ЧАСТЬ СЕДЬМАЯ
Водозаборные сооружения
Глава 30
Системы водозабора
§ 30-1. НАЗНАЧЕНИЕ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Речной поток вместе с водой несет взвешенные и донные наносы; поэтому при непосредственном отводе воды из реки в каналы захватываются и наносы. Вследствие меньших, чем в реках, глубин и скоростей течения в каналах не все захваченные наносы могут перемещаться; часть их выпадает, заиляя каналы.
Заиление каналов вызывает ряд вредных последствий.
- Уменьшается пропускная способность каналов, особенно в головных частях, на 30—70%.
- Очистка каналов требует больших средств и много времени.
- Вынутые из каналов наносы образуют столь большие отвалы грунта вдоль каналов, что дальнейшая очистка их становится затруднительной.
- Заиление влечет за собой искривление и другие деформации русла каналов, вследствие чего ухудшается эксплуатация каналов и сооружений на них: особенно осложняется деление воды сооружениями.
- Крупные и средние наносы истирают лопатки турбин и насосов, снижая их коэффициенты полезного действия и сроки службы.
- Наносы истирают облицовку каналов и сооружений, заиляют водохранилища, что уменьшает их полезные объемы.
Механизированная очистка оросительных каналов (при заборе из реки не очищенной от наносов воды) требует большого количества снарядов, оборудования, горючего и квалифицированных кадров. Лучшим решением будет недопущение в оросительную систему излишних, не транспортируемых каналами наносов, что может быть достигнуто постановкой речных регулирующих сооружений, струенаправляющих конструкций перед водозаборным сооружением или устройством в голове магистрали водозаборных сооружений и отстойных бассейнов с надлежащей эксплуатацией их. Механизированная очистка каналов при наличии тех или иных из перечисленных сооружений является дополнительным мероприятием.
Водозаборные сооружения, как показывает их название, устраивают для забора воды из источника питания в оросительную, деривационную или иную систему. Так как такие сооружения строят в голове системы, то их часто называют также головными сооружениями.
Головные сооружения обычно устраивают в комплексе с другими гидротехническими сооружениями — плотинами, отстойниками, речными регулирующими поток сооружениями, гидростанциями, судоходными шлюзами и др. Общим комплекс этих сооружений называют гидротехническим водозаборным узлом сооружений, или гидроузлом (рис. 2—1).
Главные задачи речных водозаборных сооружений заключаются в следующем: 1) обеспеченно бесперебойной подачи воды из реки к потребителю (в ГЭС, в оросительный канал и т. п.) согласно графику потребления; 2) планомерная работа, совместно с другими сооружениями, по очистке воды от вредных наносов; 3) преграждение доступа в канал льда, шуги, плавника.
Речные водозаборные сооружения должны удовлетворять общим требованиям, предъявляемым к инженерным сооружениям: иметь хорошие и устойчивые водомерные свойства; обладать конструкцией, простой в строительстве и удобной в эксплуатации; быть экономичными, без излишних запасов при строительстве и эксплуатации; быть легко доступными для осмотра, ремонтов и контроля работы; допускать возможность выключения из работы в целом или по частям, безопасного как для водозаборных сооружений, так и для остальных сооружений гидроузла.
При проектировании головных сооружений необходимо располагать надлежащими материалами изысканий, наблюдений и обследований.
Гидрометрические материалы должны состоять из достаточно подробных и падежных сведений о режиме источника питания (реки) за длительный период (не менее 10—12 лет), т. е. сведений о расходах воды, уровнях ее, уклонах, скоростях, о донных и взвешенных наносах, о плавнике, ледоставе, ледоходе и шуге.
Наблюдения за 10—12 лет часто не охватывают всех характерных особенностей режима реки. В таких случаях для более полного представления об уровнях и расходах нужно попользовать метеорологические наблюдения, охватывающие, как правило, более длительный период, чем гидрометрические.
Если головное сооружение намечается в том месте реки, близ которого иет гидрометрической станции пли водомерного поста, необходимо во время изысканий, а лучше раньше, заложить временный водомерный пост в районе будущего сооружения; 2—3-годичные наблюдения на таком посту можно увязать корреляцией с многолетними данными ближайшей гидрометрической станции и получить более падежные характеристики режима реки.
При проектировании крупных гидроузлов, как, например, Волжского у г. Куйбышева, Волгоградского нм. XXII съезда КПСС, Каховского, Кайрак-Кумского, использованы гидрометрические материалы наблюдений за несколько десятилетий (60—70 лет).
В гидрологических материалах должны содержаться сведения за длительный срок о размывах русла реки и их периодических изменениях по сезонам года, о формах русла-ложа и берегов, о размывах и отложениях наносов по времени, месту и качеству, об отмелях и их перемещениях, о наличии перекатов и порогов.
Материалы геологических и гидрогеологических изысканий должны освещать геологическое строение русла и берегов, их устойчивость, оползни, обвалы; залегание грунтов, петрографический, механический и химический состав их, строительные свойства грунтов (возможность разработки), допускаемые напряжения, угол естественного откоса, сцепление; грунтовые воды, их уровни и дебит (необходимо иметь полные данные об их режиме), их химический состав с определением степени вредности воды для бетона; изменения геотехнических свойств грунтов под влиянием новых условий потока грунтовых вод, вызываемых постройкой сооружения.
К техническим данным относятся: топография местности; сведения о прилегающих культурных землях, отчуждаемых под постройку; размеры затоплении и подтоплений; сведения о местных строительных материалах, их количестве, качестве и местоположении; о местных промышленных предприятиях (возможность размещения заказов па металлические конструкции и сборку их); транспортные возможности и средства; дороги существующие, временные, устраиваемые специально для строительства, и постоянные, проектируемые для гидроузла.
Эксплуатационные данные включают сведения о проектируемом режиме потребления воды, о намеченных сбросах из магистрали в случае устройства их на холостой части магистрали как катастрофического сброса, или как мероприятия но удалению захваченных сооружением наносов, или для той и другой цели одновременно; условия неподтопляемости их рекой; сведения о судоходстве на реке и магистральном канале (грузооборот, направление и характер грузов), влияние на него водозабора. При других видах имеющегося использования реки следует учесть и согласовать потребности в воде с проектируемым водозабором (использование водной энергии, рыбное хозяйство и др.).
§ 30-2. СИСТЕМЫ ВОДОЗАБОРА
Для обеспечения водопотребления используют грунтовые воды, речные воды или воды озер и водохранилищ.
Рис. 30—1. Кяриз (кягриз):
1 — сборная штольня; 2 — отводная штольня; 3 — шахты; 4 — канал; 5 — водоносные грунт.
Грунтовые воды используют для водоснабжения и для орошения небольших участков земель. Вывод грунтовой воды на поверхность производится кяризами (рис. 30—1), откачкой ее из колодцев или перехватом грунтовой воды в русле реки путем устройства траншеи; в последнем случае возможно комбинированное питание грунтовыми и поверхностными водами.
Кяризы (кягризы) представляют собой системы сборных (захватных) галерей (штолен), устраиваемых вдоль гидроизогипс, одной или нескольких отводных штолен, располагаемых примерно поперек гидроизогипс, и ряда шахт, через которые удаляется выбираемый из штолен грунт. В дальнейшем шахты служат для надзора, ремонта и вентиляции штолен. Из сборных штолен вода самотеком и безнапорно поступает в открытый канал. Наибольшее распространение кяризы получили в Туркменской ССР, Азербайджанской ССР и Иране.
Водозабор из рек может быть выполнен путем самотечного вывода воды из реки и путем механического подъема воды из реки в канал. Различают три типа самотечного водозабора: бесплотинный, шпорный и плотинный.
Бесплотинный водозабор устраивают, когда уровни и расходы реки достаточны для самотечного питания магистрального канала (рис. 28—21).
Когда достаточно многоводная река не обеспечивает самотечного вывода воды на заданные отметки или когда на реке устраивается ГЭС, тогда в реке ставят водоподъемную плотину, повышающую уровни воды в реке до требуемых (рис. 2—1).
При расположении водозаборных сооружении па обоих берегах реки водоподьемная плотина особенно необходима; ею не только подпирается уровень воды в реке до требуемого по условиям водозабора, но и обеспечивается удобное и надежное водораспределен не между обоими водозаборными сооружениями и более благоприятные условия для промывки наносных отложений перед ними.
При недостатке расхода в реке необходимо прибегать к регулированию стока реки — годичному, если его будет достаточно для питания системы, или многолетнему.
Водозабор с механическим подъемом воды называют также, для краткости, машинным водозабором. Орошаемая площадь непосредственно примыкает к источнику питания и расположена при этом значительно выше уровня воды. Воду непосредственно качают из магистрали пли реки па орошаемые поля: иногда устраивают очень короткую холостую часть машинного канала.
Общие положения по проектированию водозаборных сооружений приводится в СН и П Н-И. 3-621.
