книги / Примеры расчета элементов речных водозаборных сооружений

Министерство образования Российской Федерации

Тульский государственный университет

Е.К. Злобин, А.М. Тужилкин, В.Н. Калинчев, В.М. Вислогузов

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ

РЕЧНЫХ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Рекомендовано учебно-методическим объединением РФ по образованию в области строительства, в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся

по направлению 550100 «Строительство»

Тула 2002

ББК 38 П 76

УДК 628.113

Примеры расчета элементов речных водозаборных со ­ оружений: Учеб. пособие / Сост. Е.К. Злобин, А.М. Тужилкин, В.Н. Калинчев, В.М. Вислогузов.— Тула: Гриф и К, 2002.— 116 с.

Изложены методы решения задач, возникающих при проекти­ ровании речного водозабора: выбор источника водоснабже­ ния, места расположения технологической схемы водозабо­ ра, определение размеров отдельных элементов и всего водозабора в делом, подбор требуемой арматуры и обору­ дования, и проверка устойчивости берегового колодца. Кроме того, рассмотрены вопросы рыбозащиты и санитарной охраны речного водозабора.

Учебное пособие предназначено для проведения практиче­ ских занятий, выполнения курсового и дипломного проек­ тирования по дисциплине "Водоснабжение” (раздел "Водо­ заборные сооружения") студентам специальности 290800 - "Водоснабжение и водоотведение"

Рецензенты: д.т.н., проф. Сафин Р .С.,(КазГАСА), д.т.н., проф. Гришин Б.М. (ПензГАСА) .

15ВИ 5-8125-0257-9 © Злобин Е.К., Тужилкин А.М., Калинчев В.Н., Вислогузов В.М., 2002

ВВЕДЕНИЕ

Водозаборные сооружения являются одним из наиболее важных элементов систем водоснабжения, т.к. от их конст­ руктивного решения, расположения на местности и условий работы во время эксплуатации зависят надежность всей сис­ темы водоснабжения и ее технико-экономические показатели. Особое значение при этом приобретают выбор источника во­ доснабжения, учет его природных факторов, возможность по­ лучения из него воды требуемого качества, влияние водоот­ бора на других потребителей, водопользователей и на окру­ жающую среду. Таким образом, при проектировании водоза­ борных сооружений решается инженерная задача не только по устройству сооружений, но и по комплексному использованию

иохране водных ресурсов.

Сучетом этих особенностей главным направлением в про­ ектировании, в строительстве и эксплуатации водозаборных сооружений стали методы комплексного решения задач по ис­ пользованию водных ресурсов, новые методы расчета водо-

приемных сооружений, применение прогрессивных конструк­ ций, совершенствование технологий производства строитель­

дозаборного сооружения и его расчета необходимо иметь наиболее полную информацию как об источниках водоснабже­

тирования и расчета водозаборных сооружений систем хозяй­ ственно-питьевого водоснабжения, главной особенностью ко-

3

торых является обеспечение бесперебойности работы во всех

возможных условиях 1* Технику решения возникающих задач рассмотрим на приме­

ре расчета водозаборного сооружения для обеспечения водой г . Кристово. Требуемая подача водозаборного сооружения составляет 1,3 м3/с (5400 м3/ч или 130 тыс. м3/сут) при 1-

йкатегории надежности подачи воды.

1.ВЫБОР ИСТОЧНИКА ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1.1. Возможные источники водоснабжения

та Бородинское находится полигон подземных вод. Качество воды в водоносном горизонте удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.559-96. Дебит потока подземных вод составля­

взвешенных веществ 250 мг/л). Норма стока поверхностных и дебит подземных вод, питающих болото Пылема, составляют 8 тыс. м3/сут.

2.1.4.559-96 (цветность 40° и 50°, содержание взвешенных веществ 300 и 400 мг/л соответственно) . Норма их стока составляет соответственно 5 и 9 тыс. м3/сут.

4. Северо-восточнее г. Кристово протекает река Истра с правыми притоками Рада и Яна, левым притоком Тым. Вода притоков характеризуется следующими показателями: приток Рада - цветность 25° , содержание взвешенных веществ 800 мг/л, расход 13 тыс. м3/сут; приток Яна - цветность 60°, содержание взвешенных веществ 1600 мг/л, расход 20 тыс. м3/сут; левый приток Тым - цветность 20°, содержание взве­

вый берег р. Истры пологий, правый на большом протяжении крут и обрывист.

1Главы 1,2,3,4,6 и 7 написаны Е.К. Злобиным и В.Н. Калинчевым; главы 5,8 и приложения - А.М. Тужилкиным.

4

5. Юго-восточнее г. Кристово недалеко от г. Дуб расположено озеро Сотка, питаемое подземными водами и ре­ кой Сотка. Берега озера заболочены и во время осенних и весенних паводков затапливаются водой. Норма суммарного стока в озеро составляет 12 тыс. м3/сут, цветность озерной воды 50°, мутность 56 мг/л.

На основании ситуационного плана /рис.1/ и гидрологи­ ческой характеристики местности, а также количественных и качественных показателей функционирования водоисточников произведен выбор источника водоснабжения г. Кристово. Прежде чем приступить к выбору источника водоснабжения, рассмотрим ряд нормативных положений [5]

1.2. Общие принципы выбора источника водоснабжения

Источник хозяйственно-питьевого водоснабжения следует выбирать в соответствии с требованиями ГОСТ 2761-84, ко­ торые предусматривают максимальное использование для этой цели всех наличных ресурсов подземных вод, удовлетворяю­ щих санитарно-гигиеническим требованиям. При этом в пер­ вую очередь следует выбирать такие водоисточники, качест­ во воды которых соответствует СанПиН 2.1.4.559-96. Под­ земные воды одинакового качества следует принимать к ис­

При отсутствии или невозможности использования артезиан­ ских вод как из-за недостаточного их дебита или неудовле­ творительного качества, так и по технико-экономическим соображениям необходимо рассмотреть возможности использо­ вания других видов подземных вод в следующем порядке: межпластовые безнапорные, грунтовые воды, искусственно пополняемые и подрусловые воды, при отсутствии или невоз­ можности их использования воды поверхностных источников (рек, водохранилищ, озер, каналов)

При использовании поверхностных источников следует вы­ бирать участки водоемов, которые соответствуют общим тре­ бованиям, указанным в "Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами” и в "Инструкции о порядке согласования к выдаче разрешения на специальное водополь­ зование" Минводхоза РФ.

5

6

удовлетворяют санитарным требованиям, а их максимальная температура не превышает 24-26° С.

Выбор источника производственного водоснабжения необ­ ходимо производить с учетом требований, предъявляемых по­

питьевого качества для производственных нужд допускается только в районах, где нет необходимых поверхностных вод­ ных источников и имеются достаточные запасы подземных вод

водоснабжения являются поверхностные воды и частично ми­ неральные и геотермальные воды.

Помимо указанных требований к качеству водных ресур­ сов, для правильного выбора источника следует учитывать следующие факторы: расходный режим, водохозяйственный ба­ ланс по источнику с прогнозом на 15-20 лет; качественную характеристику воды в источнике с указанием агрессивности воды и прогноз возможного изменения ее качества.

При выборе в качестве источника водоснабжения поверх­ ностных водообеспеченность их среднемесячных или средне­ суточных расходов, а также максимальных и минимальных уровней должна приниматься в зависимости от категории на­ дежности подачи воды соответственно характеристике потре­

нешугоносных открытых потоков с особо благоприятными фор­ мой и состоянием русла. Чаще в таких случаях требуется проводить руслорегулирующие работы, улучшение условий за­ бора воды, а также строительство водоподъемных плотин, обеспечивающих достаточную глубину в месте устройства во­ дозабора, а при необходимости - и требуемый запас воды.

1.3.Пример выбора источника водоснабжения

Всоответствии с требованиями ГОСТ 2761-84 осуществим выбор источника водоснабжения.

Так как г. Кристово требуется вода питьевого качества,

то в первую очередь, рассмотрим водоисточники, имеющие воду питьевого качества. Таким водоисточником является полигон подземных вод. Оценивая его в качестве водоисточ­

7

ника, следует отметить, что дебит его составляет лишь 0,1 % требуемой производительности водозабора. Следовательно, как базовый водоисточник г.Кристово он не может быть ис­ пользован.

Далее переходим к поверхностным водоисточникам. Оценивая показатели болота Пылема как возможного водо­

источника, видим, что норма стока вод, притекающих к бо­ лоту, составляет 8 тыс. м3/сут, что явно недостаточно для питания водой г. Кристово. Кроме того, в болотной воде содержится большое количество трудноразрушаемых и трудноудаляемых растворенных органических соединений, придающих воде цветность. Очистка природных вод в связи с этим рез­ ко усложняется, а следовательно, становится дороже. По­ этому болото Пылема не может быть использовано в качестве источника централизованного источника водоснабжения г. Кристово.

Канава Илистая и канал Оса не удовлетворяют требовани­ ям, предъявляемым к источнику централизованного водоснаб­

необходимому расходу воды. Этому показателю соответствует лишь р. Истра с нормой стока 6,5 млн. м3/сут. Кроме того, качество воды в р. Истре после соответствующей водоподго­ товки можно улучшить. Однако, учитывая, что воды притоков Рады и Тыма обладают более высокими качественными показа­ телями, чем вода в р. Истра, а вода в притоке Яны - более низкими показателями, с целью получения воды более высо­ кого качества водозаборное сооружение следует предусмот­ реть на участке р. Истры между владением притоков Рады и Яны.

Модульные коэффициенты обеспеченности стока р. Истры Кр-В5ч=0,58; Кр«ЭОч=0г52 и Кр,95*«0,41. В соответствии с тре­ буемой категорией надежности обеспеченность минимального среднемесячного расхода воды р. Истры должна составлять 95 % (см. табл.9 [11]).

Суточный сток р. Истры обеспеченностью р=95 % состав­ ляет

0р=95%= 6500 Х 1 0 3 X 0,41=2 665 тыс.м3/сут.

Следовательно, соотношение между стоком р.Истры и во­ дозабором будет

Оа.з _ 130х103 = 0.049 = 4.9% 2665Х103

8

Таким образом, водозабор на р. Истре не потребует до­ полнительных мероприятий, связанных с регулированием ее

Бесперебойная работа водозабора при надежном водоис­ точнике практически полностью зависит от места его распо­ ложения, состава и конструкции сооружений, входящих в технологическую схему водозаборного узла.

Обычно при выборе места расположения водозабора исхо­ дят из следующих условий: водозабор должен располагаться как можно ближе к водопотребителю; размещать водозабор следует таким образом, чтобы не мешать проведению наме­ ченных водохозяйственных мероприятий на водоисточнике и не ущемлять интересы других водопотребителей и водополь­

для строительства и эксплуатации водозаборных сооружений; техническое решение водозаборного узла и всей системы во­ доснабжения должно быть экономичным, а сооружения - про­ стыми и доступными в период эксплуатации, санитарная ох­ рана - надежной и недорогостоящей [6].

2.1. Возможные источники загрязнения речной воды

Качество забираемой воды из реки оказывает влияние на стоимость ее дальнейшей очистки до требуемых норм: чем хуже качество воды, тем больше стоимость ее очистки. Во­ дозаборные сооружения должны обеспечивать защиту системы водоснабжения от попадания в нее наносов, сора, планкто­ на, шуги и т.п. Поэтому места расположения водозаборов, особенно хозяйственно-питьевого назначения, должны выби­ раться с учетом возможных постоянных и временных источни­ ков загрязнения речной воды.

К местам поступления в реку различного рода загрязне­ ний относятся:

-выпуск сточных вод;

-населенный пункт;

-стоянка судов;

-товарно-транспортные базы и склады;

-овраги вблизи поймы реки;

-впадение в реку притоков.

Водозаборы устраиваются выше этих мест по течению ре­

ки .

Запрещается устраивать водозаборы в местах нагона и скопления плавника и водорослей, которые не только ухуд­

9

шают качество воды, но и затрудняют работу водоприемных

тельно хуже, чем в основном потоке реки.

2.2. Русловые деформации реки и устойчивость берегов

Размещение водозаборов при различных типах русловых

а

■ -водозабор

.............. - укрепление берегов

- места спрямления и зачистки русла

Рис. 2. Типы русловых деформаций и рекомендуемое размещение водозаборных сооружений при них: а - ленточногрядовый; б - осередковый; в - побочневый; г

10