроэлеватора , м³/ч, определяется по формуле

, (57)

		-	плотность взвесей, равная 2500 кг/м3;
		-	расчетное время откачки взвесей, равное 8 ч;
		-	концентрация взвесей в откачиваемой пульпе, равная 0,02.

Масса извлекаемых из воды сетками взвешенных веществ, , кг/сут, определяется по формуле

, (58)

Производительность гидроэлеваторов , м³/ч

Напор гидроэлеватора - сумма геометрической высоты подъема взвесей и потерь напора при их транспортировке от места отложения к месту складирования. Напор рабочего потока воды в гидроэлеваторе , м, должен быть не меньше

, (59)

Напор гидроэлеватора , м, определяется по формуле

, (60)

, (61)

где - отметка пола наземной части берегового колодца, м, равная 118,2м.

м.

Расходы воды рабочего потока гидроэлеватора, , ,м³/ч, и общего потока в системе откачки взвесей на выходе из гидроэлеватора , м³/ч, соответственно равны

; (62)

. (63)

Подставляем численные значения

м³/ч;

м³/ч.

Параметры вакуумно-компрессорного оборудования, применяемого для промывки самотечных линий и обдувки решеток водозабора, определяются в соответствии с размерами этих линий, а также исходя из площади водозаборных окон и расчетной интенсивности обдувки решеток, равной 0,1 - 0,2 м³/с на 1 м² окна.

Тип и параметры грузоподъемного оборудования зависят от его назначения и требуемой грузоподъемности. Для обслуживания решеток применяют кошки и тали. Тали применяют, если требуется подъем и опускание обслуживаемого элемента, в случае необходимости перемещения элемента по определенному направлению пользуются кошками и талями.

Грузоподъемность кошек и талей принимается исходя из необходимости преодоления ими силы тяжести решеток и силы их трения в пазах. Грузоподъемность этих устройств находится по формуле

, (64)

кг.

Для монтажа и демонтажа негромоздкого насосного оборудования, задвижек, обратных клапанов и т. п. применяют тали и кран-балки. Они обеспечивают перемещение грузов, как по вертикали, так и по горизонтали. Грузоподъемность этих устройств определяется по массе наибольшей монтажной единицы. Крупные монтажные единицы монтируют с помощью мостовых кранов. Они применяются на водозаборах большой производительности с использованием мощных насосных агрегатов.

При выборе типа грузоподъемных устройств учитывается возможность использования их для съема монтажных единиц с транспортного средства и доставки их к месту установки. С этой целью в перекрытиях водозаборных сооружений устраивается система монтажных люков, а в стенах - дверные проемы для подачи в здание водозабора монтируемых элементов автомобильным или другим видом транспорта. Для этого на водозаборах небольшой производительности предусматривается возможность вывода грузоподъемных устройств за пределы здания водозабора.

Особое внимание на коммунальных водозаборах должно быть уделено их основному насосному оборудованию, осуществляющему перекачку воды из источника на очистные сооружения. Кратность изменения подачи воды этим оборудованием обычно не превышает 2. При этом изменение подачи осуществляется только лишь по характерным суткам. Напоры же вследствие значительных колебаний уровня воды в источнике и относительно больших колебаний геометрической высоты подъема воды изменяются более интенсивно. Это оказывает влияние на выбор типа насосов водозаборных сооружений и способов регулирования их подачи. Практически во всех случаях при выборе насосного оборудования для водозаборных сооружений предпочтение следует отдавать насосным агрегатам с крутопадающими рабочими характеристиками.11. Рыбозащитные мероприятия

Проблема рыбозащиты при эксплуатации водозаборных сооружений не менее сложна, чем многие другие проблемы водозабора, и требует научного подхода. Проектирование и строительство водозаборных сооружений должно всегда производиться с учетом защиты от рыб, а рыбозащитные устройства должны рассматриваться как неотъемлемые элементы водозаборов. В настоящее время ни один проект водозаборного сооружения не может быть утвержден и принят к строительству без согласования с органами рыбоохраны, при этом, естественно, согласование возможно только в том случае, если проектом предусматриваются рыбозащитные сооружения и мероприятия. Вопросы экономического обоснования проектирования рыбозащитных устройств следует рассматривать, как и вопросы экономического обоснования проектирования других частей и устройств водозаборных сооружений, путем сопоставления различных конструктивных решений и выбора наиболее эффективных и экономичных.

Из существующих водозаборных сооружений наиболее полно обеспечивают защиту рыб фильтрующие, комбинированные, глубинные водозаборные сооружения, а также речные русловые водозаборы с затопленными 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 значения, должны предусматриваться соответствующие рыбозащитные устройства. В настоящее время в районе водозабора применяют рыбозащитные устройства трех групп: механические, гидравлические и физиологические.

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 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 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 ощущенииям, 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. Проблема эффективной и надежной защиты рыб, в особенности на крупных водозаборах, решена еще недостаточно. Слабо изучены такие факторы, как звук, свет, поле из пузырьков воздуха, почти отсутствуют данные по применению для рыбозащиты комплексных методов.

В данном курсовой работе применяем физиологические рыбозаградители служащие для задержания рыб путем образования в воде завес из воздушных пузырьков.

12. Мероприятия по борьбе с наносами, шугой, обрастанием и

обмерзанием решеток

Главными средствами борьбы с шугой и льдом являются правильный выбор места расположения водозаборных сооружений и типа водозабора 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 шуго-ледового режима реки, производительности водозабора, требуемых степени надежности, 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; применение специальных водоприемных устройств (оголовков) типа фильтрующих: деревянных ряжевых, железобетонных конструкции ВНИИВодгео и т. п.; применение 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 водозаборов 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 сороудерживающих 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. 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.

Широко используемый в практике защиты водозаборов от шуги электрообогрев решеток производят электрическим током напряжением 50 - 150 В. Для этого решетки, изготовленные из полосовой или круглой стали, превращают в реостаты. Мощность, затрачиваемая на электрообогрев решеток, колеблется в пределах 3,5 - 8 кВт/м3 воды или от 1 до 8 кВт на 1 м2 поверхности решеток. Ориентировочно расход пара для обогрева решеток составляет 0,15 - 0,2 кг на 1 м3 воды.

В данном курсовой работе принимается электрический обогрев решеток, для этого к стержням подводят требуемое по расчету напряжение. Проходящий по стержням ток подогревает решетку, и закупорка шугой исключается.

13. Организация зон санитарной охраны водозабора

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.водозабор водоснабжение рыбозащита

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.

Зона санитарной охраны для источников водоснабжения вообще и поверхностных в частности должна состоять из первого и второго поясов, а для водозаборных сооружений - из первого пояса.

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 реки или водоподводящего канала устанавливают в зависимости от местных санитарно-топографических и гидрологических условий, но во всех случаях должны быть:

- вверх по течению - не менее 200 м от водозабора;

- вниз по течению - не менее 100 м от водозабора;

- по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м от линии уреза воды при наивысшем ее уровне;

- в направлении от прилегающего к водозабору берега в сторону водоема при ширине реки или канала менее 100 м - вся акватория и противоположный берег шириной 50 м от линии уреза воды при наивысшем ее уровне; при ширине реки или канала более 100 м - полоса акватории шириной не менее 100 м.

Границы первого пояса зоны санитарной охраны водохранилища или озера, используемого в качестве источника водоснабжения, устанавливают в зависимости от санитарно-топографических, гидрологических и метеорологических условий; по акватории во всех направлениях - не менее 100 м от водозабора; по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м от линии уреза воды при наивысшем ее уровне.

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 реки или канала, являющихся источником водоснабжения, устанавливают с учетом источников загрязнения водоема - стойкими химическими веществами:

- вверх по течению исходя из пробега воды от границ пояса до водозабора при расходе воды 95% обеспеченности в срок от 3 до 5 суток (в зависимости от местных условий);

- вниз по течению - не менее 250 м; боковые границы - по водоразделу.

При наличии в реке подпора или обратного течения расстояние нижней границы второго пояса от водозабора устанавливают в зависимости от гидрологических и метеорологических условий.

...