ЧАСТЬ ВОСЬМАЯ
Отстойные бассейны
Глава 33
Конструкции отстойников
33-1. НАЗНАЧЕНИЕ ОТСТОЙНИКОВ
Вода отводится из реки в оросительные каналы, где обычно скорости меньше, чем в реке, теряет там часть наносов; более крупные наносы оседают на первых километрах магистральных каналов; часть более мелких наносов с дальнейшим дроблением каналов оседает почти па всем их протяжении, а оставшаяся доля наносов выносится на орошаемые поля. Захват вместе с водой реки и наносов вызывает заиление каналов, что приводит к значительной потере пропускной способности их (до 70—80%), осложняет вододеление на сооружениях и ухудшает их эксплуатацию. Очистка каналов от наносных отложений (достигающих свыше 80 м3|га) вызывает большие затраты.
Значительная доля наносов состоит из продуктов размыва и смыва почв, а в степных и лесостепных областях — преимущественно из почвенных частиц. Борьба с эрозией почв нашла свое отражение в плане агролесных мелиораций; работы в этом направлении развернуты сейчас очень широко. Существенную роль в уменьшении размыва почв играют лесные защитные полосы. Решение этой задачи в корне изменит условия захвата наносов в водозаборных гидроузлах.
Как на временную меру можно указать на устройство в горных и предгорных участках рек наносоуловителей, задерживающих крупные донные наносы и часть крупных взвешенных наносов у водопроницаемых гравелистогалечниковых и реже сборных бетонных и железобетонных плотин. По мере занесения верхнего бьефа таких плотин, они снова возводятся из местных материалов в промежутках между первыми плотинами. Огромный ущерб от наносов заставляет так проектировать комплекс водозаборных сооружений, чтобы он гарантировал систему (оросительную, гидросиловую) от поступления в нее вредных наносов. Правильно запроектированные головные сооружения не должны допускать в систему донных и крупных взвешенных наносов. Для улавливания большого количества средних и мелких взвешенных накосов, содержащихся в забираемой воде, устраивают отстойные бассейны (отстойники). В отстойниках нс осаждаются все проходящие через них наносы. Полное осаждение наносов было бы скорее вредно, чем полезно, так как часть мельчайших наносов, транспортируемых каналами до орошаемых полей, полезна как удобрение или как улучшающая почву добавка. Полное осветление воды может повести к размывам канала за отстойником и к усиленному зарастанию каналов. Часть мелких наносов может быть перенесена на поля, если проектировать каналы незаиляющимися. Таким образом, отстойники должны улавливать только вредные наносы.
Степень осветления воды, т. е. доля осаждения взвешенных наносов, достаточно определенна при подаче воды на ГЭС и менее определенна при подаче на орошение.
Установление размеров вредных фракций наносов зависит от характера использования воды. При подаче воды на ГЭС вредными фракциями являются острогранные песчинки твердого материала диаметром 0,25 мм и крупнее; при слабых породах и округленных песчинках диаметр вредных фракций 0,5 мм и крупнее. В орошении вредность фракций наносов зависит не только от диаметра песчинок, но и от количества наносов; так, например, в низовьях Аму-Дарьи фракциями, заиляющими каналы, являются наносы 0,02 мм и крупнее; более мелкие фракции в наносных отложениях встречаются в небольшом количестве; в оросительных системах верховьев Аму-Дарьи наносные отложения в каналах в преобладающей массе состоят из песчинок d = 0,1 мм.
Крупные оросительные каналы обладают большой транспортирующей способностью и при пропуске по ним воды, предварительно освобожденной от крупных взвешенных наносов, они не заиляются. Но мере уменьшения размеров каналов их транспортирующая способность уменьшается, достигая в колхозной сети каналов величины около 1 кг/м3 на равнинной спокойной местности и 1,5 — 2 кг/м3 — на местности, незначительно всхолмленной. Это количество взвешенных наносов может быть вынесено на воля; повышение выноса на поля поведет к значительному искажению их рельефа и необходимости периодической крупной планировки полей.
Осажденные в отстойниках наносы удаляют гидравлическим способом в нижний бьеф реки при устройстве отстойника в комплексе с головным сооружением или в ближайший приток, если отстойник расположен на канале. Для гидравлического удаления наносов из отстойника необходима соответствующая разность уровней воды в отстойнике и в нижнем бьефе реки, достаточная для развития больших скоростей течения; если этого пе имеется, наносы удаляют механически (преимущественно землесосами). При наличии на трассе холостого участка магистрали больших местных понижений (лощины, овраги, староречья и т. п.) последние иногда используют как отстойники — аккумуляторы наносов, без последующего удаления их из пониженной местности.
§ 33-2. ОТСТОЙНИКИ С ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПРОМЫВКОЙ
Отстойники по способу удаления из них осевших наносов разделяются на две группы: с периодической промывкой и с непрерывной промывкой.
В отстойниках с периодической промывкой наносы, выпадая из потока, постепенно заиляют его камеры; когда заиление будет настолько велико, что возросшими скоростями течения из-за уменьшения живого сечения, вызванного заилением, вредные наносы начнут завлекаться в магистральной канал, тогда следует смыть наносные отложения из отстойника.
Частота промывок зависит от мутности забираемой из реки воды, ее расхода, конструкции и размеров отстойника. В паводковый период, когда вода в реке наиболее мутна, промывку отстойника производят 1—2 раза в сутки, в другие периоды — реже, а зимой совсем не промывают.
В отстойниках с непрерывной промывкой, как показывает их название, наносы по мере их выпадения промываются в течение всего времени работы отстойника. Однако это указание относится к паводковому периоду; в другое время, когда забираемая из реки вода менее мутна, чем в паводковый период, промывки можно производить периодически.
Простейшим типом отстойника является однокамерный осадочный бассейн на канале или в головном узле сооружений (рис. 33—1). Для спокойного роспуска струй вход в отстойник делают плавным, сам же отстойник представляет собой расширенный и углубленный по сравнению с каналом длинный бассейн, скорости течения воды в котором назначают небольшими: в пределах 0,20—0,35 м/сек. В конце отстойника ставят регулятор с донными промывниками и верхними пролетами, через которые осветленная вода поступает в продолжение канала. При промывке осевших в отстойнике нано· сов необходимо закрывать верхние пролеты регулятора и прекращать подачу воды на систему во избежание захвата взмучиваемых наносов в продолжении канала. Для ускорения промывки и экономии промывной воды полезно перед входом в отстойник ставить регулятор и промывном расход пропускать из-под затвора, тогда уровень воды в отстойнике быстро снижается и при том же (или несколько меньшем) промывном расходе в камере отстойника развиваются большие скорости, быстро смывающие отложения наносов.
Если вести промывку наносов в одновременно подачу воды в систему, то такая промывка вследствие сравнительно малого увеличения скоростей в отстойнике оказывается малоэффективной, весьма длительной и ведет к поступлению части вредных наносов в систему. Кроме того, при таком способе, учитывая добавочный расход на промывку, необходимо пропускать через регулятор и подводящую часть магистрали расходы, в 1,5—2 раза превышающие наибольшие рабочие расходы канала. Поэтому однокамерные отстойники обычпо промывают при прекращении подачи воды в систему. Это обстоятельство при большом длине холостом части магистрали не исключает применения однокамерных отстойников в орошении, принимая во внимание кратковременность промывок и редкую повторяемость их. Прекращение подачи воды па несколько часов может быть компенсировано усилением расхода подачи после проведения промывки отстойника, в результате чего па расстоянии нескольких километров от отстойника влияние выключения и последующей усиленной подачи будет сказываться весьма слабо.
При использовании воды на ГЭС однокамерные отстойники можно применять лишь тогда, когда за ними на деривации удается создать резервуар достаточной емкости, регулирующий подачу воды на ГЭС согласно графику нагрузки, или когда емкость самого канала достаточно велика. При коротких холостых частях магистрального (деривационного) канала и при отсутствии на нем регулирующего расход резервуара однокамерный отстойник заменяют системой однокамерного отстойника с обводным каналом или двухкамерным отстойником.
Однокамерный отстойник с обводным каналом показан на рисунке 33—2. Такое устройство сооружений позволяет не прекращать подачу воды в систему во время промывок отстойника, а подавать се в это время по обводному каналу. При этом будет подаваться неосветленная вода, содержащая наносы; с целью уменьшения количества поступающих в канал наносов промывку наносов желательно производить в часы наименьшей потребности системы в воде, что позволяет более экономично запроектировать головной регулятор и подводящий канал, рассчитываемые па сумму расходов промывного и наибольшего рабочего.
При расходах подачи более 15—20 м3/сек размеры отстойника значительно увеличиваются, длительность его промывки также сильно возрастает и вместе с ними возрастает поступление наносов в магистраль. В таких случаях переходят к системе двухкамерного отстойника, схема которого показана на рисунке 33—3.
Различают две системы двухкамерных отстойников: 1) каждую камеру рассчитывают на пропуск полного расхода магистрального канала, что обеспечивает возможность выключения каждого бассейна из работы и проведения промывок в любое время; 2) отстойник рассчитывают на одновременную работу обеих камер, т. е. на пропуск через каждую из них половины расхода магистрального канала; при промывке одной из камер другая работает на полный расход, т. е. с повышенными скоростями; промывки приурочивают ко времени подачи в систему пониженных расходов воды.
Многокамерные отстойники (рис. 33—4 и 33—5) по конструкции камер аналогичны однокамерным. Каждую камеру рассчитывают на пропуск доли рабочего расхода, соответствующей числу камер. Промывка камер от наносов ведется поочередно; при этом во время промывки работающие каморы, пропуская не 1:п, а 1:(п—1) долю расхода, будут иметь перегрузку в п:(п—1) раз, где п — число камер.
В тех случаях, когда период паводка длителен, мутность воды реки велика и промывки камер часты, предусматривают запасную камеру, исключающую указанную перегрузку.
Многокамерные отстойники обеспечивают непрерывную подачу в систему осветленной воды и снижают величину промывного расхода, равного 1:п и менее расхода потребления.
Промывку отстойника от осевших в нем наносов проводят при сильно сниженных в камерах уровнях воды, что, уменьшая живое сечение, способствует развитию больших скоростей течения; для успеха и кратковременности промывки требуется наличие больших разностей уровней верхнего бьефа (или уровня канала, подводящего воду к отстойнику) и нижнего бьефа, куда сбрасывается промывной расход. Течение воды в промывниках большей частью безнапорное, без подтопления со стороны нижнего бьефа.
Включение многокамерного отстойника в деривацию возможно без устройства аванкамеры; для этого следует расположить каморы под углом к деривации, как это показано на рисунке 33—6. Конструкция такого включения проста и работает без осложнений; ее недостатком является косой ввод воды в камеры, отрицательное влияние которого на работу камер может быть устранено подвеской уравнительных решеток в начале камер. Выравненные решеткой скорости сохраняются вдоль камеры; для этого очертанию камеры в плане придают прямолинейное направление. В качестве ограничителя уровня верхнего бьефа плотины (перед отстойником) устанавливают затворы-автоматы, сифоны, водосливы и т. п.
Дну камеры придают как положительный уклон, способствующий смыву наносов, так и отрицательный уклон, при котором получается большая емкость для накопления наносных отложений и, следовательно, меньшая частота промывок. С целью увеличения доли осаждения мелких наносов камерам отстойника можно придавать прямолинейно-расширяющееся очертание с углом роспуска не более 6—10.
