Водозаборные сооружения

n_i - число сходящихся в i-ом узле линий без учета линии подключения к нему рассматриваемой скважины;

Q_k - расходы воды в линиях, примыкающих к данному узлу с учетом их знаков.

Расходы в линиях при принятых диаметрах, длинах и типах труб определяют по формуле

, (3.44)

где П_к1 и П_л2 - пьезометрические отметки соответственно в начале и конце k-ой линии, м;

г_ок - коэффициент удельного гидравлического сопротивления линии, с²/м⁶;

, (3.45)

л - коэффициент гидравлического трения;

d_k - диаметр трубопровода, м;

l_k - длина линии, м.

Тогда подача воды принятым насосом из скважины

, (3.46)

где П_0i = Z_ст.i - H_0i - пьезометрическая отметка насоса рассматриваемой скважины при закрытой задвижке, приведенная к статическому уровню воды в скважине Z_ст.i;

П_i - пьезометрическая отметка точки подключения скважины к сборному водоводу;

ДS_i = ДS_bi + ДS_вз.i;

b_i^/ - для напорных скважин

(3.47)

для безнапорных скважин

; (3.48)

a_i^/ - для напорных скважин - равно нулю,

для безнапорных скважин

; (3.49)

г_щi, г_вк.i, г_лпi, г_нi - коэффициенты гидравлического сопротивления соответственно: щели между двигателем насоса и обсадной трубой, водоподъемных колон, линий подключения скважины к сборному водоводу и установленных на скважинах насосных агрегатов.

Расчет ведется в следующей последовательности:

Определяют первоначально предполагаемые Q_i⁰ и П⁰_i.

Для принятых Q⁰_i определяют ДS_i рассматриваемых скважин, обусловленные их взаимодействием с остальными скважинами водозабора.

По формулам (3.44) и (3.46) находят Q_k^/ в связанных с данным узлом линиях сборных водоводов и подачи Q^/_i воды из скважин.

По полученным Q_k¹ и Q¹_i проверяют соблюдение условия (*).

Если для всех узлов сборных водоводов невязки ДQ_i удовлет

, (3.50)

то расчет заканчивается и полученные значения Q_i^/ и П^/_i принимаются за расчетные.

е - точность расчета, допускается е = (0,001…0,10).

Если же условие (3.50) не выполняется, то расчет повторяется. При этом начальные значения пьезометрических отметок корректируются по правилу

П_i^/ = П⁰_i + ДП_i^/

Знак поправки ДП_i^/ должен соответствовать знаку невязки ДQ_j расходов в узле.

47. Инфильтрационные водозаборные сооружения

Возрастающий отбор подземных вод приводит к истощению их запасов, снижению уровня безнапорных и напорных вод. Одним из путей предотвращения истощения запасов подземных вод является их искусственное пополнение, обогащение путем перевода поверхностных вод в подземные водоносные горизонты.

Искусственное восполнение запасов подземных вод широко используется:

- для создания сезонных запасов подземных вод;

- для увеличения производительности и надежности эксплуатации действующих водозаборов подземных вод;

- для защиты пресноводных горизонтов от проникновения высокоминерализованных подземных вод;

- улучшения качества инфильтруемых и отбираемых подземных вод.

При этом под обогащением подземных вод понимают инженерно-технические мероприятия, обеспечивающие дополнительное их питание и формирование новых запасов за счет поверхностных и дочищенных сточных вод.

В известных учебниках два метода обогащения: инфильтрационный под действием сил гравитации и напорный путем фильтрации поверхностных вод под давлением.

Наиболее применим первый метод. Он наиболее эффективен для обогащения первого от поверхности водоносного горизонта при отсутствии или слабой мощности покровных отложений.

В искусственных инфильтрационных бассейнах должен поддерживаться слой воды 0,7….2,5 метров при количестве бассейнов не менее двух.

При наличии слабопроницаемых покровных отложений днища бассейнов должны врезаться в хорошо проницаемые породы не менее чем на 0,5 метра. Песчаная и гравийная загрузка дна предусматривается при их устройстве в гравийно-галечниковых отложениях.

В качестве инфильтрационных сооружений могут использоваться каналы другие водотоки, понижения рельефа с устройством перегораживающих дамб, выработанные карьеры и др.

При отсутствии близко залегающего водоносного пласта или для увеличения производительности при заборе инфильтрационных вод под дном бассейна устраивают дренажные системы, образуя водозабор подруслового типа. Производительность его рассчитывают по формуле

,

где l - длина дрены.

При глубоком залегании водоупора от дна водоема, когда T стремится к бесконечности эта формула упрощается

При проектировании инфильтрационных сооружений следует предусматривать мероприятия по восстановлению их производительности из-за кольматации дна - съем закольматированного слоя бульдозерами или гидросмывом.

В случае отсутствия мощных водоносных пластов основным источником водоснабжения могут служить инфильтрационные, а подземные водозаборы природных вод могут использоваться в качестве компенсационных. Основной водозабор работает в течение многоводного периода года, а компенсационный - только в маловодные периоды. Схема расположения основного и компенсационного водозаборов, режим их эксплуатации, степень влияния на речной сток в первую очередь определяются условиями взаимосвязи поверхностных и подземных вод, особенно при их совместном использовании.

Основной водозабор оборудуется обычно на водоносный горизонт, имеющий тесную гидравлическую связь с рекой, а компенсационный устраивается на горизонтах, слабо связанных с рекой, питающей основной водозабор.

Основные водозаборы устаивают в речных долинах и они, главным образом, перехватывают разгрузку в них подземных вод. Например, в районе г, Мозыря водозабор питается за счет перехватываемых вод на 76% и 24% - за счет фильтрации от реки.

Исследование месторождения подземных вод г. Гродно, имеющего многослойное строение, показало, что в начальный период до года формирование запасов происходит за счет сработки упругих запасов каптируемого водоносного пласта. Затем основная роль переходит к привлекаемым ресурсам: частичной сработке емкостных запасов грунтового горизонта и перехвату разгрузки в поверхностные водотоки. Доля перехвата через 7 - 10 лет достигает 60…70%.

В период весеннего половодья происходит естественное восполнение запасов подземных вод, которое существенно влияет на динамику уровней воды в зоне питания водозабора. За счет реки в этот период формируется до 98% всех вод отбираемых водозабором. В этот период надо чистить инфильтрационные бассейны.

50. Гидравлический расчет основных элементов речных водозаборных сооружений

Гидравлический расчет элементов водозаборов заключается в расчете размеров входных окон, решеток, сеток, самотечных водоводов, насосной станции. Водоприемные окна береговых водозаборов и оголовков водозаборов руслового типа оборудуют съемными плоскими решетками для отделения из забираемой воды плавающего сора: водной растительности, листьев, тины и крупной рыбы. Они состоят из рамы и приваренных к ней стержней круглого или прямоугольного сечения. Круглые диаметром 10 - 15 мм, прямоугольные - сечением 10х(35…70) мм. Расстояние между стержнями (шаг или прозор решетки) в зависимости от условий принимают 50…100мм. При небольшой производительности он может быть уменьшен до 30мм. Решетки окрашивают гидрофобными красками. Размер решеток стандартизирован. У решеток имеется грузоподъемная петля, а над пазами, в которых они устанавливаются, сооружаю подъемный механизм.

Для осуществления ремонта перед решетками устраивают пазы для шандор или ремонтных щитов для перекрытия потока воды. В небльших сооружениях они устанавливаются вместо решеток.

Окна между водоприемным и всасывающим отделениями перекрывают сетками плоскими или вращающимися. Плоские устанавливают при производительности менее 1 м³/с. При значительном загрязнении могут устанавливаться вращающиеся сетки и при производительности менее 1 м³/с. Основная их задача - очистка воды от взвесей, прошедших через решетку, и мелкой рыбы.

Размеры ячеек сеток подбирают в зависимости от качества воды и требований первого очистного сооружения. Для очистки воды перед отстойниками используют сетки сечением 2х2 …5х5мм. Перед контактными осветлителями 0,25х0,25 …2х2мм. Стандартный ряд ячеек: 0,25; 0,28; 0,315; 0,355; 0,400; 0,450; 0,500; 0,56; 0,63; 0,70; 0,80; 0,90; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0 мм и т.д. Диаметр проволоки - 0,10…1,5мм. Номинальный размер ячейки в свету определяет ее номер.

Сетка состоит из рамы, натянутой на нее подложки (опорной сетки) и фильтровальной сетки. Подложку выполняют из проволоки диаметром 2…3 мми ячейками 20х20 или 25х25мм в свету. Для улучшения маневрирования сетками перед ними устраивают еще две пары пазов. В надсеточном помещении располагают устройства для подъема и промывки плоских сеток.

Вращающиеся сетки укрепляют на плоских, подвижно соединенных звеньях шириной 250…600мм и длиной 1500 - 2000 - 3000мм. Вращаются они с помощю лент, на которых закрепляют звенья. Ленты перемещает верхний барабан, нижний - ведомый. Промывка осуществляется непрерывно или периодически с помощью ножевого спрыска. Автоматизация по перепаду напора. Сеьтки используют и для извлечения шуги и внутриводного льда.

Размеры водоприемных окон и сеточных отверстий определяют на пропуск среднего за сутки максимального потребления расхода (Q_расч) при расчетных скоростях движения воды.

Q_расч (2.1)

где Q_расч - расчетный расход; p - затраты на собственные нужды водозабора и очистных сооружений в процентах от объема воды, подаваемой потребителям, обычно 3…8 в зависимости от качества воды источника и способа ее обработки;W_max - объем воды, подаваемой потребителям в сутки наибольшего потребления;t - расчетная продолжительность работы водозабора в сутки наибольшего потребления.

Тогда расход для каждой секции водозабора

(2.2)

где n - количество секций.

Следует проверять расход воды в работающих секциях в момент аварии в одной из них

где - ш - коэффициент допустимого аварийного снижения подачи; в системах коммунального водоснабжения ш = 0,70.

Требуемая площадь водоприемных отверстий каждой секции определяется по формуле

(2.4)

где1,25 - коэффициент, учитывающий засорение решеток или сеток;

k - коэффициент, учитывающий стеснение потока в отверстии окна стержнями решеток;

V - рекомендуемая скорость потока в прозорах решеток или сеток, м/с.

Значения k определяют по формуле

(2.5)

где а - расстояние между стержнями в свету;

с - толщина стержней.

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.

По формуле (2.4) определяют и необходимую площадь окон для очистных сеток. В этом случае

(2.6)

где а - размер ячеек в свету, мм;

d - диаметр проволоки, мм.

Скорость в ячейках сеток принимается для плоских сеток 0,2…0,4 м/с, для вращающихся 0,8…1,2 м/с. Вращающиеся сетки применяют в средних, тяжелых и очень тяжелых условиях забора воды и при производительности водозабора более 1 м³/с. При наличии специальных рыбозащитных устройств скорость воды на входе водоприемного отверстия с сеткой принимается не более 1 м/с. Рабочую площадь водоочистных сеток определяют при расчетном минимальном уровне воды в сеточном колодце или всасывающем отделении.

Горизонтальные размеры отверстий принимают из условия их перекрытия стандартными решетками или сетками.

Рекомендуемые стандартные размеры отверстий 40е0х600мм, 600х800, 800х1000, 1000х1200, 1200х1400, 1260х2000, 1250х2500мм. В укзанных диапазонах размеров назначают и размеры окон для сеток.

Число отверстий принимают таким, чтобы суммарная их площадь была не менее требуемой.

В секции они располагаются в ряд на одном уровне. При большой концентрации взвесей в паводок устраивают дополнительный ряд окон, располагаемый на половине колебаний уровней воды в источнике.

Потери напора в отверстии определяют по формуле

(2.7)

(2.8)

V_кр м

где м - коэффициент расхода;

щ - площадь отверстия, м²;

Г - коэффициент гидравлического сопротивления отверстия и его оборудования

м = ец; е - коэффициент сжатии потока;

ц - скоростной коэффициент.

;

- коэффициент сжатия потока между стержнями проволоками; = 0,8 для круглой формы сечения и - 0,7 - для прямоугольной.

где - коэффициент неравномерности скоростей в отверстии, принимаемый 1,1…1,15;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений в отверстии.

Для прямоугольного окна в стенке т = (1,2…1,5); для решетки

k = 1,79 для круглых стержней;

k = 2,42 для прямоугольных пластин;

k = 1,83 для прямоугольных пластин с закругленными кромками;

б - угол наклона решетки к горизонту.

Местное сопротивление для сеток определяют по формуле

; ;

l - гидравлический радиус, l = A/2рN;

V - скорость движения воды через сетку;

k - коэффициент загрязнения сетки, k = 1,25;

н - коэффициент кинематической вязкости воды; при температуре 10⁰С он равен 1,31х10^-6 м²/с;

А - коэффициент живого сечения сетки, ? 0,50…0,65;

N - число проволок сетки на 10 см.

При проектировании водозаборов к основному оборудованию относят: решетки, сетки, насосы, затворы и промывные устройства. Вспомогательное оборудование: гидроэлеваторы для откачки наносов из водоприемных камер, компрессоры, вакуумные и дренажные насосы, грузоподъемное оборудование, устройства обогрева решеток.

Расход воды на промывку сеток определяют по формуле

,

где n - число одновременно работающих промывных устройств;

м - коэффициент расхода отверстий промывных устройств;

щ - суммарная площадь промывных отверстий, м²;

Н - напор в промывном устройстве, м.

Обычно расход промывных устройств не превышает 2% от расчетного расхода.

В случае импульсной промывки самотечных линий и воздушной обдувки решеток расход воздуха принимают 0,1…0,2 м³/с на 1м² окна.

56. Мероприятия по обеспечению надежной работыводозаборов подземных вод

Усиленный отбор подземных вод приводит к формированию обширных воронок депрессии в основных и смежных водоносных пластах, к изменению их естественных потоков, преобразованию области разгрузки в область питания водозабора. Изменяются условия их взаимосвязи с поверхностными водотоками. Изменяются и другие элементы окружающей среды, что приводит к изменению поверхностного стока, осушению озер, болот, родников, проседанию поверхности земли, изменению биологического разнообразия растений на поверхности вследствие изменения влажности в зоне аэрации, изменяется и животный мир.

Характер и интенсивность влияния водозаборов подземных вод на окружающую среду определяется, в первую очередь, гидрогеологическими условиями в зоне действия водозабора и его производительностью.

Устойчивый режим эксплуатации водозабора обеспечивается в том случае, когда соблюдается баланс водоотбора и притока в зону влияния естественных привлекаемых ресурсов, количественное определение которых позволяет составить оптимальные графики эксплуатации с учетом влияния на водный обмен с прилегающими территориями.

Так, водозаборы в долинах рек имеют ограниченные воронки депрессии, которы приводят частичному поглощению поверхностного стока, осушению ранее переувлажненных земель и периодическому осушению шахтных колодцев в меженный период в зоне влияния.

Водозаборы в ограниченных по площади геологических структурах приводят к экологическим последствиям только в водосборе местной гидрографической сети. При этом прогнозируется значительное понижение уровней воды по всему водосбору. В маловодные годы влияние водозабора будет значительным. Произойдет осушение колодцев сокращение или поглощение поверхностного стока, осушение болот и родников, переосушение области аэрации, изменение растительности и агротехнических свойств почвы.

Водозаборы в артезианских бассейнах вызывают менее значительные социально-экологические последствия. Это объясняется тем, что существенные понижения напоров в водоносных горизонтах компенсируются в процессе эксплуатации запасами воды в вышерасположенных водоносных горизонтах.

Для обеспечения надежной работы водозаборов подземных вод, поставки воды надлежащего качества следует, главным образом, обезопасить зоны санитарной охраны подземных источников питьевой воды.

61 Определение отметки оси насосав/з пов.вод

Отметка осей основных насосов принимается не выше:

где - Н - допустимая вакуумметрическая высота всасывания, определяемая по характеристике насоса в зависимости от подачи воды, м;

г - коэффициент удельного гидравлического сопротивления всасывающей линии насоса, с²/м⁶;

l - длина всасывающей линии,м

Ут - сумма местных сопротивлений всасывающей линии;

щ - площадь живого сечения всасывающего трубопровода, м;

Q - подача насоса, м³/с;

V - скорость движения воды во всасывающем трубопроводе, м/с.

Размещено на Allbest.ru

...