Глава IV. Шуголедовые воздействия на работу водозаборов и борьба с ними

1. Эксплуатация водозаборов в условиях промерзания рек

В суровых климатических условиях эксплуатация во- дозаборов осложняется, так как сток малых рек изменя- ется из-за их частичного или полного перемерзания. Ха- рактерной особенностью рек Сибири и Крайнего Севера является неравномерное распределение их стока: напри- мер, более 60 % стока рек Нижняя Тунгуска, Курейка, Турухан приходится на 1...2 мес. Максимальный расход весеннего паводка р. Норилка более 4 тыс. м³/с, в то время как ее минимальный зимний расход —19,3 м³/с Амплитуда колебания уровня достигает 11 м (Иртыш у Тобольска) и даже 21 м (Енисей у Игарки). Интенсив- ный шугоход (рис. 44) и весенний ледоход, зажоры с подъемами уровня воды, торосистый ледостав, большая

30

Иолщина ледяного покрова (до 2 м и более), полное пе- рсмерзание малых рек — все это существенно отличает реки Севера от рек средней полосы и налагает дополни-

■тельные требования к устройству и эксплуатации водоза- боров на них. К тому же на многих северных реках осу- ществляются интенсивное судоходство и лесосплав. При

Всем этом мутность воды в них, как правило, невелика (10... 15 мг/л), лишь в паводки она достигает 50...70 мг/л и позволяет применять упрощенную технологию ее очи- стки, в том числе непосредственно на водозаборах, что для условий Севера имеет очень важное значение. Одна- ко интенсивное хозяйственное освоение новых районов Сибири и Крайнего Севера нередко влечет ухудшение са- нитарного состояния источников, поэтому здесь особое значение имеет реализация водоохранных мер. Отбор во- ды из малых поверхностных источников при недостаточ- ном и неравномерном стоке (особенно в условиях Сибири)] нередко связан с трудностями. Известно, что надеж- ность работы водозаборов в таких случаях обеспечива- ется за счет регулирования (сезонного или многолетнего) речного стока и поддержания необходимых глубин в ме-

31

стах расположения водоприемных устройств. Для это^Н в последние годы построены плотины на реках Алей, Я|Л Кара-Чумыш и др. бассейна Оби. Опыт эксплуатации ш дозаборов показывает, что осложнения в их работе щи можны даже в условиях регулирования стока и обуслоЯ ливаются они непредвиденными изменениями режпцН источника (например, водозаборы городов Рубцовск|Н Прокопьевска, Салаира, водозаборы горнорудных пред»! приятии горного Алтая и горной Шорни). Причиной о^Н ложнений явилось чрезмерное снижение стока рек зимой из-за суровых климатических условий и редко повторив ющихся сочетаний погодных факторов: низкие темперпЯ туры, продолжительный период при малом снеговом нпЯ крове, запоздалое снеготаяние весной, недостаточное™ выпадение осадков в осенне-летний период, сопровождаю* щееся сокращением грунтового питания рек. В этих уеЯ ловиях становится особенно необходимым проведение ни Я малых открытых водотоках — источниках водоснабжешоиЯ специальных мероприятий по поддержанию минимально-1 го стока, а также применение водозаборов с повышенпоЦШ маневренностью. Расширяется строительство открытых Я водозаборов на Крайнем Севере, на реках Енисей, Лепа,1 Алдан, Колыма, Анадырь, Большой Анюй и др. В однойЯ лишь Магаданской области, по данным Б. Т. Суворова, I к 1970 г. было построено около 60 водозаборов из неза Я регулированных источников, 14 водозаборов с регулиро- Я ванием стока русловыми или прибрежными водохрапн лищами (копанями).

Только крупные реки на Севере (с водосборной пло- I щадью свыше 6 тыс. км²) не промерзают. Большинство I же малых и средних рек полностью перемерзает, за не- I ключением тех, которые питаются межмерзлотными под- Я земными водами, имеющими устойчивую положительную I температуру. Промерзание рек, колебания уровней, неус-| тойчивый сток отрицательно сказываются на работе во- дозаборов. Но даже при перемерзании малые реки, на- I пример Среднекан, Сусуман, Омсукчан и др., сохраняют I подрусловый сток если не на всем протяжении, то на от- дельных участках, а также под островами, сложенными I аллювием, и пойменными террасами. В этих условиях подрусловый сток приобретает важную роль в водоснаб- жении, и, следовательно, он должен быть изучен, как и I поверхностный, на стадии обоснования строительства I водозабора. Для задержания подрусловых вод в ком-

32

|| |рксе водозаборов (открытых или инфильтрационных) 11роят барражи.

| В аварийных ситуациях, связанных с перемерзанием |и'М1, для обеспечения более полного захвата подрусло- них вод рекомендуется устраивать мерзлотные пояса ни- ще но течению от водозабора. Мерзлотный пояс созда- йся периодическим снятием снегового покрова на поло- гг шириной 5... 10 м, пересекающей подземный поток на теп ширине долины. На таких реках часто приходится Иметь дело также с наледями, которые осложняют ра- боту водозаборов, а нередко приводят к их полной оста- новке. Наледи на реках образуются там, где в холодное Иремя года в результате промерзания возникают препят- ствия потоку поверхностных или подрусловых вод. На реках с естественным (ненарушенным) стоком наледи Обычно образуются ежегодно в одних и тех же местах: V перекатов, порогов, на расширенных участках речной долины, где имеется наибольшая поверхность охлажде- ния, быстрее промерзает живое сечение потока и возни- кают преграды на его пути. Процесс образования нале- дей активизируется на участках речной долины, где от- сутствует растительность, способствующая задержанию снега.

Постройка водозабора и других сооружений на малых реках существенно изменяет режим поверхностных и Подрусловых вод, условия снегозадержания и др. Недо- оценка этого фактора может привести к непредвиденным осложнениям в работе водозаборов.

Процесс образования наледей может быть многократ- но интенсифицирован, если наряду с водозабором на В|анном участке реки будут построены дорожные перехо- Кы, зимние ледяные переправы, ограждающие насыпи, а Вакже вестись разработки грунта в русле, на пойме и В. д. Для водоснабжения опасны наледи и в верхнем те- ■цении малых рек, так как они нарушают сток реки и при- водят к сокращению подаваемого расхода даже при ис- ■Правном водозаборе.

Образование наледей начинается обычно в октябре—■ ■декабре и продолжается нередко до марта — апреля; их Волщина часто достигает 3...4 м, и они могут разрушаю- Нце воздействовать на водозаборы. На водозаборах борь- I ба с наледями ведется для обеспечения пропуска воды к водоприемным сооружениям, в то время как в других ■ случаях (на мостах, промплощадках и т.д.) воду можно,

33

имоборот, отвести от сооружений и тем самым решить за- < |чу. Пропуск воды к сооружениям особенно важен на урегулированных реках, когда из-за нарушения режи- ма источников нарушается приток в водохранилища.

.....собы борьбы с наледями разделяются на пассивные

и активные. Пассивные способы не устраняют причин об- Вм.ювания наледей, а лишь направлены на ликвидацию и\ воздействия: окалывание льда у водозабора, устрой- ||И(| прорезей в ледяном покрове реки и др. Активные. Способы направлены на устранение самих причин обра- зования наледей: утепление водотока, расчистка, углуб- ление перекатов, спрямление русла (рис. 45). [ Описанный Н. Д. Гусевым многолетний опыт эксплу- |Тиции водозаборов из маловодных источников в усло- виях перемерзания поверхностного стока и образования Наледей накоплен на водопроводе пос. Баренцбург на Р-не Шпицберген. На ранее действовавшем здесь водоза- боре русло ручья ежегодно углубляли бульдозером и спе- циальным плугом, закрывали щитами и засыпали снегом, п поверхностный сток увеличивали подпиткой из выше- рнпюложенного озера. Большим достижением в практи- ке водоснабжения на Крайнем Севере за последние го- ды является строительство трестом Арктикуголь нового Водопровода в пос. Баренцбург. Затопленный водопри- емник с береговой насосной станцией на оз. Стеммеван, п также резервный водозабор из ручья ледникового пи- тания обеспечили устойчивую подачу воды потребителям. Применение здесь аккумулирующей копани вместимо- стью 60 тыс. м³ воды не дало положительного результа- та, так как копань была выполнена в трещиноватых по- родах и до 80 % воды терялось на инфильтрацию. Оче- вндно, в таких условиях должны быть тщательно Выполнены противофильтрационные мероприятия.

Характерные осложнения претерпели и испытывают Также водозаборы на реках Кара-Чумыш и Алей.

Водозабор на Кара-Чумыше—берегового типа, расположен в 60 м от плотины. Вместимость водохранилища первоначально была рннна 5,5 млн. м³, а отбор воды в первый год эксплуатации водо- забора составлял 0,4 м³/с. Среднегодовой сток Кара-Чумыша в

^Втворе расположения ' водозабора равен 4,55 м³/с, минимальный 1ИМНИЙ-—0,17 м³/с. Река имеет горный характер и большое число Порогов и перекатов. Расстояние от плотины до истоков составляет 70 км. Ледостав происходит в первой декаде ноября, ледоход — в последней пятидневке апреля. | В течение 10 лет эксплуатации водозабора отбор воды из во-

ИЬохранилища ежегодно увеличивался и возрос в 2,7 раза по срав-

35

нению с первоначальным. Однако существенных осложнений в |иН боте водозабора в этот период не наблюдалось. Наполнение полош хранилища в период весенних паводков до уровня на 0,5 м пынцЯ нормального подпертого горизонта (ИНГ) и регулирование сбройН воды в нижний бьеф обеспечивали устойчивую производительности водозабора. Пониженный (в сравнении с предыдущими годами) ши! верхностный сток реки в бездождливую осень 1966 г. при сохранения достигнутого к этому времени отбора воды обусловил существеннее снижение уровня в водохранилище уже в начале сентября. В на следующем, особенно после ледостава, это снижение достигло у■'■ Я рожающих размеров из-за недостаточного подземного питлниИ реки и вызванного этим сокращения притока воды в водохранилище который к середине января 1967 г. составил 0,14 м³/с. В результатИ 'производительность водозабора была снижена на 20 %, что вышин ло большие затруднения в водоснабжении.

Для выявления дополнительных причин снижения стока пропели обследование Кара-Чумыша и его притоков выше по течению иН плотины, при котором были обнаружены большие провалы льда Н верховьях водохранилища, а выше по течению реки — многочислен* ные наледи и полное перемерзание речного потока на перекатайД чему благоприятствовала малоснежная зима. К началу весешкч'Д паводка общее снижение уровня воды в водохранилище состакплоЯ 2,8 м при средней его глубине 3,75 м. Увеличить производительности водозабора до паводка не удалось, и лишь завершение строителе 1 ства новой плотины, увеличившей объем водохранилища в 10 рач,Я .обеспечило надежную работу водозабора в последующие годы.

Водозабор на реке Алей (рис. 46) совмещен с водоподъемной Я плотиной, обеспечивающей лишь увеличение глубины воды у води. I приемника без регулирования стока. Комплекс сооружений водоадЛ бора (без буферного водохранилища) введен в действие в 1960 г, ■ и до 1969 г. перебоев в работе водозабора не возникало. Река Алв(Я на выбранном участке имеет характер равнинных рек с многочпе I ленными меандрами, берега ее неустойчивые, легкоразмываем и е. I Русло сложено песчано-гравийными отложениями, в которых фор. I мируется подрусловый сток (мощность отложений состав./! нет ■ 6...10м). Подрусловые воды Алея в хозяйственно-питьевом водоспаЛ. I жении используются крайне недостаточно. Средний многолетний мц.| нимальный сток в данном створе составляет 2,06 м³/с, а в отдельИ ные годы он снижался к концу зимы до 0,5 м³/с. Небывалое син-1 жение стока, сопровождающееся нарушением режима работы воли I заборов, было зимой 1968/69 гг. Засушливое лето 1968 г. и суронп|Я зима 1969 г. с ранними морозами и устойчивой температурой —'10,., I —45 °С вызвали сокращение поверхностного и подруслового пита! ния реки. Температура воздуха была ниже средней многолетней н I ноябре 1968 г. на 4°С, в декабре — на 7 °С, в январе 1969 г.- ни I 14 °С. Расход воды в Алее к концу января снизился до 0,9 м³/с, и I производительность водозабора уменьшилась в связи с этим на 25 %, I

В середине февраля было произведено обследование участк|И реки протяженностью около 30 км выше водозабора. Замеры стока ■ в двух створах, отстоящих один от другого на 28 км, показали, чти I расход в первом (вышерасположенном по течению) створе раненИ 0,97 м³/с, а во втором (у водозабора) — 0,35 м³/с. Уменьшение рас I хода воды по течению реки и отсутствие других водозаборов пи I участке между выбранными створами свидетельствовали о наличии 1 потерь воды. Детальное обследование этого участка с буренном I

36

льда позволило выявить отсутствие в отдельных местах воды подо ■ьдом в русле и большие масштабы наледеобразований. Толщина Коренного льда достигала 1,3 м, а наледей на отдельных участках —■ полсе 2 м. На плесах глубина воды подо льдом достигала 2 м, в то нремя как на перекатах наблюдалось полное перемерзание потока. Ледяной покров состоял из нескольких слоев. Ранее такого промер- ашшя па данном участке Алея не наблюдалось.

На протяжении 17 км вверх по, течению от водозабора явных Потерь воды не было выявлено. Далее на участке 17...26 км почти сплошь распространялись наледи с выходом воды на пойму. Этот участок и являлся основным очагом потерь воды из реки. Из прору- Йен, пробуренных во льду выше участка, вода с напором выходила на поверхность. Бурение льда позволило установить, кроме того, что наряду с потерями воды на ледообразование имеют место также по- тери на насыщение снега на урезе воды в реке.

Из-за обильных снегопадов при первых заморозках осенью от- ложившаяся по берегам толща снега предотвратила дальнейшее на-

37

мораживание льда у берогЯН Промеры показали, что на рых участках реки толща льде Д] середины русла к берегам сущЛН венно уменьшается, а непосредЯИ венно на урезе ледяной покрои сутствует (рис. 47) и сЯН насыщен водой. На участках ныЯН перекатов такому насыщению пющ собствовало возникновение нмпорН воды подо льдом вследствие псрН мерзания и вызванного этим ЯН рекрытия русла реки. УвеличщЯЯ

ППИТОКЯ ППЛП К ЙПЯПЧЯ^ППУ ,11.1 ,1^Н

притока воды к водозабору оыЛЯ

достигнуто устройством прорезей во льду на всю ширину реки, к(|Н торые позволили перехватить наледный поток и ввести его в осиияН ное русло, предотвратив тем самым дальнейший рост наледей. ОсцН бенно эффективно было устройство прорези у верхнего переката няш обследованном участке, где она обеспечила увеличение расхода нон ды в реке у водозабора до 0,7...0,8 м³/с.

Анализ выполненных мероприятий показывает, что борьба Д наледями путем устройства только поперечных прорезей эффектннив] в условиях, когда наледи формируются в пределах основного русЛИ реки. Когда же наледи выходят на пойму, надо дополнительно щД поднять продольные прорези с расчисткой дна на перекатах. ДлЛ предотвращения повторных осложнений прорези следует утеп.чяшИ снегом.

Улучшение водоснабжения в подобных случаях мов жет быть достигнуто наряду с увеличением поверхности ного стока реки также за счет использования подруслоныш вод. Этому благоприятствует то, что режим подрус-Я ловых вод в значительно меньшей степени, чем поверх-1 ностных, подвержен влиянию шуголедовых фактором, I Для совместного отбора поверхностных и подрусловых! вод целесообразно применять комбинированные водоза- I боры [29].