|
§ 64. Прием воды из водохранилищ и озер
Все вопросы, связанные с проектированием и сооружением
водохранилищ, методы регулирования речного стока, водохозяйственные расчеты,
а также типы гидротехнических сооружений, применяемых при устройстве
водохранилищ, рассмотрены в курсе «Гидрология и гидротехнические сооружения».
Здесь даются лишь основные сведения о специфических особенностях водохранилищ
как источников водоснабжения, о качестве воды водохранилищ и условиях их
эксплуатации.
Для целей водоснабжения могут использоваться или
специально построенные водохранилища или водохранилища, используемые
одновременно для многих целей.
В результате развития гидроэнергетического строительства в
нашей стране уже сейчас (когда имеющиеся гидроэнергетические ресурсы еще
далеко не полностью использованы) наиболее крупные реки европейской части СССР
превратились на значительной части своего протяжения в систему больших
водохранилищ.
В маловодных районах Средней Азии, где относительно малый
и неустойчивый сток местных рек не обеспечивает сколько-нибудь надежного
снабжения потребителей водой, только строительство водохранилищ позволяет
удовлетворить нужды орошения и водоснабжения.
Наконец, громадное количество относительно малых водохранилищ
создано на небольших реках специально для целей водоснабжения.
Таким образом, в практике водоснабжения, основанного на
использовании поверхностных вод, приходится все чаще встречаться с
необходимостью приема воды из водохранилищ.
При проектировании и строительстве водоприемных (а также
очистных) сооружений на водохранилищах необходимо учитывать измене ния,
вносимые водохранилищем в естественный гидрологический режим реки, а также
влияние его на качество речной воды и на сезонные колебания ее качества,
особенно если вода предназначается для питьевых нужд.
Характер изменения уровней воды в водохранилищах
существенно отличается от характера» изменений уровней воды в незарегулированной
реке. В водохранилищах, сооружаемых для нужд гидроэнергетики и транспорта,
колебание уровней воды обусловливается в основном запланированным режимом
эксплуатации (сработки) водохранилища для указанных целей.
При устройстве водоприемных сооружений на крупных
водохранилищах должны быть учтены возможные воздействия ветровых волн,
явления сгона и нагона воды, береговые течения, ледовые явления, явления
переформирования берегов водохранилищ, а также характер отложения наносов в
чаше водохранилища.
Создание водохранилищ существенно влияет на основные
характеристики качества речной воды. Прежде всего значительно снижается
количество взвешенных веществ. Так, по проведенным наблюдениям количество
взвеси снизилось в Клязьминском водохранилище (под Москвой) с 81 до 2—8 г/м3,
в Цимлянском водохранилище (на р. Дон) с 168 до 20—40 г/м3; в Фархадском
водохранилище (на р. Сырдарье) с 1645 до 60—100 г/м3 и т.д.1.
Таким образом, водохранилище служит громадным первичным
отстойником речной воды.
Цветность воды водохранилищ обычно выше цветности воды их
реки в естественном состоянии, поскольку заполнение водохранилищ происходит
преимущественно паводковой водой, обладающей повышенной цветностью. Так, вода
Рыбинского водохранилища имеет цветность 66° в феврале и 61° в августе, тогда
как цветность воды р. Волги в естественном состоянии в эти же месяцы
составляет соответственно 21 и 48°. В период половодья цветность речной воды,
наоборот, часто оказывается выше, чем цветность воды водохранилища.
Большие водохранилища обычно оказываются менее засоренными
сапрофитными бактериями, а также кишечной палочкой.
Образование водохранилищ часто способствует интенсивному развитию
водорослей.
Санитарные качества воды водохранилищ в значительной
степени зависят от тщательности и полноты проведения мероприятий по очистке
ложа водохранилища до его заполнения К Объем работ по санитарной подготовке
ложа крупных водохранилищ весьма велик.
Обычно сезонные колебания качества речной воды после
создания водохранилища значительно сглаживаются.
При строительстве водохранилищ предусматриваются
мероприятия по борьбе с их заилением, а также эрозией почв в береговой
зоне.
На крупных водохранилищах производятся большие работы по
укреплению берегов в целях их предохранения от размыва волнением.
Для задержания поверхностного стока и улучшения его
качества до поступления в водохранилища проводятся агролесомелиоративные
мероприятия, в частности посадка в береговой зоне водохранилища защитных
полос зеленых насаждений.
При использовании воды водохранилищ в целях водоснабжения
следует учитывать возможность ее загрязнения от водного транспорта,
лесосплава, а также в результате сброса сточных вод, распространение которых
в водохранилищах существенно отличается от распространения их в реках.
Весьма ответственной задачей является выбор места забора
воды из водохранилища. Очевидно, что водоприемник должен быть расположен в
таком месте, где он может принимать наиболее чистую воду.
В месте расцоложения водоприемника должна быть обеспечена
достаточная глубина, не должны происходить интенсивное выпадение наносов,
размыв берегов, неблагоприятные ледовые явления, развитие водной
растительности и т. п. В водохранилищах, используемых комплексно для
различных нужд народного хозяйства, при выборе места забора воды для целей
водоснабжения необходимо учитывать еще целый ряд факторов, связанных с
характером эксплуатации водоема другими водопользователями: режим сработки
водохранилища для нужд ГЭС, забор и сброс воды промышленными предприятиями,
расположение и режим работы сооружений речного транспорта, лесосплав и т. п.
Выбору
места расположения водоприемника должно
предшествовать также тщательное изучение образующихся в водохранилище
течений, которые обусловливают распространение поступающих в воду
загрязнений.
В 1959 г. Государственной санитарной инспекцией
утверждены «Санитарные правила по подготовке ложа водохранилищ и
каналов к затоплению и санитарной охране их» обязательные для всех
организаций, строящих водохранилища.
Для приема воды из водохранилищ могут быть использованы
речные водоприемные сооружения большинства описанных ранее типов.
В отдельных случаях водоприемные сооружения объединяются с
гидротехническими сооружениями, построенными для создания водохранилища и его
эксплуатации, для нужд гидроэнергетики или водного транспорта. Такие
водоприемники конструктивно совмещаются с плотиной (путем устройства
водоприемных шахт и галерей в теле плотины), с башнями донных водоспусков и
т. п.
Однако чаще прием воды из водохранилища осуществляется
отдельно стоящими водоприемными сооружениями.
Указанные выше особенности приема воды из водохранилищ и
качества этой воды в определенной мере влияют на выбор типа водохра-нилищных
водоприемников.
Интенсивная переработка берегов, обусловливающая
образование широкой береговой зоны отложения наносов и зоны замутненной воды,
часто приводит к необходимости вынесения места забора воды в водохранилище на
значительное расстояние от берега (т.е. применение сооружений руслового
типа).
Весьма значительные колебания уровней воды в водохранилище
при его сработке для ГЭС делают рациональным применение комбинированных
водоприемников, где вода может забираться и через самотечные трубы и через
входные окна в передней стенке берегового колодца.
На IV.32 приведен пример водоприемника комбинированного
типа, построенного на Куйбышевском водохранилище в условиях весьма больших
(более 12 м) колебаний уровня воды. Основное сооружение, выполненное в виде
железобетонной шахты, представляет собой береговой колодец, совмещенный с
насосной станцией. При нормальном подпорном уровне (НПУ) и более высоких
уровнях вода может поступать в береговой колодец через входные окна в его
передней стенке. При низких уровнях прием воды осуществляется через
специальный оголовок 1, вынесенный в бывшее (до затопления) русло реки и
соединенный с береговым колодцем самотечными трубами 2 (от оголовка до
промежуточного колодца 3) и сифонными трубами 4 (от промежуточного колодца 3
до берегового колодца 5). Длина самотечных труб 80 м, длина сифонных труб
около 1000 м.
Трубы 4 работают как сифонные лишь при уровнях воды,
близких к наинизшему уровню (при максимальной сработке водохранилища); при
более высоких уровнях они превращаются в обычные самотечные линии.
Насосная станция оборудована центробежными насосами,
подающими воду в напорные водоводы 6, а также вакуум-насосом 7 для зарядки
сифонов.
В пределах изменений уровня воды берега и дно реки у
оголовка укреплены хворостяным тюфяком с пригрузкой камнем 8 или бетонными
плитами 9.
Устройство оголовка 1 (см. IV.32) показано на IV.33.
Оголовок выполнен из вертикально расположенной стальной трубы /, заглубленной
на 5 м в грунт. К этой трубе присоединяются самотечная труба 2 и отросток .3,
служащий для обратной промывки самотечной линии. Отросток закрывается крышкой
с клиновым запором и цепью 4. Вода поступает в оголовок через верхний конец
стояка, оборудованный решеткой 5 по периметру и по торцу.
На водохранилищах находят применение водоприемники с
аванкамерой открытого типа. На IV.34 показан пример устройства такого
водоприемника для крупного промышленного предприятия. Учитывая вероятный
характер переработки берега, водоприемник (совмещенный с насосной станцией)
отнесен на 600 м в глубь берега; вода от водохранилища подводится к. нему по
каналу: ширина по дну 3 м, коэффициент откосов пг = 2 и глубина воды 4 м (при
нормальном подпорном уровне). Открытая аванкамера водоприемника оборудована
наклонной сороудерживающей решеткой 1 и пазами для щитовых затворов 2. Из
аванкамеры вода проходит под за-бральной стенкой и поступает во всасывающее
отделение. Насосная станция оборудована четырьмя вертикальными пропеллерными
насосами 3. Электродвигатели 4 установлены в наземном павильоне.
По напорным водоводам диаметром 1200 мм вода подается
через камеру 5 в самотечный открытый канал, подводящий ее к потребителям.
Отделение головной камеры 5 канала оборудовано щитовыми затворами 6, а
концы водоводов снабжены обратными клапанами 7.
Кроме указанных типов водоприемных сооружений для забора
воды из водохранилищ используют водоприемники островного типа,
инфильтрационные, плавучие и др.
Условия приема воды из озер во многом подобны имеющимся на
водохранилищах. Так, в крупных озерах необходимо учитывать наличие волнения,
взмучивания наносов в прибрежной зоне, воздействия
волн на водоприемные сооружения, сгонов и нагонов
воды. Как и в водохранилищах, в озерах необходимо учитывать
специфические условия загрязнения их воды сточными водами.
Берега естественных озер в отличие от берегов водохранилищ
обладают стабильностью, а уровень воды в них не подвержен сколько-нибудь
значительным колебаниям.
Пресьые озера широко используются как источники питьевого
водоснабжения. Вне береговой зоны и на достаточно больших глубинах качество
озерной воды с санитарной точки зрения часто оказывается весьма высоким.
На озерах находят применение водоприемные оголовки
различных типов; иногда их выносят далеко в озеро для обеспечения приема воды
возможно более высокого качества.
На крупных озерах находят применение также незатопляемые
водоприемные оголовки (островного типа), иногда вынесенные в озеро на весьма
большое расстояние от берега и соединенные с берегом водоводами, уложенными
по дну озера. Конструкция таких оголовков должна быть рассчитана на
сопротивление воздействию волн и льда.
|
