Если выбор конструкции водозабора плохо увязан с режимом наносов на эксплуатируемом участке реки, то водоприемник слабо защищает деривацию от донных наносов. Как известно, режим наносов на любом участке реки зависит от уклона.
Головные гидроузлы строятся на горных, предгорных и долинных участках реки. Естественно, что при прочих равных условиях на горном участке реки донных наносов будет больше, нежели на долинном. Кроме того, на горном участке напор на турбины в основном создается за счет деривации. Поэтому горным участкам свойственны низконапорные головные узлы. На таких узлах затруднительно устройство порога достаточной высоты для борьбы с наносами. Кроме того, на таких участках даже при расходе реки, равном расходу деривации, сплошь и рядом еще продолжается влечение наносов по дну. Поэтому здесь борьбу с вовлечением наносов в деривацию приходится вести в условиях острого дефицита воды.
Следовательно, на низконапорных узлах целесообразно отказываться от компоновки водоприемника раздельно от водосброса и, при условии отсутствия большого количества сора, переходить на двухъярусный водозабор, обеспечивающий максимальную защиту деривации от проникновения донных наносов.
Как известно, при таком водоприемнике вода в деривацию забирается верхним ярусом конструкции водоприемника, а нижние слои воды с донными наносами сбрасываются в нижний бьеф.
Считаем полезным остановиться на своеобразной схеме компоновки водозаборного узла, представленной на фиг. 9 и испытанной в натуре автором. Водоприемник размещен в устоях и в бычке водосброса плотины. Расчетный расход деривации 29 м3/сек, высота порога водоприемника над понуром 5,65 м. Напор на головном узле 9 м. В этой схеме имеется близкое совпадение осей водоприемника и водосброса. Это большое преимущество водоприемника.
Фиг. 9. Водоприемник, совмещенный с водосбросом: 1 — береговой устой; 2 — раздельный устой; 3 — грубая решетка; 4 — затвор; 5 — лоток деривации; 6 — водозаборные галереи в бычке и устоях; 7 — водосброс
Вторым преимуществом является весьма близкое расположение водозаборных отверстий к щитам водосброса (ось отверстия удалена от щита на 6 м). Эти особенности водоприемника благоприятствуют хорошему промыву его порога и вместе с тем обусловливают третье преимущество, а именно: отсутствие донных промывных галерей в пороге. Возможно, что для смыва донных наносов с порога потребуется, вследствие большого пролета отверстия водосброса (12 м), значительное количество воды. Однако такие промывы будут кратковременны. Кроме того, это обстоятельство не затруднит работу станции, так как она имеет бассейн суточного регулирования.
§ 7. Отстойники
Фиг. 10. Распределение расхода деривации между камерами в зависимости от расхода реки (при нормальном подпорном уровне — 100,00)
1 — левая камера; 2 — правая камера; 3 — кривая распределения расхода при н. п. у, — 100,00); 4 — кривая распределения расхода при подпорном уровне — 99,50
Выбирая тип отстойника, не приспособленного к борьбе с донными наносами, надо быть твердо уверенным в отсутствии такой необходимости в процессе эксплуатации. Необходимость борьбы с такими наносами в пределах самой деривации имеет место в условиях низконапорных узлов при превышении (или равенстве) расчетных расходов деривации над наносопередвигающими расходами реки. В таких случаях, в период нехватки воды для промыва порога, неизбежно попадание крупных донных наносов в деривацию.
Применение в такой обстановке отстойников, не приспособленных для промыва наносов крупных фракций (например отстойник системы Ярошеня), затрудняет эксплуатацию. В рассмотренных условиях сооружение отстойника на среднем участке деривации (а не на головном узле) вообще рискованно и может допускаться лишь при наличии на головном участке деривации потока с большими скоростями течения, способного транспортировать крупный песок и мелкий гравий до отстойника.
Для хорошего оседания наносов в отстойнике большое значение приобретает характер потока на подходе к отстойнику. Поток перед входом в камеры отстойника должен иметь равномерное распределение скоростей течения в поперечном сечении потока. Однако не всегда это выполняется. На схеме фиг. 7 поток через водоприемник при боковом водозаборе попадает сразу в двухкамерный отстойник. При этом на горизонтальной площадке водоприемника имеет место большая застойная зона, в результате чего поток входит в камеры неуспокоенный, с большой неравномерностью распределения расхода воды между камерами.
Из графика (фиг. 10) распределения расходов между камерами в зависимости от расхода реки усматривается, что равномерное распределение воды между камерами прекращается при расходах в реке около 50 м3/сек. При расходах Q > 180 м3/сек левая камера вовсе прекращает работу и весь расход деривации устремляется исключительно через одну правую камеру. При расходах Q > 250 м3/сек в левой камере отчетливо заметно обратное течение. В правой камере (при расчетном водозаборе 28 м3/сек) скорости течения достигают 1,5 м/сек. Таким образом, гидростанция фактически не имеет отстойника.
Другой пример неудовлетворительного входа воды в отстойник представлен на фиг. 11 и 4. Короткий канал (120 м) соединяет отстойник с водоприемником. Перед самым отстойником канал имеет крутой поворот (близкий к прямому) и заканчивается уширением в виде воронки. При таком входе потока в воронку на внутренней стороне поворота, в пределах уширения, выпадают наносы (фиг. l l и 4). Следует отметить слабый эффект успокоительной решетки, установленной в начале воронки. Звенья решетки по своей конструкции напоминают направляющие деревянные щиты длиной 2,7 м.
В табл. 3 приведены данные наших наблюдений за равномерностью распределения скоростей течения между камерами, выполненных с помощью гидрометрического шеста.
Фиг. 11. Отложение наносов перед отстойником
Как видно из табл. 3, решетки не смогли повлиять на характер распределения скоростей в камерах. Дефектом успокоительных решеток является то обстоятельство, что последние могут быть перемонтированы лишь после опорожнения деривации.
Таблица 3
