Боковой водозабор является одним из наиболее распространенных типов водозаборных сооружений, так как имеет сравнительно простую конструкцию и может применяться на всех участках при одностороннем и двустороннем отводе воды. Однако наиболее часто он применяется на предгорных и равнинных участках рек, где условия для его применения наиболее благоприятные.
Отвод воды в боковом водозаборе осуществляется под некоторым углом к течению реки через открытые водоприемники, к которым примыкает водосбросная плотина с низким порогом.
Недостатком такого водозабора является захват в водоприемник большого количества наносов, которое существенно превышает долю отводимого в канал расхода реки. Это является следствием возникновения циркуляционного течения при боковом отводе воды, в результате которого водоприемник питается преимущественна из донных слоев речного потока, наиболее насыщенных наносами.
Уменьшение захвата крупных фракций наносов при боковом водозаборе достигается введением в его конструкцию ряда дополнительных устройств: входных порогов, донных промывных галерей, выносных полков, наносозащитных козырьков, искусственных криволинейных подводящих русел и пр.
Наиболее перспективными являются боковые водозаборы, в которых для борьбы с наносами используется поперечная циркуляция, возникающая или искусственно создаваемая перед боковыми водоприемниками.
Рис. 5.10. Боковой водозабор с наносоперехватывающими галереями:
1 — водоприемник; 2 — аванкамера; 3 — криволинейный порог; 4 — канал; 5 — промывник аванкамеры; 6 — наносоперехватывающие галереи; 7 — водосбросная плотина; 8 — понур; 9 — сдвоенные затворы промывных отверстий плотины; 10 — решетка водоприемника; 11 — затворы водоприемника
Наиболее характерными боковыми водозаборами, основанными на использовании поперечной циркуляции, являются водозаборы с наносоперехватывающими галереями системы проф. Η. Ф. Данелия [15] и Ферганский.
Компоновка и конструкция бокового водозабора с наносоперехватывающими галереями показаны на рис. 5.10.
Плотина состоит из глухой и водосбросной частей. Последняя, в свою очередь, состоит из водосливной плотины без затворов или с затворами на гребне и промывных отверстий с низким порогом и затворами.
К промывным отверстиям плотины примыкает водоприемник. В его пороге устраиваются наносоперехватывающие галереи, входные отверстия которых размещены выше и ниже верхней стенки водоприемника в зоне концентрации донных наносов.
Непосредственно за водоприемником может располагаться пескогравиеловка в виде криволинейного порога, в конце которого устраивается промывное отверстие с затвором.
На входе в водоприемник и в конце пескогравиеловки на входе в канал также устанавливаются затворы. Перед затворами водоприемника устанавливаются мусороудерживающие решетки.
Принцип действия водозабора основан на использовании циркуляционного течения, возникающего в результате изгиба струй при повороте потока в боковой отвод. При этом в районе верхней стенки водоприемника в потоке возникает зона с пониженным давлением, куда устремляются донные струи и влекомые ими наносы. Расположенные здесь наносоперехватывающие галереи, работая непрерывно или периодически, отводят поступающие наносы в нижний бьеф.
Промывные отверстия водосбросной плотины в нормальных условиях эксплуатации рекомендуется держать закрытыми. В этом случае при натекании на них речного потока возбуждается циркуляционное течение, при котором возникают обратные донные струи, отжимающие основную массу донных наносов от входа в водоприемник.
Интенсивные циркуляционные течения, возникающие перед водоприемником, обеспечивая отвод основной массы донных наносов в наносоперехватывающие галереи, в то же время вызывают взмучивание части донных наносов, которые во взвешенном состоянии могут проникать в водоприемник. Прошедшие в водоприемник наносы перехватываются пескогравиеловкой и отводятся в нижний бьеф, чем достигается высокая степень осветления воды, забираемой в канал.
Водозабор с наносоперехватывающими галереями рекомендуется применять на горных и предгорных участках рек для забора в канал расхода воды от 5 до 150 м3/с при глубине потока перед фронтом водозабора Н = 2...8 м.
Отметка нормального подпорного уровня в верхнем бьефе должна обеспечивать отвод расчетного расхода воды в канал и получение необходимых промывных скоростей в галереях (4—7 м/с).
Пролеты промывных отверстий водосбросной плотины открывают при пропуске максимальных расходов воды в реке, при промыве отложившихся в верхнем бьефе наносов и при пропуске плавника, льда и шуги. С этой целью они оборудуются сдвоенными затворами, допускающими поверхностный перелив воды.
При больших относительных отводах воды в канал (50—80 %) порог промывных отверстий плотины располагается на 1—1,5 м выше уровня среднего бытового дна реки, что уменьшает опасность его завала наносами со стороны нижнего бьефа.
Затворы промывных отверстий плотины для увеличения интенсивности благоприятного циркуляционного течения рекомендуется располагать ближе к водоприемнику в створе, где обычно располагаются шандорные заграждения, которые в данном случае располагаются ниже рабочих затворов.
Ширина всех отверстий водосбросной плотины устанавливается гидравлическим расчетом и должна обеспечивать пропуск расчетных максимальных расходов воды при расчетных уровнях верхнего бьефа.
Линия входа в водоприемник располагается под углом к оси плотины ав — 90...115°.
Ширина отверстий водоприемника В устанавливается гидравлическим расчетом и должна обеспечивать отвод в канал расчетного расхода воды при скорости входа νΒΧ = 1,5...2 м/с и нормальном подпорном уровне в верхнем бьефе.
Высота входного порога водоприемника определяется из условия размещения в нем наносоперехватывающих галерей, высота которых
Галереи выходят в нижний бьеф под углом Q — 15...30° к оси потока, а их количество принимается не менее двух.
Порог входных отверстий галерей располагается на отметке понура, а на входе и выходе из галерей устанавливаются затворы и устраиваются смотровые колодцы.
Водосливная поверхность промывных отверстий плотины и внутренние поверхности галерей облицовываются материалом, устойчивым против истирания наносами — твердыми породами камня, стальными листами, чугунными плитами и пр.
Ферганский водозабор применяется преимущественно на предгорных участках рек, но может применяться и на равнинных участках. В состав сооружений водозаборного гидроузла входят криволинейное подводящее русло реки устойчивой ширины, водоприемник, водосбросная плотина с низким порогом и отводящее русло (рис. 5.11).
Рис. 5.11. Ферганский водозабор:
а — без бокового водосброса; б — с боковым автоматическим водосбросом; 1 — криволинейное подводящее русло; 2 — водосбросная плотина; 3 — водобой; 4 — отводящее русло; 5 — Г-образный порог; 6 — водоприемник; 7 — криволинейный автоматический водосброс
Водоприемник устраивают на вогнутом берегу в месте, которое определяется по рекомендациям проф. Η. Ф. Данелия в соответствии с рис. 5.1. На входе в водоприемник устраивается входной порог, которому рекомендуется придавать в поперечном сечении Г-образное очертание.
В результате поперечной циркуляции, возникающей в криволинейном подводящем русле, поверхностные осветленные струи потока устремляются к вогнутому берегу и отводятся оттуда в водоприемник, а донные струи и транспортируемые ими наносы направляются к выпуклому берегу и перемещаются вдоль него в пролеты водосбросной плотины.
При значительных колебаниях расходов воды в подводящем русле в состав сооружений гидроузла дополнительно включают боковой автоматический водослив с гребнем на отметке НПУ, примыкающий к водосбросной плотине (рис. 5.11,б). В плане этот водослив очерчивается по радиусу, равному (0,8...1,5)Вуст, где Вуст — ширина устойчивого русла.
Благодаря устройству бокового водослива ширину русла у водозабора можно уменьшить, что позволяет сохранить пропускную способность русла в паводок и увеличить интенсивность благоприятной циркуляции в потоке в период межени.
Размеры криволинейного подводящего русла, водосбросных сооружений и водоприемника устанавливаются гидравлическим расчетом.
Успешная борьба с донными наносами в Ферганском водозаборе обеспечивается при коэффициенте водозабора 0,6—0,7. При более высоких значениях коэффициента водозабора для борьбы с наносами применяются дополнительные устройства (наносоперехватывающие галереи, наносоотбойные стенки и т. д.) или допускается аккумуляция наносов в верхнем бьефе с последующей их промывкой через водосбросную плотину при возрастании промывных расходов.
При двустороннем отводе воды в Ферганском водозаборе вследствие специфики его устройства вода на другой берег может подаваться дюкером, который часто устраивается в фундаментной плите водосбросной плотины.
