Реконструкция водозаборов
оглавление
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Роль водозаборов в системах
хозяйственно-питьевого
2. Типы водозаборов и условия их применения 4
3. Водозаборы из водохранилищ и озер 9
4. Причины реконструкции 9
5. Реконстукция головных
Заключение 17
Список литературы 18
Введение
Анализ результатов эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения нередко показывает необходимость их усиления. Это связано с изменениями условий функционирования систем сравнительно с исходными (проектными) данными, а также с недостатками проектных решений.
Усиление достигается как новым строительством с заменой или расширением существующих объектов, так и реконструкцией. В последнем случае реализуются неиспользуемые потенциальные производственные возможности объектов и подлежат замене или разгрузке только те лимитирующие элементы, которые не способны нормально работать в требуемых более жестких условиях. Специфика реконструкции заключается в том, что она должна проводиться с учетом существующей ситуации: стесненности производственных площадей, расположения объектов, их габаритов и технического состояния, недопустимости нарушения производственных процессов и т. д. Реконструкция – наиболее эффективный способ усиления, так как она требует меньшего объема работ, чем новое строительство. Разумеется, при рассмотрении альтернативных способов усиления следует проводить технико-экономические сравнительные расчеты.
Роль водозаборов в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения и принципы их размещения
Водозабор является первым звеном сложной системы водоснабжения, обеспечивающим питание всех водопотребителей. Занимая головное положение в системе, водозабор имеет определяющую роль в ее функционировании. Современный водозабор для водоснабжения крупного города представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений, оснащенных энергетическим и механическим оборудованием, системой автоматического и телемеханического управления. Такой водозабор должен работать бесперебойно при любых условиях забора воды, существенно изменяющихся по сезонам года.
С укрупнением (увеличением мощности) водозаборов возрастают требования к надежности (бесперебойности) их работы, ибо многократно увеличивается возможный материальный ущерб при аварийных ситуациях, а это требует в свою очередь более глубокого изучения гидрологических и иных условий забора воды, усовершенствования конструкций и технологии водозаборов. Большие эксперименты и теоретические разработки в этой области, проверка их в натурных условиях дают огромный материал для обобщения исследований, более широкого внедрения в производство их результатов.
Типы водозаборов и условия их применения
Устройство водозаборов определяется совокупностью факторов: потребным расходом воды и его соотношением с дебитом источника, типом источника (река, озеро, водохранилище, канал и др.), его гидрологическим и шуголедовым режимом, переформированием ложа и транспортированием наносов, условиями строительства в акватории и прибрежной части и т. д. В коммунальном хозяйственно-питьевом водоснабжении наиболее распространены речные водозаборы с русловыми и реже с береговыми водоприемниками различных типов. Практика эксплуатации показывает, что наиболее часто осложнения в работе водозаборов происходят из-за неполадок на водоприемных устройствах.
Известно более 30 типов затопленных водоприемных оголовков, применяемых, в зависимости от требуемой надежности водоснабжения, в различных природно-климатических условиях. На небольших реках, не используемых для лесосплава и судоходства, с относительно легкими природными условиями при малой производительности (0,02 - 0,2 м3/с) водозабора применяют простейшие раструбные оголовки на сваях, а при производительности до 0,5 м3/с - трубчатые или тарельчатые незащищенные оголовки. На реках с небольшими глубинами и средними природными условиями применяют ряжевые оголовки с боковым приемом воды производительностью до 1 м3/с, а при тяжелых шуголедовых условиях - фильтрующие ряжевые оголовки.
На лесосплавных реках с легкими и средними природными условиями применяют железобетонные раструбные оголовки с боковым приемом воды при производительности водозаборов до 1 м3/с и железобетонные двухсекционные с вихревыми камерами при большей производительности (до 3 м3/с). Оголовок с трубчатой вихревой камерой применяют на реках с тяжелыми природными условиями для малой и средней производительности водозаборов.
Массивные бетонные и железобетонные оголовки, монолитные или сборные рекомендуются для судоходных и лесосплавных рек при больших скоростях течения и любой производительности. Фильтрующие (простые и комбинированные) оголовки применяют при малых глубинах потока, большом количестве донных и взвешенных насосов в чрезвычайно тяжелых шуголедовых условиях как при малой, так и при большой производительности водозаборов. В отдельных случаях - при особо тяжелых шуголедовых условиях и малых глубинах потока - невозможно обеспечить устойчивую работу водозаборов с русловыми водоприемниками даже при малой их производительности (>0,5 м3/с), и в этом случае возникает необходимость устройства ковшей. Чаще же всего ковши применяют при производительности >2...3 м3/с.
На шугозажорных реках со значительными подъемами уровней в предледоставный период и при ледоставе, на реках с тяжелым весенним ледоходом применяют незатопляемые ковши, частично или полностью выдвинутые в русло. Если к тому же речным потоком транспортируются насосы (до 0,75 кг/м3) и возможен подсос загрязненных вод, на таких ковшах делают затапливаемые при паводках шпоры. На реках, не допускающих стеснения русла в периоды паводков, а также при недостаточных глубинах в межень и возможных береговых шугозажорах применяют затапливаемые ковши частично или полностью выдвинутые в русло. А если, кроме того, необходимо поддержание у входа в ковш или на подходе к нему глубин, превышающих бытовые, рекомендуется: применять ковши с самопромывающимся входом. Заглубленные в берег ковши с углом отвода 135° применяют на реках с ограниченной интенсивностью шуголедовых явлений, русла которых сложены слабыми или мелкозернистыми грунтами. Ковши с верховым входом сейчас не рекомендуются.
Наиболее отработанной технологией
строительства оголовков
Уровень воды над водоприемником даже
в самых неблагоприятных
Оголовки, масса которых может достигать 200 т, а габариты внушительных размеров (высота до 5 м, площадь основания до 75 м2), устанавливают на естественное скальное основание или, если русло сложено слабыми грунтами, на каменную подсыпку. При строительстве водоприемных оголовков и ковшей нередко возникает необходимость углубления дна реки и выполнения связанных с этим трудоемких работ, в особенности когда русло сложено скальными породами. Целесообразно в таких случаях использовать плавучие буровые установки (ПБУ) и скважинный метод взрывных работ. ПБУ представляет собой металлическое сборно-разборное сооружение, состоящее из платформы, двух понтонов и опорных колонн. На платформе смонтированы буровые станки, лебедки и вспомогательное оборудование. Применяют ПБУ при глубине воды в источнике-1,8...8 м. Применение буровзрывного метода с использованием ПБУ позволяет, в сравнении с ранее применявшимся методом накладных зарядов, существенно сократить сроки строительства водозаборов и уменьшить вредное воздействие взрывов на фауну водоема.
Самотечные и сифонные трубопроводы водозаборов прокладывают, как правило, из стальных труб диаметром 250...1420 мм с толщиной стенки 12...14 мм. Длина таких трубопроводов составляет чаще всего 50...150 м, но иногда достигает 800 м и более. Укладывают их на глубину до 10 и даже до 25 м в береговой части и не менее 0,5 м в русле. На многих действующих сейчас водозаборах самотечные линии уложены секционным способом с муфтовым соединением труб. В последние два десятилетия укладку их производят чаще всего способом свободного погружения (аналогично дюкерам), что существенно сократило сроки строительства и объем ручного труда водолазов. Трубопроводы эти в обязательном порядке должны быть присыпаны защитным слоем из камня толщиной не менее 0,5 м вровень с поверхностью дна реки.
Общая технологическая схема
водозаборов имеет два
Русловые водозаборы устраивают при отсутствии достаточных глубин, при загрязненности воды или слабых грунтах у берега, высокой температуре воды в этом месте.
Схема руслового водозабора. ГВВ, ГНВ – горизонты высоких и низких вод, 1 – затопленный водоприемник, 2 – самотечные трубы, 3 – береговой сточный колодец, 4 – всасывающая камера, 5 – насосная станция первого подъема, 6 – камеры переключений, 7 – служебный павильон.
Схема берегового водозабора. ГВВ, ГНВ – горизонты высоких и низких вод; 1 – окна, перекрываемые сетками; 2 – водоприемные окна; 3 – приемная камера; 4 – всасывающая камера; 5 – насосная станция первого подъема; 6 – камеры переключений; 7 - служебный павильон; 8 – галерея. |
Для защиты от шуголедовых помех и борьбы с донными наносами, создания необходимых глубин у места приема воды и улучшения местных условий при водозаборе применяют водоприемные ковши, которые в зависимости от особенностей режима реки и основного назначения устраиваются незатопляемыми и затопляемыми.
Ковш представляет собой искусственный водоем, вырытый в береге, либо образованный путем устройства земляной дамбы. Вода протекает по ковшу с малой скоростью, благодаря чему в нем скорее, чем в реке, образуется ледяной покров, препятствующий образованию донного льда.
Вторым назначением ковша является борьба с речными наносами, т.к. ковш играет роль отстойника. Затопляемые ковшевые водозаборы различают трех типов:
a) ковш с верховым питанием;
б) ковш с низовым питанием;
в) ковш двойного питания.
Схемы затопляемых ковшевых водозаборов
Ковш верхового питания за счет поверхностных струй хорошо предохраняет водозабор от попадания в него взвеси и наносов.
Ковш с низовым питанием питается нижними струями и хорошо предохраняет водозабор от попадания в него шуги.
Ковш двойного питания
предотвращает попадание к
Расчет ковшей сводится к определению глубины воды в ковше, ширины и длины ковша. Глубина ковшей принимается не менее 2 м, скорость движения воды в них принимается от 0,05 до 0,25 м/сек.
Водозаборы из водохранилищ и озер.
При использовании водохранилища или озера для охлаждения оборотной воды следует учитывать ряд специфических факторов.
1. Цветение воды - массовое
развитие в летнее время под
действием солнечной радиации
животных и растительных
Цветение воды затрудняет работу водозаборных сооружений. Борьба с цветением ведется путем купоросования водохранилищ. Купоросование производят от одного до четырех раз в течение периода цветения в дозе 0,1-0,7 мг/л с лодок или путем распыления с самолета.
2. Зарастание водной
3. Минерализация воды - увеличение концентрации солей в воде. Основной причиной минерализации является испарение воды с поверхности и сброс в водохранилище сточных вод.
Причины реконструкции
Характерная причина реконструкции
– необходимость в увеличении
расхода воды сравнительно с проектными
данными. Реконструкция может быть
связана также с изменением природных
условий, влияющих на забор воды из
источника, либо проводиться в связи
с необходимостью повышения качества
эксплуатации (надежность и др.).
Увеличение
производительности головных сооружений
зависит не только от их производственных
возможностей, но и от характеристики
источника водоснабжения. Устойчивый
прием из водотоков допустим, если водоотбор
составляет менее 0,25 от минимального дебита
источника. В противном случае вероятна
потеря водотоком транспортирующей способности,
обмеление, в суровых климатических условиях
– перемерзание зимой и т.д.
Таким образом, увеличение производительности головных сооружений не всегда возможно и ограничено природными условиями.
Реконструкция головных сооружений с русловыми затопленными водоприемниками
На рис. 1 (см. ниже) приводится схема водозабора с русловым затопленным водоприемником. Перепады уровней равны потерям напора на отдельных участках гидравлической схемы. При минимальном уровне в источнике высота всасывания насоса первого подъема максимальна. Рассмотрим условия работы водозабора при гидравлической перегрузке. В этом случае уровни воды в аванкамере и в отделении всасывающих труб понизятся, а высота всасывания насосов первого подъема увеличится сравнительно с расчетной. Лимитирующим элементом водозабора становятся насосы первого подъема.
Рис.1. Схема водозабора с затопленным
русловым одоприемником:
1 – водоприемник; 2 – самотечная
линия; 3 – сеточный
колодец; 4 – аванкамера; 5 – отделение
всасывающих труб; 6 – всасывающая
труба; 7 – насос первого
подъема; 8 – входное окно
с решеткой; 9 – сетка; D1 – высота порога; D2 – толщина забрала
Вакуумметрический напор отечественных центробежных насосов редко превышает 6–7 м. Увеличение высоты всасывания и одновременно возрастание потерь напора во всасывающей линии способны привести к кавитации либо к срыву вакуума и полному отказу насоса. Другим фактором, способным нарушить работу насосов, является прорыв воздуха во всасывающую линию. При понижении уровня в отделении всасывающих труб (отметка ) возникает опасность образования «воздушных шнуров» (рис.2).
Такое явление происходит, если заглубление
входных воронок менее
где – критическое заглубление (глубина), м; – скорость входа в воронку, м/с; – диаметр входной воронки, м.
Например, при скорости входа в воронку 1 м/с, ее диаметре 0,25 м критическое заглубление равно 0,08 м, т.е. 0,32 . Рекомендуется заглублять вход в воронку на 0,6–1,2 . Опасность подсоса воздуха во всасывающие трубы уменьшается, если снабдить входные воронки козырьками или разместить вокруг труб плавающие плотики. Считается, что в этом случае критическая глубина может быть уменьшена на 20–25 %.
В условиях снижения уровня и уменьшения полезной вместимости аванкамеры, увеличивается опасность захвата воздуха всасывающими линиями насосов и водоприемные отверстия труб следует заглублять не менее чем на
,
где – расход воды, м3/с; – площадь зеркала воды в отделении всасывающих труб, м2.
Для увеличения высоты всасывания насосов применяется перепуск воды из напорной линии насосов во всасывающую линию (рис. 3).
Вода, поступающая из напорной линии, находится под большим напором, а следовательно, обладает большей удельной энергией, чем всасываемая. Рассеивание избыточной энергии повышает общую энергию потока.
Увеличение высоты всасывания указанным способом рекомендуется определять по номограмме (рис. 4).
В номограмме
приняты следующие обозначения:
– диаметр сопла, мм;
– диаметр всасывающей линии насоса,
мм;
– требуемое увеличение высоты всасывания,
м;
– скоростной напор при истечении
из сопла, м. Для примера, приведенного
на рис. 2.4,
= 0,12 (принято);
= 2,0 м;
= 70 м. Пусть
= 500 мм, тогда
= 60 мм. Скорость истечения из сопла
. При
» 1,0,
= 37,1 м/с.
Для конической сходящейся насадки с углом конусности 13° коэффициент сжатия = 0,983. Тогда расход воды, , м3/с, направляемый из напорной линии во всасывающую,
.
Иногда для увеличения высоты всасывания во всасываемую линию вводят контролируемое и ограниченное количество воздуха (не более 2–3 % от расхода воды). Увеличение высоты всасывания вследствие уменьшения плотности перекачиваемой среды составит
,
где – максимальная вакуумметрическая высота, поддерживаемая насосом, м; – количество вводимого воздуха в % от расхода воды.
Например, при ¹ 6,0 и = 3 % высота всасывания увеличится на 0,18 м.
При введении воздуха необходимо предусмотреть на напорной линии насоса воздухосборники и вантузы для его сбора и удаления.
Рассмотренные способы неэкономичны, а при введении воздуха требуют жесткого контроля. Они необходимы только в период, когда уровни воды в источнике близки к минимальным.
На рис. 5 приводятся некоторые способы решения, принимаемые для повышения устойчивости работы насосов.
Рис. 5. Способы повышения устойчивости водозабора при снижении уровня воды в водопроводном колодце: 1 – водоприемная камера; 2 – камера всасывания; 3 – плавающий щит; 4 – напорный трубопровод к эжектору; 5 – дополнительный всасывающий трубопровод; 6 – вакуум-котел; 7 – сифонный трубопровод; 8 – герметичное перекрытие; 9 – вакуум-насос
По схеме а высота всасывания увеличивается путем оборудования входа во всасывающую линию эжектором.
По схеме б из работы исключается береговой колодец, и всасывающая линия соединяется с самотечной.
Схема в позволяет поддерживать вакуум путем установки котла, куда засасывается выделяющийся при пониженном давлении воздух.
Схема г - вакуумирование сеточного колодца обеспечивает повышение уровней в аванкамере и в отделении всасывающих труб. Такая схема была применена на Новосибирском водопроводе, причем, повышение уровня составило 1,5–2,0 м. Расход воды при вакуумировании колодца определяется по следующей зависимости:
,
где – площадь сечения самотечной линии; – перепад уровней в источнике водоснабжения и аванкамере без вакуумирования; – создаваемый вакуумметрический напор; – коэффициент сопротивления системы «водоприемник – самотечная линия».
Заметим, что в случае вакуумирования опасность возникновения кавитации или срыва вакуума у насоса не уменьшается, а лишь создаются условия для его залива.
Рассмотренные методы приемлемы, если продолжительность их применения ограничена низкими уровнями в источнике. В противном случае возникает необходимость в реконструкции насосной станции первого подъема. Реконструкция станции также необходима, если существующие насосы не могут обеспечить требуемую подачу.
При необходимости реконструкции в связи с недопустимым увеличением высоты всасывания следует ориентироваться на применение погружных насосов с их размещением в отделениях всасывающих труб сеточных колодцев. Особенностью погружных насосов являются компактность и простота монтажа, что в ряде случаев позволяет отказаться от установленного резерва и хранить резервные агрегаты на складе головных сооружений. Могут использоваться и насосы, предназначенные для установки в скважинах, но они имеют пониженные КПД.
Если насосная станция первого подъема совмещена с сеточным колодцем и задача заключается в увеличении производительности насосов, но места для размещения новых горизонтальных насосов недостаточно, не исключена возможность установки вертикальных насосов.
Рассмотрим другие отрицательные последствия, возникающие при повышении производительности головных сооружений.
Увеличение скорости втекания в водопроводные окна водоприемника приводят к поступлению воды повышенной загрязненности.
Рекомендуемые нормативами скорости
составляют 0,2–0,6 м/с,
в зависимости от загрязненности водотока.
Форсирование водоотбора приводит к частому
засорению решеток на входных отверстиях,
т.е.
к некоторому ухудшению условий эксплуатации.
Реальные условия водоприема, известные по опыту предыдущей эксплуатации, позволяют реально оценить возникающие неудобства. Они часто компенсируются улучшением конструкции решеток на водоприемных окнах. Конструкция решеток существенно влияет на равномерность втекания воды. Равномерному втеканию способствует конструкция решеток со стержнями из полос, расположенных вертикально, причем ширина стержней принимается не меньше просвета между ними. Если боковые грани стержней развернуть так, что угол отвода воды, отсчитываемый от направления течения в водотоке, составит 120–135°, то решетка приобретет свойства самоочищаемости.
Сезонные помехи (ледовые
явления, появление мальков рыбы),
усугубляемые переходом водозабора на
форсированный режим, иногда могут быть
преодолены за счет обычных защитных мер
сезонного характера.
В других случаях неизбежна реконструкция
с увеличением площади приемных окон.
Варианты такой реконструкции, предусматривающие
размещение дополнительных водоприемников,
приведены на рис. 6.
а. б. в.
Рис. 6. Схемы реконструкции водозаборов: 1 – оголовок дополнительный; 2 – оголовок существующий; 3 – сеточный колодец и НС-1 существующий; 4 – сеточный колодец дополнительный; – - – существующий трубопровод; _____ дополнительный трубопровод
По варианту а дополнительный оголовок оборудован самотечными линиями, присоединенными к существующему сеточному колодцу.
Вариант б предусматривает объединение самотечных линий от дополнительного оголовка и существующих. Расстояние от места соединения до сеточного колодца ограничено условиями проведения строительно-монтажных работ, но должно быть минимально возможным. Такая схема считается неудачной, так как трудно исключить взаимное влияние соединенных оголовков, что нарушит устойчивость забора воды.
Вариант в предусматривает строительство независимого блока, включающего оголовок, самотечные линии и сеточный колодец. Напорная линия (схемы предусматривают насосную станцию первого подъема, совмещенную с сеточным колодцем) от нового блока соединяется перемычкой с существующей напорной линией.
В нормативах скорости воды в самотечных линиях в зависимости от категории водозаборных сооружений рекомендуются в пределах от 0,7 до 2,0 м/с. Рекомендация связана с технико-экономическими соображениями и с долговечностью трубопроводов, которые подвержены истиранию песком в период эксплуатации. Очевидно, что некоторое превышение рекомендуемых скоростей не приведет к каким-либо радикальным отрицательным последствиям. В этих случаях следует предусматривать более строгий контроль за техническим состоянием трубопроводов и за своевременностью ремонтов.
Одним из элементов, работа которого
при увеличении производительности
водозабора усложнится, являются плоские
и вращающиеся сетки в сеточном колодце.
Как известно, во избежание разрыва полотна
сеток, создаваемый ими перепад уровней
(
по рис. 2.1) строго
ограничивается и составляет как максимум
0,1–0,15 м для плоских и
до 0,15–0,30 м для вращающихся сеток.
Увеличение расходов воды, а также
ее уровня в аванкамере сравнительно
с расчетным проектным
В практике водоснабжения
не редки случаи, когда слой донных
наносов у водоприемника
При ухудшении проектных условий водоприема проводятся гидротехнические работы: строительство струенаправляющих дамб, уменьшающих вероятность поступления в водоприемник большого количества наносов и шуги, создание ковшей, перенос оголовков в более удобные для забора воды точки акватории и т.д.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Реконструкция – эффективный способ усиления и усовершенствования объектов для повышения их производительности и улучшения качества эксплуатации. При реконструкции реализуются скрытые и неиспользуемые производственные возможности объектов. Объекты, входящие в системы водоснабжения и водоотведения, технологически связаны, и часто реконструкция носит не локальный, относящийся только к данному объекту, характер, а выполняется в интересах всей системы. При реконструкции предусматривается выявление лимитирующих элементов, ограничивающих перевод объекта на требуемый производственный режим. Если установлены причины, по которым элемент оказался лимитирующим, пути решения задачи конкретизируются и сужаются. Проектное решение по реконструкции должно базироваться на знании закономерностей функционирования того или другого объекта. Необходимые технологические расчеты выполняются по общеизвестным методикам, согласно действующим нормативам. Проектирование должно быть многовариантным, с технико-экономическим сравнением и обоснованием оптимального решения.
Список литературы
1. Образовский, А.С. Водозаборные сооружения для водоснабжения из поверхностных источников / А.С. Образовский, Н.В. Ереснов, В.Н. Ереснов и др.; Под ред. К.А. Михайлова, А.С. Образовского. – М.: Стройиздат, 1976. – 368 с.
2. Плотников, Н.А.
3. СНиП 2.04.02.-84. Водоснабжение. Наружные
сети и сооружения.
– М.: Госстрой России, 1997.
4. Порядин, А.Ф. Устройство и эксплуатация водозаборов / А.Ф. Порядин. – М.: Стройиздат, 1988. – 182 с.
5. Николадзе, Г.И. Водоснабжение:
6. Порядин, А.Ф. Водозаборы в системах
централизованного водоснабжения / А.Ф.
Порядин. – М.: НУМЦ Гос. Экологии России,
1999.
– 338 с.

- Реконструкция водопроводных сетей
- Реконструкция Водопроводов
- Реконструкция волоконно-оптических линий связи
- Реконструкция ВОЛС
- Реконструкция городской среды и мероприятия для маломобильных групп населения согласно законодательству РФ
- Реконструкция доминантного состава "янтарного леса" по растительным включениям в сукцините
- Реконструкция жилых зданий с применением сборно-монолитных встроенных систем
- Рекомендації споживачу при придбанні ним неякісного товару
- Рекомендації щодо вдосконалення механізму залучення іноземних інвестицій в регіон
- Рекомендації щодо покращення використання виробничої потужності ПрАТ «Імпульс»
- Реконструкции жилой застройки
- Реконструкция
- Реконструкция
- Реконструкция башенной печи для отжига трансформаторной полосы