Водозаборные сооружения

27. Выбор схемы в/з соор повер источников

При выборе места расположения, типа и конструктивной схемы водозаборных сооружений следует учитывать гидрологические, топографические, геологические условия, качество воды, требования судоходства и рыбоводства, условия эксплуатации.

Следует учитывать прогноз изменения качества воды в источнике, руслового процесса, рыбоводства.

Водоприемники водозаборов не следует размещать:- в пределах зоны движения судов, плотов;- в зоне отложения донных наносов;

- в местах зимовья и нереста рыб;- на участках возможного разрушения берега, возникновения шугозаторов;- в местах скопления плавника и водорослей.

Не рекомендуется размещать створ водозабора в ухвостье острова, ниже разрабатывающего протока.

На реках водозаборы следует размещать на вогнутом берегу в зоне наибольших глубин русла. При этом следует предусматривать мероприятия по берегоукреплению. При русловой многорукавности створ водозабора следует привязывать к имеющимся теснинам русла или располагать вблизи гидротехнических сооружений, фиксирующих плановое положение русла.

Для хозяйственно - питьевого водоснабжения место забора воды должно быть выше:- выпусков в водоток сточных вод;- населенных пунктов;- расположенных на берегу кладбищ и скотомогильников;

- стоянок судов;- животноводческих комплексов, ферм и водопоев скота.

При неблагоприятных условиях забора воды сооружения следует устраивать с водоприемниками двух типов или расчлененными на два узла, которые должны располагаться на разных водотоках или в разных створах. Производительность каждого из таких узлов должна составлять не менее 50% от полной производительности водозабора.

В настоящее время установилась классификация водозаборов по производительности: малая (до 1м³ /c), средней (1 - 6 м³/c) и большой - более 6 м³/c.

В водоемах, в которых имеется температурная стратификация воды, следует применять селективные водозаборы, позволяющие забирать холодную воду летом и более теплую - зимой.

Пи тяжелых шуголедовых условиях, когда нет возможности обогрева решеток, рекомендуется устраивать водоприемники разных типов, разнесенных друг от друга на расстояние, исключающее одновременный перерыв в заборе воды и снабженные устройствами борьбы с шугой.

По месту расположения водоприемника водозаборы подразделяют на: береговые, русловые, приплотинные, ковшевые и пр. Для водозаборов средней и большой производительности первой категории надежности рекомендуется применять водоприемные ковши и каналы, огражденные дамбами.

Водозаборы из поверхностных источников состоят из трех основных элементов (отделений): водоприемного, всасывающего и насосного, которые могут устраиваться в виде единого блока (совмещенного типа).

Если водоприемник располагается у берега, то водозабор называют берегового типа, а если в русле, то - руслового. Если в теле плотины, то называют приплотинным.

Для борьбы с донным льдом и шугой, снижения содержания взвесей в отбираемой воде сооружают ковши в виде искусственных заливов. Они могут располагаться в береге реки или быть вынесенными в русло реки при помощи дамб.

28. Русловые водозаборы. Условия применения и их основные конструктивные элементы

Русловой тип водозаборов применяют обычно при относительно пологом береге, когда необходимые глубины находятся на значительном расстоянии от берега (Рис. 2.1). При этом всасывающие линии устраивают самотечными. Водоприемники сооружают из железобетона. Они бывают: постоянно затопленными, затопляемыми высокими водами, незатопляемыми. Незатопляемые водоприемные оголовки называют крибами. Затопляемые трудно эксплуатировать, но они используются на судоходных и лесосплавных реках. Затопленные водоприемные оголовки могут служить только для защиты самотечных линий или образовывать водоприемную камеру, к которой присоединяют концы самотечных линий.

Самотечные водоводы сооружают из стальных, железобетонных или пластмассовых труб. Их нужно проверять на всплывание и изоляцию. В русловой части их следует защищать от истирания наносами и повреждения якорями путем заглубления под дно не менее чем на 0,5 метра и крепления русла от размыва.

Затопленные водоприемные оголовки необходимо защищать от подмыва обтекающим потоком. Для этого устраивают соответствующее основание и укрепляют дно вокруг. Места их расположения ограждают бакенами для для защиты от повреждения судами, плотами, якорями и т.п.

В теплое время водозаборы могут интенсивно обрастать различными моллюсками: мидиями, которые затрудняют их работу. Рекомендуется обработка хлором или медным купоросом при температуре воздуха более 10 ⁰С. Обработка производится в течение одного часа с периодичностью через два двое суток.

Основные типы водоприемных оголовков приведены на Рис. 2.2. Оголовки, изображенные на Рис. 2.2 а и б - это простейшие оголовки, применяемые на водозаборах малой производительности; Рис. 2.2 г, д, е - на водозаборах небольшой и средней производительности, они фильтрующего типа, е - со съемными кассетами, применяют для рыбозащиты; Рис. 2.2 ж - и - средней и большой производительности, ж - обтекаемое сооружение с двусторонним приемом воды, з - с камерами вихревого типа, и - ряжевого типа с фильтрующей засыпкой. Все рассмотренные оголовки могут промываться обратным током воды.

29. Способы бурения водозаборных скважин

В настоящее время применяется несколько способов бурения скважин. Наиболее старый - ударно-канатный - когда грунт выбирается для образования скважины желонкой - рабочим органом в виде цилиндра с дном, действующим как обратный клапан, и заостренными нижними краями. Вначале устанавливается кондуктор, - направляющая труба, которая постепенно, по мере выработки грунта внутри ее, погружается в грунт. Желонка с помощью специальной вышкы высотой 12…15 метров поднимается вверх и бросается вниз по кондуктору. При удареона заполняется грунтом через открывающееся дно. При подъеме дно захлопывается, а попавший внутрь грунт удаляется из желонки на поверхности. Ударно-канатный способ применяется для устройства скважин глубиной до 150 метров во всех видах грунтов. При попадании на валуны, камни и другие прочные породы желонку временно заменяют на долото или клин, которым разбивают встретившееся препятствие, а желонкой удаляют его осколки. Одновременно или с опережением опускают колону обсадных труб для крепления стенок скважины. В песчаниках, известняках, доломитах, сланцах и других прочных породах проходка скважин может осуществляться открытым забоем без крепления стенок.

В последнее время буровые установки реализуют в основном вращательный способ бурения с прямой и обратной промывкой забоя, бурение с помощью погружных пневмоударников или колонковое бурение с отбором керна. Последнее наиболее часто используется для проходки разведочных скважин. В качестве рабочего органа используют шнеки (для неглубоких скважин в рыхлых грунтах), шарошки, долота, ударники и т.п. для разрушения горной породы на забое, т.е. на дне проходимой скважины.

Для удаления разрушенной породы, подъема ее на поверхность используют промывочные жидкости из бентонитовой или специальной глины, которая обеспечивает необходимую вязкость при вдвое меньшем расходе. За рубежом применяют специальное органическое вещество «реверт». Промывочная жидкость из него отличается тем, что через 90 часов под действием развивающихся в нем биологических процессов она теряет вязкость. Сроки существования могут изменяться в широких пределах с помощью химических добавок.

Кроме глинистых растворов для промывки используют воду, аэрированную жидкость, пену. а также продувку воздухом.

Вращательным способом с обратной промывкой проходят скважины глубиной до 200 метров, а более глубокие (до 600 метров) с прямой промывкой.

Буровые установки глубокого бурения монтируют на прицепах. В качестве привода используют двигатель автомобиля или собственный. Установка их на месте бурения осуществляется четырьмя мощными гидродомкратами, а подъем и опускание мачты - с помощью гидроцилиндров, что упрощает монтаж - демонтаж установки.

В буровых установках некоторых фирм подвижный вращатель оснащают вибромолотом, что позволяет бурить скважины вибро-ударно-вращательным способом.

Большинство буровых установок оснащено компрессором, размещенном непосредственно на платформе. Рабочее давление их от 0,7 до до 2,5 МПа, а подача воздуха от 16 до 30 м³/мин.

При бурении в неустойчивых сыпучих грунтах, где требуется крепление пробуренных участков колонной обсадных труб используют специальный расширитель, увеличивающий диаметр скважины ниже башмака обсадных труб.

В условиях Полесья, где торфяники подстилаются песками и, неглубокие скважины (до 20 метров) могут проходиться методом гидроподмыва.

Конструкция водозаборной скважины определяется глубиной залегания водоносных пластов, характером проходимых горных пород, требуемым дебитом. При ее устройстве первую колону обсадных труб опускают на глубину 10…12 метров. Она должна обеспечивать вертикальность скважины. Затем опускают трубы меньшего диаметра (приблизительно на 50 мм) и доводят до нижней границы водоносного слоя и несколько заглубляют в водоупор. После чего устанавливают фильтр.

При большой глубине залегания водоносных пластов. Когда из-за большого сопротивления трения обсадной трубы о грунт не удается достичь необходимых глубин, переходят на трубы меньшего диаметра и таким образом конструкция скважины приобретает телескопический вид.

Таким образом в конструкции скважины можно выделить основные части:

- водоприемная (фильтр);

- крепление стенок (обсадные трубы);

- устье (оголовок) - выходная часть скважины.

Устье скважины располагают в наземном павильоне, высотой более 2,4 метра или в подземной камере. Диаметр эксплуатационной колоны труб принимают в зависимости от типа применяемых погружных насосов - не меньше номинального диаметра насоса.

Верхняя часть колоны обсадных труб должна выступать над полом павильона или подземной камеры не менее чем на 0,5 метра. Оголовок должен быть герметичным, исключающим проникновение в затрубное и межтрубное пространство загрязнений и поверхностных вод.

30. Охрана источников воды от загрязнения и истощения

Рациональное использование водных ресурсов определяет необходимость в проведении охранных, рекультивационных, технологических и организационных мероприятий. В первую очередь к ним относят:- обоснованное размещение и развитие производительных сил, увязанное с балансов возможного потребления воды и сбросом стоков;- создание водоохранных зон и соблюдение охранного режима;- сокращение потребления свежей воды путем совершенствования технологических процессов;- создание водооборотных систем внутри предприятий;- повышение эффективности очистных сооружений и прекращение сброса загрязненных сточных вод.

Размещение народнохозяйственных объектов требует учета большого комплекса вопросов: обеспеченность ресурсами, коммуникациями, водой и т.д. В Республике была разработана Схема развития и размещения производительных сил до 2005 года и утверждено Положение о водоохранных полосах (зонах) малых рек, которым ограничивалась в зоне не менее 500 метров от среднемноголетнего меженного уровня воды хозяйственная деятельность - запрещено авиоопыление, размещение ферм, складов удобрений и ядохимикатов, складов нефтепродуктов, механических мастерских и свалок. В прибрежной полосе шириной 20 - 100 метров запрещается любая производственная деятельность - распашка земли, строительство, размещение палаточных городков и пр.

Поскольку основным загрязнителем водотоков является сельское хозяйство, то и главное внимание должно уделяться совершенствованию систем земледелия - прекращению использования высокотоксичных пестицидов, создание устойчивых к болезням и вредителям сортов растений, внедрении биологических методов защиты растений, почвозащитных севооборотов, создание почвозащитных лесных полос т.д.

Для основных рек республики разработаны схемы комплексного использования водных ресурсов, но из-за ограниченности средств не все водоохранные мероприятия выполняются.

Рекультивация рек предусматривает строительство наносозадерживающих прудов, увеличение шероховатости поймы посадкой кустарника, отвод части наносов из русла на пойму, создание на реках биоплато, восполнительных бассейнов и пр.

Совершенствование технологий в промышленности. Имеющиеся самые совершенные технологии в промышленности в виде трехступенчатых методов очистки сточных вод обеспечивают их очистку в основном от органических соединений на 90 - 95 % и не изменяют солесодержание очищенных сбросных вод.

При тщательном соблюдении условий эксплуатации обычных сооружений биологической очистки их эффективность не превышает 80%. С повышением степени очистки с 80 до 95% расходы на очистку удваиваются, а свыше 95% повышаются в 10 раз на каждый дополнительный процент улучшения степени очистки. Для того, чтобы очищенные сточные воды удовлетворяли экологическим требованиям, их большинстве случаев разбавляют природными водами в 30 - 40 раз. В то же время локальная, на месте образования загрязнений, очистка сбросных вод до норм допускающих их повторное использование в промышленной технологии, всегда проще, чем в сложной смеси стоков. Поэтому строительство замкнутых водооборотных систем водопользования (ЗСВ) является основным инженерно - экономическим направлением в промышленном водоснабжении.

При этом ЗСВ требуют прежде всего:

- физико-химических методов очистки, учитывающих состав основных загрязнений, связанных с особенностями технологического процесса;

- установление обоснованного состава допустимого содержания компонентов оборотной воды для ее повторного использования;

- извлечение из стоков ценных компонентов;

- утилизации выделенных осадков.

ЗСВ разделяют на бессточные и безотходные. На бессточных системах водопользования предусматривается обработка всех сточных вод на заводских очистных сооружениях, после чего очищенная вода используется в производстве. Безотходная технология предусматривает резкое сокращение количества отходов и их переработку для дальнейшего использования.

Перспективны биогазовые установки для отходов животноводства, пищевой, лесной промышленности, переработки мусора, осадка сточных вод. Эффективна технология метанового сбраживания органических отходов в анаэробных условиях.

Водное законодательство РБ включает ряд основополагающих законов в области водного хозяйства. Основной - «Водный кодекс Республики Беларусь», который включает разделы: общие положения, государственное управление в области использования и охраны вод, стандартизации и нормирования, водопользования охрана вод, экономика использования вод, контроль за использованием, ответственность за нарушения водного законодательств, международные отношения в области использования и охраны вод.

Кодекс имеет во многом общий характер, содержит общие положения, которые сложно использовать в конкретных условиях или отношениях.

В определенной части к водным ресурсам, точнее к подземным водным ресурсам, имеет «Кодекс РБ о недрах», который определяет недра как часть земной коры, расположенной … ниже дна водоемов и водотоков… Таким образом поверхностные воды не относятся к недрам. Там же: «….полезные ископаемые - твердые, жидкие и газообразные природные образования земной коры, используемые или пригодные к использованию во всех сферах человеческой деятельности.»

32. Зона санитарной охраны поверхностного источника

На всех водозаборах коммунальных водопроводов создаются зоны санитарной охраны для обеспечения санитарно-эпидемиологической безопасности его функционирования.

Зона санитарной охраны поверхностного источника включает три пояса: первый - строгого режима, второй и третий - режимов ограничений.

Границы первого пояса зоны санитарной охраны (ЗСО):

- для водотоков: вверх по течению - не менее 200м, вниз по течению - не менее 100м; по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100м от уреза летне-осенней межени; в направлении противоположного берега - вся акватория источника и его противоположный берег шириной 50м от уреза воды летне-осенней межени, если ширина источника менее 100м, и полоса акватории не менее 100м, если ширина акватории более 100м. На водозаборах ковшевого типа в границы первого пояса ЗСО включается вся акватория ковша и территория вокруг него полосой не менее 100м;

- для водоемов (озер, водохранилищ): по акватории во всех направлениях не менее 100м; по прилегающему берегу - не менее 100м от уреза воды при НПУ в водохранилище или летне-осенней межени в озере.

Границы второго пояса ЗСО

- в водотоках - вверх по течению, включая притоки, принимаются в зависимости от скорости течения, усредненной по ширине и длине водотока или его отдельных участков, чтобы время протекания воды от границы пояса до водозабора при среднемесячном расходе 95% обеспеченности было не менее 5 суток; вниз по течению - на расстоянии не менее 250 м от водозабора; боковые границы при равнинном рельефе - на расстоянии не менее 500 м от уреза воды летне-осенней межени; боковые границы при гористом рельефе местности - до вершины первого склона, обращенного к водотоку, но на расстоянии не менее 750 метров от уреза воды летне-осенней межени при пологом склоне не менее 1000 метров - при крутом склоне.

- в водоемах, включая притоки, - по акватории во всех направлениях на расстоянии 3 км от водозабора при наличии нагонных ветров до 10% в сторону водозабора и 5 км - при наличии нагонных ветров более 10% в сторону водозабора; боковые границы на равнинной местности - на расстоянии не менее 500 метров от уреза летне-осенней межени, включая притоки; боковые границы для водоемов - как и для водотоков.

Границы третьего пояса ЗСО рек должны быть вверх и вниз по течению такими же, как и для второго пояса. Боковые границы должны устанавливаться по линии водоразделов в пределах 3…5 км.

Проект зон санитарной охраны питьевого водоснабжения долен согласовываться с органами государственного санитарного надзора, органами государственного управления по природным ресурсам и охраны окружающей среды, а также другими заинтересованными государственными органами и утверждаться местными исполнительными органами.

Территория первого пояса ЗСО поверхностного источника должна быть спланирован для отвода поверхностного стока за его пределы, озеленена, ограждена и обеспечена охраной. Дорожки к сооружения должны иметь твердое покрытие.

Акватория первого пояса ограждается буями и другими предупредительными знаками. На судоходных водоемах над водоприемником следует устанавливать бакены с освещением.

Здания должны быть оборудованы канализацией с отведением сточных вод в ближайшую систему канализации за пределами первого пояса ЗСО.

В первом поясе ЗСО поверхностного источника запрещается:

- все виды строительства, не имеющего отношения к системе водоснабжения;

- размещение жилых и хозяйственно-бытовых зданий, проживание людей;

- спуск любых сточных вод, в т.ч. и водного транспорта;

- купание, стирка белья, водопой и выпас скота и другие виды водопользования, отрицательно влияющие на качество воды;

- применение ядохимикатов и удобрений;

- посадка высокоствольных деревьев.

Допускается проведение санитарных и уходных рубок леса.

В пределах второго пояса ЗСО поверхностного источника надлежит:

- обозначать границы пояса на пересечениях дорог и пешеходных троп столбами со специальными знаками;

- выявлять объекты, загрязняющие источники питьевого водоснабжения и разрабатывать водоохранные мероприятия.

Во втором поясе ЗСО поверхностного источника запрещаются:

- рубки леса главного пользования и реконструкции;

- размещение складов горюче-смазочных материалов (ГСМ), ядохимикатов и минеральных удобрений, накопителей промышленных стоков, шламохранилищ и других химических загрязнителей источников;

- размещение стойбищ и выпас скота;

- применение ядохимикатов.

Допускается во втором поясе ЗСО поверхностного источника:

- добыча песка, гравия, проведение дноуглубительных работ по согласованию;

- использование разрешенных химических методов борьбы с эвтрофикацией водоемов;

- применение удобрений на расстоянии не менее 500 метров от водозабора в количествах, не ухудшающих качество воды;

- купание, туризм, водный спорт и рыбная ловля в установленных местах.

В пределах третьего пояса ЗСО запрещается отведение в сторону водзабора сточных вод. Не отвечающих требованиям СанП и Н.

Допускается в третьем поясе то же, что и во втором.

В ЦНИИКиВРе разработано «Положение о водоохранных зонах иприбрежных полосах больших и средних рек», согласно которому ширина водоохранных зон больших и средних рек колеблется от 0,2 до 16 км, а прибрежных полос устанавливается 200 метров.

водозабор гидрогеологический скважина источник

34. Виды природных источников в/сн. Требования, предъявляемые к источникам воды

Различают следующие виды водопользования: хозяйственно-питьевое; коммунально-бытовое; лечебное, курортное и оздоровительное; для сельскохозяйственного производства - оросительное; промышленное; рыбохозяйственное; для разбавления при сбросе сточных вод; для санитарных попусков, для нужд пожаротушения.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в водных объектах нормирована для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового рыбохозяйственного водопользования.

В случае одновременного использования водного объекта или его участка для различных нужд народного хозяйства следует исходить из более жестких нормативов качества воды.

Водные объекты, предназначенные для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования подразделяют на две категории:

I - к ней относят объекты, служащие источником централизованного и нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также водоснабжения предприятий пищевой промышленности;

II - к ней относят объекты, используемые для купания, спорта и отдыха населния, а также находящиеся в черте населенных мест.

К гидрологическим показателям качества воды относят ее расход, скорость течения и уровень, а гидрохимическим, характеризующим физические и химические свойства воды, - температуру, прозрачность, цветность, вкус, запах, водородный показатель (рН), окислительно-восстановительный потенциал, удельную электропроводность, содержание главных ионов, биогенных и органических веществ, растворенных газов, загрязняющих веществ.

Основные физические свойства воды можно обнаружить органами чувств и поэтому их называют органолептическими.

Температура - важнейшая характеристика воды, влияющая на протекающие в водоеме физические, химические, биологические процессы. Она может служить показателем степени протекающих в воде процессов.

Прозрачность - обусловлена в ней различных растворенных и взвешенных веществ. В зависимости от степени прозрачности воду подразделяют на: прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную и сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, через можно наблюдать опускаемую водоем белую пластину определенных размеров.

Цветность воды обусловлена главным образом присутствием в ней гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. За единицу цветности принята цветность раствора, содержащего хлорплатинат калия (1мг + 1л) и хлорид кобальта. Выражают в градусах цветности. Предельно допустимая цветность вод, используемых дляпитьевых целей - 35⁰.

Вкусовые свойства воды определяют только для питьевых вод. Различают четыре вкуса: соленый, сладкий, горький, кислый. Могут отмечаться и привкусы.

Запах воды вызывают летучие пахучие вещества. Природным подземным водам может сопутствовать запах сероводорода. Оценивают по пятибалльной шкале (Табл. 1.1)

Таблица 1.1

Определение интенсивности запаха питьевой воды

Интен запаха, баллы	Хар-ка запаха	Обнаруживаемость запаха
0	Никакого запаха	Отсутствие ощутимого запаха
I	Очень слабый	Запах, не замечаемый потребителем, но обнаруживаемый специалистом
II	Слабый	Запах, обнаруживаемый потребителем, если он обратил на него внимание
III	Заметный	Запах, легко обнаруживаемый; он может быть причиной того, что вода неприятна для питья
IV	Отчетливый	Запах привлекает внимание; он может заставить отказаться от питья
V	Очень сильный	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

Содержание кислорода связано с дыханием водных организмов. Это важнейший показатель. БПК_5, БПК₂₀(полная), ХПК (для промышленных сточных вод).

Ионы кальция преобладают в слабо минерализованных водах гидрокарбонатного класса.

Магний придает воде горьковатый вкус, формирует вместе с кальцием жесткость воды.

Натрий и калий - главные химические компоненты природных вод.

Сульфаты присутствуют во всех поверхностных водах, большая часть которых (80%) относится к гидрокарбонатному классу.

Хлориды преобладают в высоко минерализованных водах, они ухудшают вкусовые качества воды, она становится мало пригодной для питьевых и технических целей.

Нитриты, нитраты, аммонийный азот являются важнейшими санитарными показателями загрязнения водоема органическими веществами.

Фосфор попадает в водоем из почвы и с различными сточными водами. Вызывает цветение водоемов.

Железо - биологически активный элемент. При превышении его содержания более 1мг/л качество воды значительно ухудшается, что обнаруживается органолептически.

Нефтепродукты оказывают неблагоприятное воздействие на живые организмы.

СПАВ оказывает значительное влияние на химико-бактериологическое состояние водоемов и водотоков. Снижается сопротивляемость рыб к заболеваниям.

Фенолы токсичны, придают воде запах.

Свинец опасен даже в малых концентрациях из-за способности накапливаться в организмах. Одной из причин гибели Древнего Рима считают использование высшим руководством кубков, покрытых свинцом.

Высоко токсична ртуть и ее соединения.

Хром в повышенных концентрациях обладает канцерогенными свойствами.

Хозяйственно-питьевая вода должна быть безвредна, иметь хорошие органолептические качества и быть пригодной для использования в быту.

Основные показатели качества питьевой воды:Мутность - не более 1,5мг/л. Цветность - не более 20⁰. Запахи и привкусы - не более 2 баллов. Хлориды - не более 350мг/л. Сульфаты - не более 500мг/л. рН - 6,5 - 8,5. Железо - не более 0,3 мг/л. Марганец - не более 0,1мг/л.

Вода для технологических нужд промышленности в зависимости от ее целевого назначения должна отвечать разнообразным требованиям, которые могут быть более жесткими, чем для питьевых нужд.

Вода для нужд сельского хозяйства должна соответствовать целевому назначению. Для водопоя надлежит использовать воду питьевого качества. Отклонения должны быть разрешены ветеринарным надзором. Для орошения допускается вода с повышенной минерализацией и даже очищенные стоки животноводства.

36. Кл-ция источников в/сн

Поверхностные и подземные воды составляют два основных источника водоснабжения. Они взаимосвязаны и имеют свои достоинства и недостатки.

Поверхностные воды. Выпадающие осадки несут с собой определенное количество нерастворимых частиц, таких как пыль, вулканический пепел, пыльца растений, бактерии, грибковые споры и т.пр. Океан является источником разных солей, растворенных в дождевой воде: ионов хлорида, сульфата, натрия, магния, кальция, калия.

Промышленные выбросы также обогащают химическую палитру выпадающих садков за счет оксидов азота и серы, органических растворителей, химикатов, применяемых в сельском хозяйстве. Геологический фактор влияния на химический состав природных вод определяется структурой русла рек и подстилающих пород. Если русло образовано известняковыми породами, то вода в реке обычно прозрачная и жесткая. Вода, протекающая через торфяники, имеет коричневый оттенок из-за присутствия в ней гуматов.

В целом поверхностные воды характеризуются мягкостью, высоким содержанием органики и микроорганизмов.

Подземные воды. Выпадающие осадки в значительной мере просачиваются в почву. При прохождении через песчаные, глинистые, известняковые слои из воды отфильтровываются органические вещества, но происходит насыщение солями и микроэлементами.

На качество подземных вод влияют:

- качество дождевой воды (кислотность, насыщенность солями и т.д.);

- качество воды подземного месторождения, в котором ее возраст может составлять десятки тысяч лет;

- характер слоев, через которые проходит вода;

- геологическая природа самого водоносного слоя.

В наиболее значительных количествах эти воды содержат кальций магний, натрий, калий, железо, марганец. Концентрация солей в наиболее глубоких старых водах становится очень высокой, такой, что они не могут прямо использоваться для питья. Такие воды получили название рассолы и применяются в лечебных целях и для выпуска разных минеральных вод. В условиях нашей республики они располагаются на глубине более 300 метров.

Таким образом, подземные воды характеризуются высокой минерализацией, жесткостью, низким содержанием органики и почти полным отсутствием микроорганизмов.

38. Категории в/з по обеспеченности подачи воды потребителям. Строительный класс сооружений

Водозаборы в общем случае по надежности обеспечения подачи воды потребителям подразделяют на три категории:

I - допускается снижение подачи воды на хозяйственные и питьевые нужды не более чем на 30% и на производственные нужды до предела, устанавливаемого аварийным графиком предприятий при длительности снижения не более 3-х суток. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время выключения поврежденных и включении резервных элементов, но не более чем на 10 минут.

II - величина допускаемого снижения подачи воды та же, что и при первой категории, длительность снижения не должна превышать 15 суток. Перерыв в подаче или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время переключений или ремонта, но не более чем на 6 часов.

III - величина снижения та же, что и для первой категории, длительность снижения - не более 15 суток, а перерыв в подаче или снижение ниже установленного предела - не более 24 часов.

В зависимости от категории водозабора по обеспеченности устанавливается строительный класс сооружений. Для водозабора первой категории основные сооружения относят к первому классу, а второстепенные - ко второму. Второй категории надежности - основные сооружения первого класса, а второстепенные - третьего. Третьей категории - основные сооружения третьего класса, а второстепенные - четвертого.

При этом к основным сооружениям относят сооружения, частичное разрушение которых не обеспечит расчетную подачу воды потребителям (водоприемные устройства, самотечные и сифонные водоводы, насосные станции), а ко второстепенным - сооружения, частичное разрушение которых не приведет к снижению подачи воды потребителям (запасные водоприемные устройства, ограждающие элементы водоприемных ковшей, береговые крепления и пр.)

42. Рыбозащитные сооружения

Рыбозащитные сооружения устраивают в виде элементов водоприемника или специального устройства на водоподводящем канале. Это рыбозаградительные сетки, кассеты и пр. На затопленных водоприемниках, где меженная скорость в три раза превосходит скорость втекания воды в водоприемные отверстия, рыбозащитные мероприятия не предусматриваются. На период ската рыбной молоди решетки заменяют на сетки с малыми ячейками, которые периодически промывают обратным током воды. При средних и тяжелых условиях забора воды, когда не требуется устройства рыбозащитных сооружений, скорость воды в береговых незатопленных водоприемниках принимается 0,6 м/с для средних условий и 0,2 м/с - для тяжелых. Для затопленных она снижается до 0,3 м/с (средних) и 0,1 м/с (тяжелых условий забора воды).

Для водозаборов с рыбозащитными устройствами в виде устанавливаемых перед окнами заградительных сеток с ячейками 3…4мм, допустимая скорость в прозорах принимается 0,25 м/с для рек со скоростью течения более 0,4 м/с и равной 0,10 м/с для рек со скоростью течения менее 0,4 м/с и водоемов.

В легких условиях забора воды из источников, имеющих рыбохозяйственное значение, расчетная скорость может быть несколько повышена (она зависит от вида рыбозаградительного устройства).

В водоприемниках фильтрующего типа расчетная скорость определяется по формуле

V=V_кр?10L, (2.6)

где V_{кр -} критическая скорость для рыбной молоди;

L - длина мальков рыб,м.

43. Фильтры водозаборных скважин, их конструкция и расчет

Ответственейшей частью водозаборных скважин является фильтр. От него в большой мере зависит качество работы скважины.

Фильтр состоит из рабочей (водоприемной) части, через которую вода поступает в скважину, верхней глухой надфильтровой части, которая имеет замок для подъема и опускания фильтра, и нижней, также глухой части длиной до 2-х метров, которая служит отстойником, предотвращающим попадание частиц грунта в насос.

Длина надфильтровой части варьирует в пределах 3 - 5 метров в зависимости от типа и конструкции фильтра с таким расчетом, чтобы в ней разместился замок и сальник.

В водоприемной рабочей части фильтра различают каркас, опорные элементы и водоприемную поверхность (оболочку).

Тип фильтра определяется видом его каркаса:

- каркасно-стержневые, изготавливаемые сваркой стальных стержней с опорными кольцами периодически устанавливаемые по длине фильтра и соединительными патрубками на концах;

- трубчатые со щелевыми или круглыми отверстиями, изготавливаемые из стальных или пластмассовых труб (поливинилхлоридных, полиэтиленовых, полипропиленовых и других пластмасс, допущенных к использованию в системах холодного водоснабжения);

- трубчатые со штампованными отверстиями типа «мост», круглыми, отогнутыми и пр.;

- полимерные кольцевые, изготавливаемые путем набора на стальные стержни пластмассовых колец специальной формы и закрепляемые с двух концов опорными фланцами и соединительными муфтами.

Опорные элементы используются в в трубчатых типах фильтров со щелевыми или круглыми отверстиями и служат опорой для водоприемных оболочек. В качестве опорных элементов могут использоваться стальные стержни диаметром 8 - 10 мм приваренные вдоль труб с шагом 40 - 65 мм по ее окружности. Вместо стержней на пластмассовые, а иногда и на металлические трубы производится навивка по винтовой линии стальной проволоки диаметром 6 - 8 мм с шагом 30…50 мм. В последнее время предлагается использовать в качестве опорных элементов пластмассовую сетку специального формования.

Водоприемные оболочки устанавливают на каркасно-стержневых или трубчатых типах фильтров со щелями или круглыми отверстиями. Трубчатые фильтры со щелями типа «мост» и пластмассовые кольцевые не требуют установки водоприемной оболочки, но нуждаются в обсыпке из отсортированного сыпучего материала. В качестве водоприемной оболочки чаще всего применяют проволоку из нержавеющей стали круглого,. трапецеидального или прямоугольного сечения толщиной 2…4 мм. При намотке проволоки трапецеидального сечения ее меньшее основание должно быть обращено к каркасу. Зазор между витками проволоки может быть 0,5, 1,0, 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4.5; и 5,0 мм с отклонениями не боле 0,1 мм.

Вместо проволоки на опорные элементы может быть закреплена сетка из латуни или нержавеющей стали, или специальная пластина из хаотически уложенных и термоскрепленных волокон полимерного материала. Полимерные пластины закрепляют навивкой проволоки диаметром 1,5 - 2 мм с шагом 30…60 мм.

Каркасно-стержневые фильтры изготавливают диаметром (наружным) от 109 до 462 мм длиной от 1 до 5 метров. Диаметр стержней 10…18 мм в зависимости от диаметра фильтра и количество их по окружности от 8 (диаметр 109 мм) до 32 (диаметр 462 мм). Расстояние между опорными кольцами 200…350 мм.

Трубчатые фильтры со щелевыми или круглыми отверстиями изготавливают длиной не более 5 метров.

В стальных трубах щелевые отверстия выполняют шириной 10…20 мм и длиной 30…100 мм. Шаг отверстий в ряду 10…20 мм. Расстояние между рядами отверстий по окружности трубы рассчитывают из необходимой скважности фильтра при условии соблюдения ее устойчивости к горному давлению и нагрузок, во время транспортировки и монтажных работ. Круглые отверстия выполняют диаметром 10…24 мм с расстоянием между ними вдоль оси трубы равном (1,55…1,7)d, а по окружности трубы с шагом (2,1…3,5)d, где d - диаметр отверстия.

Из условия обеспечения необходимой прочности скважность металлических трубчатых каркасов не должна превосходить 30%, пластмассовых - 10%.

Трубчатые фильтры типа «мост» изготавливают длиной 2,0; 2,5; 3,0; 4,0 и 5,0 метров из листовой стали толщиной 3…6 мм. Ряд диаметров: 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400 и 500 мм. Щели выполняют вдоль трубы шириной 1…4 мм и длиной 18; 21 и 25 мм при расстоянии между щелями по окружности трубы 5,5; 7,5 и 8 мм.

При таких размерах щелей фильтры не могут устанавливаться без фильтрующей оболочки или специальной обсыпки в песчаных и других несвязных грунтах, содержащих частицы размером менее 1,3 мм из-за опасности пескования. Обсыпка их должна выполняться из гравелистого песка с диаметром зерен 1,5…%,0 мм.

Каркасы из стальных труб или стержней в процессе длительной эксплуатации подвержены химической и электрохимической коррозии. Скорость этих процессов зависит от химического состава подземных вод и способов защиты этих элементов фильтров от разрушения.

Для антикоррозионной защиты стальных элементов (каркасов, стержней, труб) рекомендуются покрытия из стеклоэмалей, полиэтилена, органосиликатные и пр.

Наиболее надежные из них - эмалевые, но для защиты фильтров ими или полиэтиленом требуется специализированное производство, поскольку технологические процессы их нанесения требуют специальных установок и линий. В условиях строительных организаций могут выполняться покрытия на основе кремнийорганических соединений и жидких наиритов.

Полимерные кольцевые фильтры изготавливаются из колец клиновидного поперечного сечения, сужающиеся в направлении к оси фильтра. Набор колец на стержни закрепляют с двух концов опорными фланцами с муфтами. Кольца изготавливают из полистирола, полиэтилена или полипропилена.

Особый случай представляют собой бесфильтровые скважины, которые устраиваются в напорных пластах с мощным верхним водоупорным слоем из прочных материалов, например, тяжелых глин толщиной более 10 метров. После проходки скважины до водоносного слоя из него вымывают. Например, эрлифтом часть породы этого пласта с тем, чтобы в нем сформировалась воронка необходимых размеров. Для повышения устойчивости воронки и предотвращения пескования в нее засыпают крупнозернистый материал: гравий или гравелистый песок.

Фильтрационное сопротивление такой бесфильтровой скважины в неограниченном пласте определяют по формуле

при

при ;

где h - глубина воронки, м; ц - угол естественного откоса породы водоносного пласта; m - мощность пласта, м.

Радиус воронки вычисляют по формуле

где v₀ - допустимая скорость фильтрации в воронку, м/сут;

v₀ =k_фз₁з₂(1-с) k_ф - коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут; з₁ - коэффициент запаса, равный 0,7…0,8 з₂ - коэффициент уменьшения допускаемых уклонов, зависящий от ц; для ц=25⁰ з _{2 =}0,84;с - пористость водоносного пласта.

h=R_вtgц

Допустимый радиус воронки определяют по формуле

б - угол внутреннего трения грунта кровли;H_в - мощ. водоупора, м;

г_кр = 2,73 - 2,92

Конструкцию фильтра подбирают в зависимости от вида породы водовмещающего пласта. В устойчивых трещиноватых породах: песчаниках, сланцах, гранитах, гнейсах, порфиритах и сиенитах с крупными пустотами, кавернами и зонами разлома с коэффициентом фильтрации 50 - 200 м/сут скважины могут устраиваться без гравийной обсыпки с бурением ударно-канатным способом без крепления стенок трубами на глубину до 150 метров. При большей глубине следует применять вращательное бурение с прямой промывкой.

Вращательное бурение с прямой промывкой рекомендуется использовать и при устройстве скважин в аналогичных породах трещиноватых с вертикальными и горизонтальными трещинами и коэффициентом фильтрации от 1 до 50 м/сут. Устройство обсыпки в них также не требуется. При устройстве обсыпки размеры отверстий принимают равными среднему диаметру частиц, примыкающих к стенкам фильтра.

Подбор обсыпок производят по соотношению

В многослойных фильтрах, собираемых на поверхности земли, толщина слоев обсыпки должна быть не менее 30 мм, а в забое скважины - не менее 50 мм.

Соотношение средних диаметров частиц обсыпки в многослойных фильтрах должно быть в пределах 4…6.

Размеры проходных отверстий фильтров должны приниматься равными среднему диаметру частиц слоя обсыпки или пород пласта, примыкающего к стенке фильтра.

По рекомендациям С.К.Абрамова размеры водоприемных отверстий поверхности фильтра должны быть a = шd, где ш - коэффициент, принимаемый равным 1..1,5 для сетчатых и щелевых фильтров соответственно в мелких и крупных песках и равным 2…3 для водоприемных поверхностей с круглыми отверстиями; d - расчетный диаметр частиц породы водоносного пласта, мм.

За расчетный диаметр принимается диаметр частиц, содержание которых вместе с частицами меньшего диаметра составляет в породе 30…40% по массе в крупно-, 40…60% в средне- и 60…80% в мелкозернистых песках.

Подбор материалов для гравийных обсыпок производят по соотношениям:

или

где d₅₀^// и d^/₅₀ - размеры частиц для последующего и предыдущего по направлению движения потока слоя обсыпки, содержание которых вместе с частицами меньшего по массе диаметра составляет менее 50%;

d^//_ср и d^/_ср - средние диаметры частиц слоев обсыпки.

Длина рабочей части фильтра принимается из условия обеспечения скорости воды на входе в фильтр не превышающей допустимую

(3.30)

где Q - расчетная производительность скважины;

d - внешний диаметр фильтра;

v_ф.доп - допустимая скорость воды на входе в фильтр.

Скорость v_ф.доп принимают в зависимости от состава грунта водоносного пласта. Если в грунте содержится 60% зерен менее 1,0 мм, v_ф.доп = 0,004 м/с, при содержании 40% зерен меньше 0,50 мм v_ф.доп = 0,002 м/с и при 40% зерен меньше 0,25 мм v_ф.доп = 0,001 м/с.

При отсутствии кривой гранулометрического состава v_ф.доп определяют по формуле С.К.Абрамова

Конструкция скважины выбирается таким образом, чтобы рабочая часть фильтра всегда находилась ниже динамического уровня воды в скважине.Коэффициент сопротивления фильтра скважины по характеру вскрытия пласта определяют по преобразованной формуле Абрамова

,

где А - параметр фильтрационного сопротивления, который принимается равным 6…8 для дырчатых и щелевых фильтров, 8…10 - для каркасно-стержневых с проволочной обмоткой и гравийной обсыпкой и - 15…25 для сетчатых фильтров;

h_ср - средняя мощность пласта, м; h_ср = m для напорных пластов и h_ср = 0,8 - для безнапорных пластов.

44. Определение расчетных параметров скважин и подбор насосного оборудования

Под расчетными характеристиками водозаборных сооружений понимают кривые изменений уровней воды в скважинах в зависимости от забираемого объема воды, т.е. S = f(Q). Расчетным путем их получают при проектировании водозабора, экспериментальным - при эксплуатации.

При работе любого водозаборного сооружения, включающем несколько скважин, общее понижение уровня воды в каждой скважине S_i

S_i = ДS_bi + S_ci,

где ДS_bi - понижение уровней воды в i-ой скважине в результате формирования общей воронки депрессии; S_ci - понижение уровня воды в этой же скважине в результате откачки воды из нее.

Значение S_ci зависит от типа используемого пласта, объема откачки и места расположения в нем рассматриваемой скважины. Для напорных пластов

(3.33)

где - производительность водозаборного сооружения;

Ei(-л_i) - интегральная показательная функция;

л_i - параметр.

Для неограниченных напорных пластов без площадного питания

где r_i - расстояние от центра водозабора до рассматриваемой скважины.

При функцию Ei(-л) можно заменить зависимостью

(3.34)

Для неограниченных безнапорных пластов без площадного питания

(3.35)

Понижение уровней воды в самих водозаборных скважинах при откачках из напорных пластов

(3.36)

и из безнапорных пластов

Кривые зависимости S = f(Q) для напорных и безнапорных скважин можно представить в виде двучлена

S = a^/Q² +b^/Q,

где для напорных скважин a^/ = 0, b^/ = 0,5b

Для безнапорных скважин

где H₀, м; k, k, м/с; Q, м³/с.

На действующих скважинах их рабочие характеристики описываются этими же выражениями, а значения a^/ и b^/ получают при обработке опытных данных.

Для оценки эффективности скважин, а иногда и для представления ее рабочей характеристики пользуются понятием удельного расхода в виде отношения дебита скважины к понижению в ней уровня воды

Для напорных скважин удельный дебит не зависит от понижения уровня воды в

Поэтому понижение уровня воды в этих скважинах можно принимать предельно допустимым из условия не осушения пласта, т.е. понижение уровня воды не должно опускаться ниже верхней кромки пласта. В этом случае .

Для безнапорных скважин удельный дебит с увеличением S уменьшается

Следовательно, понижение уровня воды в этиз скважинах не должно превышать определенного предела (обычно половины мощности пласта).

Это значит, что чем больше удельный дебит скважины, тем она экономичней. Поэтому следует стремиться к использованию пластов большой мощности с высоким коэффициентом фильтрации. Следует выбирать конструкции водозаборов с минимальными фильтрационными сопротивлениями.

Гидравлический расчет групповых систем водозаборов из скважин производят по тупиковой схем схеме при известном расположении скважин, расходах воды в линиях, отметках уровней воды в скважина и в сборном резервуаре или очистном сооружении. Целью расчета является установление диаметров сборного водовода и линий подключения к нему скважин, также требуемых напоров отдельных скважин.

Необходимый напор скважинных насосов определяют по формуле

, (3.41)

где Z_p - отметка точки излива воды в сборном резервуаре;

Z_дi - отметка динамического уровня в скважине при расчетном расходе воды;

h_{щ -} потери напора в щели между обсадной трубой скважины и двигателем погружного насоса;

h_в.кi - потери напора в водоподъемной колонне скважины;

h_пл.i - потери напора в линии подключения скважины к сборному водоводу;

- суммарные потери напора в сборном водоводе на участке от точки подключения к нему i-ой скважины до сборного резервуара;

h_k - потери напора на k-ом участке водовода;

h_и - потери напора на выходе из сборного водовода;

, (3.42)

где l_дв - длина погружного двигателя, м;

d_{обс -} диаметр (внутренний) обсадных труб в мемте установки двигателя, м;

d_дв - наружный диаметр двигателя, м;

Q_c - дебит скважины, м³/с.

Насосное оборудование водозаборов, использующих подземные воды, выбирается из условия обеспечения каждым элементом водозабора расчетной производительности во время эксплуатации. Тип и параметры насосного оборудования выбирают по Q и H скважины, но они взаимосвязаны с насосами других скважин.

Для повышения надежности и экономичности работы водозабора в нем рекоменду ется устраивать не менее отдельных ветвей скважин и сборных водоводов. В каждой такой ветви допускается объединять не более 15…20 скважин. Они обычно расположены по тупиковой схеме, но при площадном расположении скважин они могут быть и кольцевыми. Участки тупиковых линий, примыкающие к колодцам и резервуарам, могут дублироваться. Число дублируемых участков на каждой ветви принимается из расчета, чтобы при авариях на водозаборах первой и второй категории надежности общее снижение подачи не превышало 30%. Это значит, что в таких системах скважины в тупиках сборного водовода, меющие суммарную производительность до 30% от расчетной для рассматриваемой ветви могут иметь не дублируемые участки. Если же в таких системах имеется хотя бы два отдельных и близких по производительности водозабора, то дублирование участков сборного водовода может и не потребоваться. Оно не осуществляется и на водозаборах третьей категории.

Не рекомендуется дублирование водоводов на сифонных системах откачки из-за ухудшения их работы вследствие подсоса воздуха.

Расчет систем откачки воды из скважин при заданной схеме сети и расходах в ее линиях сводится к определению диаметров отдельных участков сети и необходимых напоров насосов скважин. обеспечивающих заданные отборы воды.

Исследования показали, что наиболее рациональная загрузка скважин и насосного оборудования групповых водозаборов достигается при минимуме отношения скважин водозабора

, (3.43)

где H_i - геометрическая высота подъема воды от статического уровня в i-ой скважине до расчетного уровня в сборном резервуаре;

S_i - понижение уровня воды в i-ой скважине;

- суммарные потери напора от места забора воды в i-ой скважине до точки ее излива в сборно-регулирующем резервуаре;

з_i - КПД насосного оборудования i-ой скважины.

В первом приближении загрузку скважин и их насосного оборудования можно принять по условию

Обычно на скважинах устанавливают наиболее близкие по параметрам насосные агрегаты. Фактические же режимы работы основных элементов водозаборов можно найти на основе решения уравнений динамического равновесия их работы, которое образуется в том случае, когда насосы всех скважин при _подаче Q_i обеспечивают напоры, необходимые для подачи воды в сборно-регулирующие резервуары.

Это условие можно представить системой равенств:

Н_c1 = H_н1 или H_ci - H_н1 = 0

H_ci = H_нi или H_ci - H_нi = 0

H_сн = H_нn или H_cn - H_н-n = 0

Эти равенства можно группировать по ветвями водозабора.

В общем случае обвязки скважин водоводами расчет их можно вести методом баланса расходов в узлах:

(i = 1,2,3,….n) (*)

где Q_i - подача воды в рассматриваемый узел i-ой скважиной;

...