Водозаборные сооружения для отбора воды из поверхностных и подземных источников

- при режиме водообмена, т.е. когда Q_в < Q_в.пр:

х_вх = (0,4 - 0,6)х_р, м; (5.16.11)

- при режиме деления, когда Q_в > Q_в.пр:

х_вх = (0,6 - 0,9)х_р, м, (5.16.12)

где х_р - скорость воды в реке в районе расположения ковша, м/с.

При выборе отметок гребня необходимо руководствоваться следующими условиями:

- отметки гребня ограждающих незаливаемых дамб ковша принимать на 0,5 - 1,0м бо?льшими отметок расчетного максимального горизонта воды в реке;

- отметки гребня верховых заливаемых дамб ковша, принимать равными отметкам уровней шугохода, имеющих обеспеченность 25?;

- отметки гребня низовых дамб всегда назначаются бо?льшими отметок гребня верховых дамб;

- речные заливаемые дамбы ковша, устраиваемые на реках с относительно низкими горизонтами ледохода, могут иметь отметки гребня равными отметкам расчетных максимальных горизонтов ледохода.

Ширину гребня дамб ковша принимают в пределах 4 - 5м, а ширину берм - 1,5 - 2,0м, если последние не предназначены для прохода автомобилей и экскаваторов.

Расчет поведения взвешенных наносов в водоприемных ковшах выполняют при определении:

- гидравлической крупности фракций наносов щ_п, полностью задерживаемой в ковше;

- мутности воды с_т, забираемой из ковша;

- суточного (сезонного или годового) объема отложений в ковше W;

- мощности слоя отложений наносов h_н на входе в ковш.

Для выполнения расчетов поведения взвешенных наносов в ковше необходимо иметь:

- совмещенный гидрограф твердого и жидкого стоков за год средней водности;

- график мутности воды в реке, выраженной в кг/м³ и измеренной в береговой части русла у места расположения водоприемного ковша;

- интегральную кривую гранулометрического состава взвешенных наносов и донных отложений береговой части русла.

Расчет поведения взвешенных наносов в водоприемном ковше предшествует поле скоростей в нем.

Ширину транзитной струи в_н в начальном сечении (рис. 5.20а,б) определяют по формкле 5.16.9, а ширину транзитной струи в других сечениях определяют по средней скорости течения, которая находится по формуле:

х_т = х_в/(1 + tqвx/в_н), м/с, (5.16.12)

где x - расстояние данного сечения от начального, м, принимается несколько значений произвольно; в - угол бокового расширения транзитной струи.

Угол бокового расширения принимается равным:

- при одностороннем расширении, возникающем в случаях расположения транзитной струи у низового борта и образовании одного водоворота в ковше - 0⁰45? - 1⁰15?;

- при двухстороннем расширении, вознивающем при извилистом очертании транзитной струи и формировании нескольких водоворотов в ковше - 1⁰15? - 2⁰;

- при искусственном расширении с помощью шпор, бортовых стенок сквозных конструкций и т.п. - 2 - 3⁰ и более.

Скоростной режим в первичных и вторичных водоворотах можно

Можно приближенно характеризовать наибольшими значениями прямых и обратных скоростей, соответствующих точкам по концам малого диаметра водоворота D_м. В месте контакта водоворота с транзитной струей скорость прямого присоединенного течения может быть принята равной скорости в транзитной струе.

Скорость обратного течения, соответствующая точке на другом конце малого диаметра водоворота, может быть принята равной х_т/2.

Точка нулевой скорости может быть взята на расстоянии D_н/3 от линии контакта водоворота с транзитной струей.

Расход водообмена между ковшом и речным потоком, устанавливающийся при режиме водообмена, зависит от угла отвода ц и приближенно определяется по формуле:

Q_об = ѓ(ц)(Нх_аВ)/100, м³/c. (5.16.13)

Опытное значение ѓ(ц), в зависимости от угла отвода ц, принимается равным (см. табл. 5.16.2):

Таблица 5.16.2

ц,0	45	60	90	135	150
ѓ(ц)	6,1	4,9	3,4	2,6	2,6

Гидравлическая крупность щ_п фракции взвешенных наносов, полностью задерживаемой в ковше, находят по формуле:

щ_п = Q_в/hS + 1/2(tqвS²), м/с, (5.16.14)

где S - расчетная длина выпадения фракции щ_п, м.

В обычных условиях эту длину можно принимать равной длине ковша L и только в случаях повышенной гарантии выпадения фракции щ_п следует принимать:

S = L/1,2, м. (5.16.15)

Мутность воды с_в, забираемой из ковша без учета водообмена с водоворотами, определяют по формуле:

с_в = с₀(щ_т/щ_m)^1/m[1 + 1/3m(щ_п/щ_т - 1)], кг/м³, (5.16.16)

где с_в - мутность воды в реке, кг/м³; m - безразмерный параметр характеризующий состав взвешенных наносов речного потока; щ_п - наименьшая гидравлическая крупность фракции, полностью задерживаемой в ковше, м/с; щ_т - гидравлическая крупность фракции, не выпадающая в транзитной струе, м/с.

Безразмерный параметр m находится по формуле:

m = площадь А/площадь Б, (5.16.17)

см. рис.5.20в.

Гидравлическая крупность фракции щт определяется по формуле:

щ_т = 0,016х_т.L, м/с, (5.16.18)

где х_т.L - скорость в концевом сечении транзитной струи, м/с.

С помощью кривой состава взвешенных наносов находят:

(щ_т/щ_m)^1/m = Р_L, (5.16.19)

где Р_L- количество взвешенных наносов, не выпадающих в транзитной струе ковша, взятая в долях полного начального количества взвеси; щ_m - наибольшая гидравлическая крупность в составе взвешенных наносов, транспортируемых донным речным потоком, равная половине динамической скорости, соответствующей береговой части речного потока.

Значение щ_m принимают равным:

щ_m = 0,04х_а, м/с, (5.16.20)

где х_а - скорогсть течения воды в реке, м/с.

Суточный объем отложений взвешенных наносов в водоприемном ковше находят по формуле:

W = 86,4/с_н(с_аQ_в)(1 - с_в/с_а)(1 +Q_об/Q_в), м3, (5.16.21)

где Q_в - расход воды забираемой из ковша, м³/с; с_н - плотность отложений наносов, кг/м³; с_в - мутность воды, забираемой из ковша, определяемая по формуле (5.16.16); Q_об - расход водообмена ковша с речным потоком, определяемый по формуле (5.16.13).

Значение с_н определяют по формуле А.Г.Хачатряна:

с_н = 0,88 + 0,66П^0,3, кг/м³, (5.16.22)

где П - количество песчаных фракций (d > 0,05мм) в осадке, выраженное в долях массы всего осадка.

Объем отложений за другие отрезки времени (месяц, сезон, год) находят методом последовательного суммирования.

Среднюю гидравлическую крупность взвешенных наносов, содержащихся в воде, забираемой из ковша, приближенно находят по формуле:

щ_т = щ/m + 1, м/с, (5.16.23)

где щ_п - наименьшая гидравлическая крупность фракции, полностью задерживаемой в ковше и определяют по формуле (5.16.14); m - безразмерный параметр состава взвешенных наносов данного речного потока.

Мощность слоя отложений на входе в ковш h_н на реках с малой мутностью зависит от времени и притока твердого материала.

Суточный объем заиления входа составит:

W_сут = 86,4/с_н(с_аQ_об)(1 - с_в/с_а), м, (5.16.24)

где с_н - плотность отложений, кг/м³; с_а - мутность воды в реке, кг/м³; Q_об - - расход водообмена, определяемый по формуле (5.16.13), м³/с; с_в - мутность воды в водовороте, определяемая по формулам 1.6 и 1.7[20,стр.26], кг/м3, приближенно принимают скорость в обратной ветви водоворота равной четверти скорости в реке.

При площади водоворота:

Щ_вод ? 0,79D_м²,м², (5.16.25)

Наибольшая высота слоя отложений (в центре водоворота) составит:

h_н.т ? (1,9 - 1,5)?W_в/D_м², м, (5.16.26)

а наименьшая (у низового борта):

h_н.т ? (0,9 - 0,7)?W_в/D_м², м, (5.16.27)

где Т - период, сут; D_м - малый диаметр водоворота, м; ?W_в - объем отложений за расчетный период, м³.

На реках с обильной мелкой взвесью отложения в середине водоворота могут достичь поверхности воды. Здесь скорости циркуляции х_ц близки к нулю, а по формуле II.10 [ 20, стр.52]:

h = Н - (0,018/щ)(х_ц/с), м, (5.16.28)

где Н - начальная глубина на входе в ковш, м.

5.16.3 ВЫБОР КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОВША

После расчетов основных геометрических параметров водозаборного ковша, удовлетворяющим основным требованиям по отбору воды из речных русел и определения зон и мощности отложений наносов в них, необходимо, в целях максимально долгого времени использования ковша, подтвержденных, опять - таки, соответствующими расчетами, по конструктивному решению элементов водоприемного ковша.

В водозаборных ковшах все его элементы, такие как безнапорные, струенаправляющие дамбы, шпоры и т.п. рекомендуется проектировать либо из местных материалов, либо из материалов, позволяющих устраивать крутые откосы.

Береговые откосы должны иметь крутизну, определяемую свойствами грунтов, слагающих берег.

Выходы грунтовых вод должны быть дренированы.

Крепление надводной части откосов внутри ковша рассчитывается на воздействие, главным образом, атмосферных влияний (ливня).В большинстве случаев надводная часть ковша заиливается и покрывается густой травой или кустарниковой растительностью.

Подводную часть откосов внутри ковша желательно выполнять без креплений, которые лишь затрудняют очистку его от наносов.

Внутренние откосы ковша (надводные и подводные) в пределах зоны циркуляции на входе требуют креплений облегченного типа.

Подводные крепления внешних откосов дамб и берегов в большинстве случаев могут быть выполнены из каменной наброски крупностью:

d ? 0,006(х_а⁴/Н), м, (5.16.29)

где H - глубина над креплением, м; х_а - максимальная скорость течения в береговой части русла, м/с.

Такие крепления достаточно исправно работают на действующих ковшах.

При неглубоком залегании коренных пород у всех интенсивно обткаемых элементов ковша подводное крепление целесообразно опускать до кровли этих пород.

Надводные крепления внешних откосов ограждающих дамб могут иметь различную конструкцию, в зависимости от скоростного режима реки.

Внешние откосы ограждающих дамб, которые могут подвергаться воздействию высоких шугозажоров или ледяных заторов при их подвижке следует выполнять из ряжей или крупных бетонных блоков.

Части дамб, подвергающиеся воздействию льда при весеннем ледоходе, должны быть защищены наброской или мощением камня с заливкой поверхности цементным раствором. Приемлемым покрытием можно считать крепление бетонными или армобетонными плитами.

Откосы берега и дамб, вдоль которых будет возникать параллельно - - струйное течение, могут иметь крепление в виде блочных ковров, армобетонных плит или каменной мостовой, уложенной на слое гравийной или щебеночной подготовки.

Толщина плит, в зависимости от особенностей местных условий, может быть принята 0,1 - 0,30м с обязательным устройством упора у бермы при переходе к подводной части крепления.

Гребни заливаемых дамб, имеющие отметки выше отметок весеннего ледохода, могут иметь обычное покрытие,указанных выше видов.

Гребни заливаемых дамб и шпор, с отметками ниже отметок уровней при ледоходе, должны защищаться блочными коврами и, кроме того, снабжаться полозьями из рельсов (приблизительно через 1,5м), обеспечивающими сохранность и сплошность ковра при надвиге и навале льдин.

Бортовые струенаправляющие стенки, устраиваемые на входе в ковш, могут выполняться из массивных или свайно - каркасных, обычно сборного типа, обшивных конструкций, которые располагают выше уровней зимней межени.

Входные регуляторы проектируют облегченного типа из сборных конструкций. Достаточно капитальными могут проектироваться только быки и устои. Забральная стенка может быть выполнена из консервированной древесины.

5.17 РАСЧЕТ РЫБОЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ

В связи с тем, что источниками для забора воды зачастую являются водотоки и водоемы имеющие рыбохозяйственное значение, то проектирование водозаборных сооружений осуществляется согласно требованиям СНиП Н-31-74 с учетом инструкций по проектированию мелиоративных станций ВСН П-18-76 “Временных положений по проектированию рыбозащитных устройств водозаборных сооружений”, а также других действующих нормативных документов в зависимости от назначения водозабора, его производительности, ведомственной принадлежности и других условий. Поэтому все водозаборные сооружения на таких водоемах оборудуются рыбозащитными устройствами, препятствующими попаданию рыбы в насосные агрегаты и далее по трубопроводам в каналы, закрытые оросительные сети или к технологическим потребителям.

Место расположения водозаборного сооружения на рыбохозяйственном водоеме или водотока с учетом гидравлических, гидрологических и гидробиологических особенностей водоема или водотока определяется на основании рыбохозяйственных изысканий, в состав которых входит общая оценка состояния рыбных запасов в данном водоеме и перспективы их увеличения, характеристики условий размножения промысловых рыб, данные об их миграциях и расположения участков, где концентрируется рыба (места зимовки и др.)

Учитывая указанные выше требования, а также с обязательным учетом гидрологических особенностей водоисточника выбирают тип и конструкцию рыбозащитного устройства, которое является частью водозаборного сооружения и в установленном порядке согласовывают с органами рыбоохраны. Исключения составляют водозаборы подземных вод, инфильтрационные или из специальных технологических водоемов или бассейнов, не предназначенных для рыборазведения.

Выбор типа и конструкции рыбозащитного устройства можно осуществить по данным приведенным в приложении IX.

Ниже приводятся методики расчета часто используемых рыбозащитных устройств.

Расчет зонтичных РЗУ можно выполнить по разработанной на основании натурных и лабораторных ихтиологических и гидравлических исследований Укргипроводхозом методике.

Зонтичные рыбозащитные устройства представляют собой цилиндр, короб или другую конструкцию, изготовленную из водонепроницаемого материала (дерево, металл, бетон и др.) с верхней крышкой (см. рис. 5.21).

Механизм защиты рыбы посредством таких устройств заключается в том, что при их установке на водозаборных сооружениях исключается на верхние и средние горизонты источника, где, как правило, отмечаются наибольшие концентрации рыб, поэтому отбор воды производят из придонных горизонтов, где концентрации минимальны.

Рыбозащитное устройство устанавливают на вертикально направленную всасывающую трубу водозаборного сооружения. Зонтичные РЗУ просты в эксплуатации и относятся к сооружениям экологического способа защиты.

Площадь рабочего сечения РЗУ определяется по формуле:

, м², (5.17.1)

где Q - необходимое количество воды, забираемое водозабором из водоисточника, м³/с; х₁ - скорость потоков воды между стенками цилиндра и всасывающей или самотечной трубами, задаваемая на основании ихтиологических изысканий, м/с, с учетом плавательной способности защищаемых рыб; значения х₁ можно принять равными 0,7- 0,8 м/с и выбраны они с учетом бросковой скорости молоди рыб длиной до 20 мм (карповых), которую она может развить, попадая во всасывающую трубу.

Формулу 5.17.1 можно представить в следующем виде:

, м², (5.17.2)

Где d - наружный диаметр всасывающей трубы, м; D_зон - внутренний диаметр зонтика, м, определяемый по формуле:

, м, (5.17.3)

Рабочий диаметр зонтичного РЗУ определяется по формуле:

, м, (5.17.4)

где 0,1D_зон - равняется двум размерам застойной зоны по периметру зонта.

Высота цилиндра зонта определяется по формуле:

, м, (5.17.5)

где h₁ - расстояние от верхней крышки цилиндра до края всасывающей трубы,м; h₂ - расстояние от края всасывающей трубы до края цилиндра, м.

Из формулы по определению площади рабочего сечения РЗУ (см.формулу 5.17.1) равной:

или (5.17.6)

можно определить расстояние от верхней крышки цилиндра до края всасывающей трубы:

или , м, (5.17.7)

Оптимальными значениями величин h₁можно считать значения найденные по формулам:

, м; (5.17.8)

, м, (5.17.9)

где b - расстояние от стенки цилиндра до всасывающей трубы, м.

Важно правильно задаться расстоянием h₁от края РЗУ до дна, которое должно приниматься из такого расчета, чтобы скорости подхода воды к водозабору не превышали скорости между стенками цилиндра и стенкой всасывающей трубы:

, м, (5.17.10)

На практике можно пользоваться данными, представленными в таблице 2 приложения IX.

Другими вариантами рыбозащитных устройств являются устройства работающие на использование поведенческих реакций рыб - реакции испуга, т.е. создающие поля отпугивания. К такому типу устройств относятся барабанные сетчатые рыбозащитные устройства, например струереактивные рыбозащитные устройства барабанного типа с гидравлической промывкой сетки из флейты (перфорированной трубы, перемещающейся внутри барабана). Общий вид и расчетная схема сооружения приведены на рис. 5.22.

Эти сооружения просты в изготовлении и эксплуатации, защищают не только рыб различных видов и размеров, но и икру. Гарантией эффективной работы этих сооружений является наличие транзитного потока (потока реки), относящего рыбу вниз по течению и скорость которого превышает скорость потока на сетчатом полотне.

Ниже приводится методика расчета такого сооружения, в состав которого входит определение его геометрических и гидравлических параметров.

Допустимая скорость подхода воды к сетке определяется по формуле:

, м/с, (5.17.11)

где f_k - коэффициент живого сечения каркаса устройства, принимается равным f_k = 0,85; f_c - коэффициент живого сечения сетки определяемый по формуле:

, (5.17.12)

где b - размер ячеи сетки в свету, м; a - диаметр проволоки, м; х_c - допустимая по Методическим рекомендациям скорость потока воды в сетке, принимается равной 0,4 м/с.

Диаметр входного отверстия водозабора:

, м, (5.17.13)

где х_вх - скорость потока на входе во всасывающий патрубок насоса, самотечного или сифонного трубопровода, м/с.

Высота барабана H, диаметр большого основания каркаса D₁ и диаметр меньшего основания D₂ определяются по формулам соответственно:

, м, (5.17.14)

, м, (5.17.15)

, м, (5.17.16)

где у - угол между осью и образующей усеченного конуса, у=15 - 20^О; б и в - коэффициенты, учитывающие соотношение размеров каркаса барабанного сетчатого рыбозаградителя от входного диаметра водозаборного отверстия D_y определяемые по значениям параметра k,зависящего непосредственно от расхода водозабора, диаметра входного отверстия и скорости подхода потока к сетчатому барабану и вычисляемому по формуле:

, (5.17.17)

Коэффициенты б и в можно определить по номограммам изображенным на рис. 5.23а.

После определения общих габаритных размеров барабана производится расчет трубчатых элементов водораспределителя (очистного устройства).

Радиусы большого основания распределителя (длина транзитного участка) и меньшего основания (длина радиального участка) определяются по формулам соответственно:

,м; (5.17.18)

,м, (5.17.19)

где S - расстояние между распределителем и сеткой, принимается равным 0,550,7м, как оптимальная в отношении эффективности промывки сетки с одновременным отпугиванием молоди рыбы и отвода икры от сеточного полотна.

Высота распределителя:

,м, (5.17.20) Длина бокового участка:

,м. (5.17.21)

Радиусы отверстий на боковых r₁ и радиальных r₂ участках распределителя в диапазоне 0,002 - 0,006м назначаются путем подбора для обеспечения такого режима промывного участка, при котором пассивная молодь рыб, икра и мусор не соприкасаются с сеткой РЗУ.

При этих значениях радиусов (которые задаются предварительно по величине значений из выше приведенного диапазона, например 0,003; 0,004 и т.д.) определяются осевые скорости струи у сетки по формуле:

,м/с, (5.17.22)

где р - давление во входном патрубке промывного устройства, принимается в пределах 30 - 40м.вод.ст.или в МПа. r_э - радиус эффективного действия струи на сетке, определяемый по формуле:

,м, (5.17.23)

где ж - коэффициент сопротивления сетки, для коэффициента живого сечения, например f_c = 0,59, ж = 0,84; r₁- предварительно принятый радиус, м.

По рис. 5.23б при отношении находится величина x_a, характеризующая максимально возможный радиус промывки при:

(5.17.24)

По рис. 5.23в находим соответственно при данном значении c безразмерный расчетный радиус струи на сетке x. Значения x должны быть в пределах 0,5< x<x_a при минимальном условном количестве ветвей распределителя m_y (например, при 0,5 < (x = 0,85) < 0,94).

Необходимый расход воды на боковых и продольных участках распределителя определится:

,м³/с. (5.17.25)

Аналогичным образом производятся расчеты при других значениях r₁.

Точно таким же образом определяются различные значения радиуса на радиальном участке распределителя при D = D₂.

Следует иметь ввиду, что при расчете радиального участка диапазон изменения радиуса отверстий может быть уменьшен, так как обычно r₂ ? r₁.

Фактическое количество ветвей распределителя m назначается в зависимости от величины m_y следующим образом:

при my = 1 m = m_y; m_y >1 m = m_y.

Внутренний диаметр стояка равен:

,м, (5.17.26)

где d₀ - внутренний диаметр трубчатого распределителя, м; труба распределителя обычно принимается диаметром равным d = 0,050,07м толщина стенок которых составляет 0,0035м.

Количество отверстий на участках распределителя сетчатого барабана составит:

на боковом участке

, шт; (5.17.27)

на радиальном участке

, шт, (5.17.28)

где ?₁ и ?₂ - расстояние между осями отверстий, м; при m_y = 1 - ? = 4r_э, при m_y ? 2 - ?₁ = 2r_э,при my = 1 - ?₂ = 4r_э, при m_y ? 2 - ?₂ = 2r_э.

Расход воды необходимый для работы промывного устройства определится:

,м³/с. (5.17.29)

Угол разворота отверстий относительно диаметральной плоскости и рыбозоградителя определяется в следующей последовательности:

1. Находится угловая скорость вращения промывного приспособления по формуле:

,с¹, (5.17.30)

где х_ф - скорость перемещения распределителей 1 промывной флейты, принимается равной 0,5м/с.

2. Момент сил сопротивления среды определяется по формуле:

,кГм, (5.17.31)

3. Момент кориолисовых сил:

,кГм. (5.17.32)

4. Момент сил трения можно принять равным:

,кГм (5.17.33)

5. Основное уравнение движения промывного приспособления выражается следующим образом:

,кГм (5.17.34)

6. Угол разворота отверстий относительно диаметральной плоскости РЗУ определяется по формуле:

(5.17.35)

7. При sinи ? 0,174, все отверстия ветви разворачиваются на угол и^є, при sinи < 0,174 производится повторное вычисление sinи по формуле:

(5.17.36)

8. Если sinи < 0,174, то производится разворот отверстий только боковых участков распределителя на угол 10^є.

9. Частота вращения промывного приспособления составляет:

, об/мин (5.17.37)

Эффективная работа барабанного РЗУ гарантирована не только при наличии транзитного потока, превышающего скорости потоков воды на сетке, но и успешно могут эксплуатироваться на водозаборах, расположенных на водохранилищах и озерах.

Еще одним вариантом рыбозащиты являются рыбозаградительная сетка кругового типа (рис. 5.24а) или плоские сетки с рыбоотводом или без него, представляющие собой целую группу РЗУ, применяемую на водозаборах без ограничения объемов пропускаемой через них воды.

Основными узлами в РЗУ (рис. 5.24б) являются: прямолинейное или зигзагообразное сетчатое полотно 1; очистное устройство 2, состоящее из привода электромотора и лебедки с тросом и флейты (отрезка перфорированной трубы), куда подается вода для промывки сетчатого полотна; устройство для отвода рыбы и мусора 6 (рыбоотвод) из зоны действия водозабора.

При расчетах такого рыбозащитного устройства следует учитывать следующие условия:

- сетчатое полотно РЗУ должно располагаться к потоку воды, направленному в водозаборное сооружение, под углом и = 10 - 25^є (оптимальный угол 0 = 17^є);

ось водотока для отвода рыбы и мусора в плане сетчатого полотна параллельна оси общего направления потока в месте установки РЗУ;

скорости течения воды сквозь сетку х_с должны быть близкими по значениям скоростям течения подходных потоков в аванкамере РЗУ, задаваемым на основании знаний плавательной способности защищаемых рыб;

- осуществление плавного перехода скорости течения подхода потока х_в в скорость отвода в главной части рыбоотвода х_от, учитывая, что отвод рыбы возможен только при наличии правильно заданной площади сечения рыбоотвода.

Без этого возможна дезориентация и прижатие рыбы к сетке, что снижает эффективность ее защиты рыбозащитным устройством.

Расчет начинается с определения гидравлических характеристик канала или ковша согласно расчетной схемы представленной на рис. 5.2.5.

Скорость течения воды в канале определится из формулы:

, м/с, (5.17.38)

где щ_к - площадь поперечного сечения канала, м², согласно принятого его сечения.

Рабочая длина сетчатого полотна определяется по формуле:

,м, (5.17.39)

где f_c - коэффициент живого сечения сетки, принимается равным 0,65 - 0,70 k - коэффициент, учитывающий изменения перепада воды вдоль сетки, принимается равным 0,8; х_c - скорость потока воды в отверстиях сетки, принимается равной 0,4м/с; H_c - рабочая высота сетки, принимается равной глубине потока в канале при минимальном уровне Z_minУВ с учетом высоты порожка, раной обычно H_п = 0,25м, который обеспечивает очистку сетки у ее основания и дает возможность предотвращения заиления сетки в этой ее части, и находится по формуле:

(5.17.40)

Далее производится проверка скорости потока в сетке при максимальном уровне воды Z_maxУВ в источнике:

, м/с, (5.17.41)

где H_с.max - максимальная глубина потока в ковше или канале при максимальном уровне воды (в паводок), м. и определяется по формуле:

,м, (5.17.42)

Полученное значение скорости потока в сетке при максимальном уровне воды сравнивается с ранее принятым значением скорости потока в сетке х_с, если эта величина будет превышать ранее принятую, то нужно изменить параметры сеточного полотна.

Сеточное полотно РЗУ состоит из секций, устанавливаемых стойки, тогда полная длина РЗУ составит:

,м, (5.17.43)

где kс - коэффициент, учитывающий удлинение РЗУ за счет вертикальных стоек, принимается равным 1,2.

Высота сетчатой рамы РЗУ принимается на 0,2 м больше глубины потока на сетке (максимальном уровне воды в водоисточнике) и определяется по формуле:

, м, (5.17.44)

Пропускная способность сетчатого полотна составит:

, м³/с (5.17.45)

где Z - величина перепада уровней воды на сетчатом полотне, м;м - коэффициент расхода сетки, определяемый по формулам

(5.17.46)

Или

(5.17.47)

Перепад уровней воды Z на чистой сетке составляет:

- при минимальном уровне воды в ковше (канале):

, м, (5.17.48)

при максимальном уроне воды в ковше (канале):

,м, (5.17.49)

Зная расчетную величину перепада уровней воды на чистом сеточном полотне при минимальном и максимальном уровнях потока в ковше или в канале и задаваясь процентом засорения сетки, обычно принимаемым в расчетах равным 30%, можно определить перепад уровней воды на засоренной сетке по формулам:

,м; (5.17.50)

,м, (5.17.51)

где щ₀ рабочая площадь чистого сеточного полотна пропускающего воду, в %, принимается равной 100% или 1,0; щ - рабочая площадь загрязненного сеточного полотна пропускающего воду, в %, принимается равной площади за вычетом площади 30%ной загруженности, т.е. 100% -30% = 70% или 0,7.

Для определения параметров очистной флейты необходимо пользоваться графиком (рис. 5.26) зависимости:

(5.17.52)

где U/U₀ - относительная скорость течения воды в струях флейты, м/с; U - - скорость течения воды струях флейты вблизи сетки перед ней, м/с; U₀ - -скорость течения воды в отверстиях флейты, м/с; R₀ - радиус отверстий в флейте,м; Y = t/2 - полушаг отверстий, м; S - расстояние между флейтой и сеткой, м.

При пользовании графиками, представленными на рис. 5.26, предпочтительней задаваться отношением: Y/R₀ = 2, Y/R₀ = 2,5 и S/R₀ = 10 - 30.

Скорость течения в струях флейты можно определить по формуле:

,м/с, (5.17.53)

где ж - коэффициент, характеризующий степень трудоемкости смыва различного мусора с сетки, принимаемый равным 1-1,4; и - угол между сеткой и направлением потока, равный 1026^є; f_c - коэффициент живого сечения сетки; Z_з - период на нижнем по течению конца засорения сетки,м.

Имея значение U и данные графика , можно определить скорость в струях флейты U₀, радиус отверстий флейты R₀, шаг отверстий флейты t = 2Y.

Расход воды во флейте определяется по формуле:

,м³/с, (5.17.54)

где ? - площадь отверстий флейты, м², определяется по формуле:

,м², (5.17.55)

где d - диаметр отверстий флейты, принимается равным 4 ? d ? 10мм, n - - количество отверстий, определяется как:

, м², (5.17.56)

где ? - рабочая длина флейты, принимается равной рабочей длине сеточного полотна L_c.

Диаметр флейты равен:

,м, (5.17.57)

Величина S определяется размерами конструктивных элементов сетчатого полотна и считается величиной заданной. При известном значении S рис. 5.26 можно найти величину относительной скорости U/U₀,если задаться величиной отношений S/R₀ и значений Y/R₀ (оптимальное значение Y/R₀ =2 - 2,5).

После вычисления Q_ф и D_ф по каталогу подбирается марка насоса и тип электродвигателя.

Давление во флейте рассчитывается используя зависимость:

, (5.17.58)

Последним устройством, в данном курсовом проекте, используемом в качестве рыбозащиты, рассмотрим воздушнопузырьковые завесы (ВПЗ), представляющие собой уложенных на дно водоема или подвешенных на буях, в зависимости от наличия соответствующих пород рыб, перфорированных трубопроводов, куда компрессором подается сжатый воздух.

Варианты размещения ВПЗ у водозаборного сооружения, а также расчетные графики скоростей и эпюры скоростей представлены на рис. 5.275.29.

Выходящие из трубопровода воздушные пузырьки (рис. 5.28б) поднимаются сквозь толщу воды к поверхности, увлекая за собой воду, образуя при этом эрлифтное течение (движущаяся вверх газожидкостная струяфакел). Достигая поверхности воды, газовая дискретная компонента струи переходит в атмосферу, а жидкостная компонента, образуя над осью перфорированной трубы бурун, растекается по обе стороны от факела. Поскольку поверхностный отток воды компенсируется потоком поступающим к факелу на глубине, по обе стороны факела возникают замкнутые циркуляционные зоны.

Для эффективной работы ПВЗ как рыбозащитного устройства нужно правильно рассчитать и расположить на водозаборе перфорированный трубопровод, определить удельный расход воздуха, максимальные вертикальные скорости воздушноводной эмульсии в факеле, скорость поверхностных отточных течений и их толщину и т.д. Кроме того необходимо чтобы скорость транзитного потока воды через завесу составляла щ_т ? 0,2 м/с. При увеличении этой скорости нарушается равновесие процессов дробления и слияния пузырьков в факел, что резко снижает величину максимальной скорости поверхностного течения, создаваемого завесой и возможности ее разрушения, независимо от характеристик удельного расхода воздуха, подаваемого в ВПЗ.

Перфорированный трубопровод перед водозабором лучше располагать под некоторым углом к направлению транзитного потока. В этом случае вдоль образуемой завесы возникает составляющая скорость U_т, направленная параллельно ВПЗ, способствующая транспортировки и ориентации рыбы к рыбоотводу.

Длина перфорированного, установленного под определенным углом трубопровода будет равна:

, м, (5.17.59)

где в - ширина канала по урезу воды, м.

Для равномерного выхода воздуха перфорированный трубопровод рекомендуется изготовлять из отдельных секций длиной не более 2040м каждая и имеющий самостоятельное питание из общего коллектора.

Отверстие в трубопроводе необходимо располагать в нижней его части. Оптимальный их диаметр 2мм, шаг отверстий - 0,3м.

Более лучший эффект рыбозащиты наблюдается когда перфорированный трубопровод укладывается в две нитки на расстоянии равном 0,1- 0,2м друг от друга.

Величина максимальных вертикальных скоростей х_max (рис. 5.29) воздушно - водной эмульсии рассчитывается согласно формулы:

,м/с, (5.17.60)

где q - удельный (на единицу длины трубопровода) расход воздуха, м³/с на 1пог.м, оптимальным можно считать значение q = 0,003 - 0,006м³/с на 1пог.м, что видно из рис.5.29в, где представлены данные величины отточных течений _п.max, возникающих в районе факела и полученные в институте гидромеханики АН УССР при различной подаче воздуха и заглублении трубопровода (рис. 5.30) [35]; Н - глубина погружения трубопровода, м; г_в-

- удельный вес воды, т/м³; Р_а - атмосферное давление, т/м²; g - ускорение свободного падения, м/с².

Расход воздуха, который должна подавать компрессорная установка составит:

Q_b=lq, м³/мин (5.17.61)

Важным фактором эффективности работы ВПЗ как рыбозащитного устройства является и толщина факела, определяемая по формуле:

В_ф=0,32, м, (5.17.62)

где H₀ - атмосферное давление, м водного столба.

Необходимо правильно задать не только суммарную производительность компрессорной станции, но и рабочее давление. По суммарному расходу компрессорной определяется скорость воздуха в трубопроводе:

, м/с (5.17.63)

где D_тр - диаметр трубопровода, м.

Путевые потери давления в трубах, м вод. ст., определяются по формуле:

, м.вод.ст (5.17.64)

где л - коэффициент потерь по длине трубопровода (для воздуха при нормальных условиях и гладких труб величина л = 0,02); ?_тр - длина трубопровода, м; с_в и с_возд - соответственно плотность воды и воздуха, т/м³.

Величину потерь давления, вызванную делением потока воздуха, определяют по формуле:

?, м.вод.ст (5.17.65)

где ж - коэффициент сопротивления, принимаемый для воздуха равным 0,1. Потери давления за счет перфорации трубы составит:

, м.вод.ст. (5.17.66)

Общая величина потерь напора компрессорной установки определяется по формуле:

(5.17.67)

Компрессор подбирают по заданной подаче и давлению по каталогу.

Из всех вышеприведенных рыбозащитных устройств ни одно не является универсальным. Поэтому в системах промышленнотехническго, противопожарного и хозпитьевого водоснабжения необходимо использовать комплексный подход не только к вопросам рыбозащиты, но и защиты водозаборных сооружений от попадания в них мусора, наносов, щуги и внутриводного льда, проводить мероприятия по защите водозаборов от биобрастанция и т.д.

5.18 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОН САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ И ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ НА ИХ ТЕРРИТОРИИ

водозабор оборудование источник санитарный

В составе данного раздела курсового проекта должны быть представлены пояснительный текст по определению ЗСО и графический материал.

В пояснительном тексте приводятся:

- подробное санитарно - топографическое описание водоисточника и площади его забора;

- материалы по гидрологии при открытых водоемах и гидрологический очерк при подземных источниках;

- обоснование границ поясов, зоны санитарной охраны и санитарно - - технических мероприятий, которые должны проводиться в зоне санитарной охраны.

Картографический материал должен быть представлен:

- ситуационным планом с проектируемыми границами второго и третьего поясов ЗСО с нанесением мест водозабора и площадок водопроводных сооружений, источника водоснабжения и бассейна его питания (с притоками) в масштабе при поверхностном источнике водоснабжения - 1: 50000 - - 1: 100000, при подземном - 1: 10000 - 1: 25000;

- гидрологическим профилем по характерным направлениям в пределах области питания водозабора - при подземном источнике водоснабжения;

- планом первого пояса ЗСО в масштабе 1: 500- 1: 1000;

- планом второго и третьего поясов ЗСО в масштабе 1: 1000 - 1: 2500 при подземном источнике и в масштабе 1: 25000 - 1: 50000 - при поверхностном водоисточнике, с нанесением всех расположенных по данной территории объектов.

5.18.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОН САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ

Санитарная охрана источников питьевого водоснабжения является крайне необходимым мероприятием для обеспечения населения доброкачественной водой на хозяйственно - питьевые нужды в достаточноим количестве и осуществляется путем организации на водосборных бассейнах зон санитарной охраны (водоохраной зоны).

Органами Государственного санитарного надзора утверждено “Положение о проектировании зон санитарной охраны централизованного водоснабжения и водных источников”, обязательное для всех организаций, проектирующих и строящих системы водоснабжения, и для всех водопроводных предприятий.

Согласно СанНПиН 2.1.4.027-95, проект зоны санитарной охраны составляет неотъемлемую часть любого проекта водоснабжения, без которой он не может быть утвержден. В проекте должны быть установлены границы зон санитарной охраны и содержаться перечень мероприятий по санитарному оздоровлению территории зоны. Составление проекта зоны санитарной охраны поверхностных источников водоснабжения производится на базе тщательных изысканий на местности, позволяющих выявить источники питания используемых водоемов (водотоков) и возможные источники их загрязнения.

Проект зоны санитарной охраны подземных источников водоснабжения составляется после проведения специальных изысканий на местности, имеющих целью выяснить гидрогеологические условия района - направление и скорость подземного потока, условия и районы его питания, возможные источники загрязнения подземных вод, наличие нарушения почвенных слоев и т.д.

Проект зоны санитарной охраны в обязательном порядке согласовывается с органами Государственного надзора и утверждается теми же организациями, которые утверждают проект системы водоснабжения.

Зона санитарной охраны, как поверхностных, так и подземных источников водоснабжения (водоохранная зона) представляет собой специально выделенную территорию, примыкающую для поверхностных источников - к акваториям рек, озер, водохранилищ и других водных объектов, для подземных источников - к скважинам, шахтным колодцам и т.п., на которой устанавливается специальный режим хозяйственной или иных видов деятельности с целью предотвращения загрязнения (биологического, химического и др.), заиления и истощения водных объектов, а также сохранения объектов животного и растительного мира и делится эта территория, как указывалось выше, на три пояса. В каждом из поясов устанавливается свой особый режим, соблюдение которого, является частью комплекса природоохранных мер по улучшению гидрологического, гидрохимического, гидробиологического, санитарного и экологического состояния водных объектов и благоустройству их прибрежных территорий.

В пределах водоохранных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы, на территориях которых вводятся дополнительные ограничения природопользования.

В первом поясе (зона строго режима) запрещается проживание и временное нахождение лиц, не связанных с работой на водопроводных сооружениях, а также какое бы то ни было строительство, за исключением связанного с техническими нуждами самого водопровода.

Во втором поясе (зона ограничения), который охватывает территорию, непосредственно окружающую источники водоснабжении и их притоки, запрещается такое использование территории или источников водоснабжения, которое может вызвать качественное или количественное ухудшение последних.

Третий пояс (зона наблюдения) охватывает смежную со вторым поясом территорию, неблагополучное состояние которой может вызвать распространение инфекционных заболеваний через водопровод.

Размеры и границы водоохранных зон и прибрежных защитных полос, а также режим их использования устанавливаются исходя из физико - - географических, почвенных, гидрологических и других условий, с учетом прогноза изменения береговой линии водных объектов и утверждаются органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации по представлению бассейновых и других территориальных органов управления использованием и охраной водного фонда Министерство природных ресурсов Российской Федерации, согласованному со специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, органами санитарно - эпидемиологического надзора и органами Федеральной пограничной службы Российской Федерации в соответствии с их полномочиями (41).

Ширина водоохранных зон и прибрежных защитных полос устанавливается:

- для рек, стариц и озер - от среднемноголетнего уреза воды в летний период;

- для водохранилищ - от уреза воды при нормальном подпорном уровне;

- для морей - от максимального уровня прилива;

- для болот - от их границы (нулевой границы торфяной залежи).

Для болот в истоках рек, а также для других болот, формирующих сток в водосборном бассейне, водоохранные зоны устанавливаются на прилегающих, к ним территориях.

Размеры первого пояса, предназначенного для предохранения места забора воды и водопроводных сооружений от преднамеренных или случайных действий, которые могут нарушать их функционирование или вызвать прямое или косвенное загрязнение воды, определяется с учетом включения в него:

- водных источников в месте забора воды для водопровода;

- территории расположения водопроводных сооружений;

- основных водопроводов.

Для охраны собственно водопроводных сооружений при водоснабжении из открытых источников, границы территории первого пояса зоны санитарной охраны, устанавливаются в зависимости от возможного размещения на этой территории зданий, сооружений и устройств, имеющих непосредственное отношение к эксплуатации водопроводных сооружений.

При размещении отдельных сооружений в нескольких местах, зоны строгого режима устанавливаются для каждого сооружения в отдельности.

Границы зоны строгого режима в месте забора воды из поверхностных источников рекомендуется устанавливать в пределах в среднем на 1000м вверх по реке, на 100 - 200м ниже по реке и на 100м от оголовка водоприемника по ширине реки.

Минимальная ширина водоохранных зон строгого режима по берегу устанавливается для участков рек протяженностью от истока: до 10км - 50м; от 10 до 50км - 100м; от 50 до 100км - 200м; от 100 до 200км - 300м; от 200 до 500км - 400м и от 500км и более - 500м; в направлении к противоположному берегу при ширине реки или канала менее 100м - вся акватория и противоположный берег шириной 50м от линии уреза воды при летнее - осенней межени; при ширине реки или канала более 100м - полоса акватории шириной не менее 100м.

Граница первого пояса ЗСО для водоемов (водохранилища, озера) устанавливается, в зависимости от местных санитарных и гидрологических условий, но не менее 100м во всех направлениях по акватории водозабора и по прилегающему к водозабору берегу от линии уреза воды при летнее - осенней межени.

На водозаборах ковшевого типа в пределы первого пояса ЗСО включается вся акватория ковша.

Для истоков рек водоохранные зоны устанавливаются радиусом не менее 50м.

Минимальная ширина водоохранных зон для озер и водохранилищ принимается при площади акватории до 2 кв. километров - 300м, от 2 кв. километров и более - 500м.

Толщина зоны строгого режима для самого источника водоснабжения в реках и озерах принимаются условно, и часть мероприятий по предохранению места забора воды от загрязнений должна быть отнесена во второй пояс зоны.

Минимальная ширина водоохранных зон водных объектов, для которых установлены запретные полосы лесов, защищающие нерестилища ценных промысловых видов рыб, принимаются равной ширине этих полос.

Границы водоохранных зон магистральных и межхозяйственных каналов совмещаются с границами полос отвода земель под эти каналы.

Для участков рек, заключенных в закрытые коллекторы, водоохранные зоны не устанавливаются.

Минимальная ширина прибрежных полос для рек, озер, водохранилищ и других водных объектов устанавливается в размерах:

Виды угодий, прилегающих к водному объекту	Ширина прибрежной защитной полосы (метров) при крутизне склонов прилегающих территорий
	обратный и нулевой уклон	уклон до 3 градусов	уклон более 3 градусов
Пашня	15 - 30	35 - 55	55 - 100
Луга, сенокосы	15 - 25	25 - 35	35 - 50
Лес, кустарник	35	35 - 50	55 - 100

Ширина прибрежных защитных полос для участков водоемов, имеющих особо ценное рыбохозяйственное значение (места нереста, зимовальные ямы, нагульные участки), устанавливаются не менее 100м независимо от уклона и характера прилегающих земель.

При определении границ пояса зоны санитарной охраны для подземных источников водоснабжения, необходимо руководствоваться рельефом местности с учетом направления потока грунтовых вод и возможности их загрязнения.

Если на участке существующих подземных источников водоснабжения предусматривается бурение новых скважин или иных водозаборных сооружений, то необходимая для них территория заранее должна включаться в первый пояс зоны санитарной охраны.

Для артезианских, а также для других, надежно защищенных с поверхности подземных вод, территория первого пояса зоны санитарной охраны устанавливается размером около 0,25га с радиусом не менее 30м вокруг скважины.

При использовании грунтовых вод (скважины, колодцы) размер первого пояса зоны следует принимать не менее 50м вокруг скважины площадью 0,7 - 1,0га.

Территория первого пояса должна быть спланирована для возможности отвода поверхностного стока за пределы границ зоны. Так же как и для поверхностных вод, в первом поясе зоны санитарной охраны подземных вод не допускается проживание людей, нахождение посторонних лиц, содержание скота, а также употребление органических удобрений для посадок и посевов.

Границы второго пояса зоны санитарной охраны (зона ограничения) при использовании открытых водоемов, а также подрусловых вод охватывают в большей мере самый источник и питающие ее притоки и грунтовые воды, а также соответствующую территорию с ее населенными пунктами, зданииями и сооружениями. Размеры зоны ограничений зависят от характера водоема, его мощности, направления течений, рельефа местности и направления, как поверхностного стока, так и потока подземных вод. В основном, зона ограничений по ширине обычно определяется границами водосборного бассейна по водораздезу водоема, используемого в качестве источника водоснабжения.

Для крупных и средних рек не представляется возможным включить в зону санитарной охраны весь водосборный бассейн, и границы зоны определяются расстоянием (вверх по течению) от места водозабора, достаточным для самоочищения реки от сбрасываемых в нее загрязнений. В пределах второго пояса зоны санитарной охраны должен быть обеспечен ряд оздоровительных мероприятий и введен ряд ограничений в хозяйственную деятельность предприятий с целью защиты источника водоснабжения от недопустимого ухудшения качества воды.

Исходя из этого, а также исходя из того, что одним из важных критериев для установления границы зоны (длины) санитарной охраны источника водоснабжения, является бактериальное загрязнение, то протяженность зоны ограничения (второй пояс зоны санитарной охраны) для открытых водотоков определяется по показателю бактериального самоочищения воды. Бактериальное самоочищение воды источника заканчивается примерно в течении трех суток - процесс распада органических веществ может считаться практически законченным, если неустойчивая биохимическая потребность воды в кислороде не будет превышать 2 мг/л.

Протяженность зоны ограничения приближенно можно определить по формуле:

, км, (5.18.1)

где х - скорость течения реки, м/с; t - время, необходимое для завершения бактериального самоочищения, сут, t = 3сут = 259200 сек.

Граница второго пояса зоны санитарной охраны для водоисточников (водотоки, скважины, колодцы и т.д.) определяется из условия, что микробные загрязнения, поступившие в водоносный пласт, за его пределами не достигнет водозабора и определяется по формуле:

, м, (5.18.2)

где Q_нс - производительность насоса насосной станции, м³/сут; Т_м - расчетное время продвижения микробного загрязнения, принимается равным Т_м= 200сут, принимается для защищенных подземных вод и Т_м = 400 суток - для недостаточно защищенных подземных вод; Н_п - мощность водоносного пласта, м; Р - пористость водоносного пласта (см. приложение XVI).

Недостаточно защищенные подземные воды - это грунтовые воды, а также напорные и безнапорные межпластовые воды, имеющие непосредственную гидравлическую связь с открытым водоемом.

Защищенные подземные воды - это напорные и безнапорные межпластовые воды, не имеющие непосредственной гидравлической связи с открытым водоемом.

В случае установленной связи водоносного горизонта и открытыми водоемами (река, озеро и т.п.) часть этого водоема также должна включатся во второй пояс зоны санитарной охраны.

Третий пояс зоны санитарной охраны - зона наблюдения за экологическим состоянием (зона предотвращения случайного или преднамеренного загрязнения) района расположения водозаборного сооружения и граница этой зоны определяется из условия химического загрязнения. При этом предполагается, что движение химического загрязнения к водозабору больше принятого срока его эксплуатации, но не менее 25 лет. Граница этой зоны рассчитывается по формуле: