Выбор места расположения и типа водозабора

Тип водозаборного сооружения в основном определяется особенностями используемого природного водоема, его гидрологическими и другими характеристиками. Важнейшими из них являются следующие:

- сезонные колебания уровня воды в реках;

- сезонные перемещения уреза воды;

- степень загрязненности воды;

- характер грунтов, слагающих русло реки, ледовые условия.

Исходя из гидрологических условий, водоприемные сооружения располагают в таких местах, где не осаждаются наносы и большая глубина реки, то есть у вогнутых берегов, при этом надо учитывать, что вогнутые берега реки подвержены размыву и разрушению, а прямые участки ненадежны из-за образования на них перекатов. Выбираемый участок русла не должен располагаться на перекате и не должен иметь резких местных сужений, перепадов, быстрин, забор (т.е. выходов скальных порогов в дне русла), островов, кос.

Водозаборные сооружения нельзя располагать у выпуклого берега, где происходит осаждение наносов, в местах возможного образования шуги и подводного льда, в акватории движения судов, плотов, в створе движения наносов, в зонах зимовья рыбы и т.д.

У места водозабора должны быть спокойные и благоприятные топографические формы берега без крутых косогоров, заливаемых пойм, оврагов и т.д. Водозаборы нельзя располагать в зоне затопления наземных сооружений паводковыми водами, в сейсмических и других районах, где возможны оползневые явления, в результате которых происходит разрушение сооружений.

В зависимости от сочетания показателей условия забора воды из поверхностных источников принято делить на легкие, средние, тяжелые и очень тяжелые. В данном проекте водоисточник с легкими условиями забора воды – мутность не превышает 500 мг/л, русло и берег устойчивые, толщина льда до 0,8 м, внутриводный лед отсутствует, малое количество сора.

Водозаборы различают по производительности – малой (до 1 м³/с), средней (от 1 до 6 м³/с) и большой (более 6 м³/с). Проектируемый водозабор малой производительностью (Q = 181,015 м³/ч = 0,05 м³/с)

Общая схема водозаборных сооружений из поверхностных источников водоснабжения имеет два типа (береговой и русловой), которые различаются между собой местом забора воды относительно берега.

Наиболее распространены две компоновки - совмещенная и раздельная,

отличающихся расположением насосной станции относительно берегового колодца.

Предпочтение следует отдавать схемам руслового и берегового с совмещенной компоновкой.

В соответствии с исходными данными целесообразнее проектировать водозаборное сооружение берегового типа, так как берег крутой, и с совмещенной компоновкой, так как они более надежны в работе.

По данным СНиП 2.04.02-82^* водозабору соответствует 1-ая степень надежности забора воды и 2-ая категория надежности подачи воды.

Расчет входных окон

Прием воды из реки в береговых водоприемниках производится через входные окна. Они оборудуются сороудерживающими решетками.

Площадь водоприемных отверстий определяется при одновременной работе всех секций водозабора (кроме резервных) и вычисляются по формуле:

(4.1.)

где - площадь входных отверстий (брутто) водоприемника, м²;

Q_p - количество забираемой воды, м³/с;

- скорость втекания воды в водоприемные отверстия, отнесенная к их

сечению в свету, м/с; для береговых незатопленных водоприемников

0,1 – 0,3 м/с;

1,25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий;

К - коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решетки;

Коэффициент стеснения отверстий стержнями решетки вычисляется по формуле:

К = (а + c) / а (4.2.)

где а - расстояние между стернями в свету, мм;

c- толщина стержней, мм.

К = (50 + 6)/50 = 1,12

Общее количество рабочих окон:

n = k* m * i (4.3.)

где k – количество водоприемников;

m – количество секций одного водоприемника;

i – количество входных окон одной секции;

n = 2 * 1 *1 = 2

Площадь одного окна (решетки):

(4.4.)

По величине выбирается решетка стандартных размеров. Выбрана решетка с размерами L=400 мм и Н=600мм.

Для нее уточняется коэффициент стеснения отверстий К по формуле (4.2) и вычисляется фактическая площадь (брутто):

(4.5.)

где В – ширина окна, м;

Н – высота окна, м.

К = (50 + 6)/50 = 1,12

Фактическая скорость втекания воды в водоприемные отверстия проверяется на допустимые значения:

м/с (4.6.)

м/с

Водоприемные отверстия следует размещать таким образом, что бы в них не попадали донные наносы. С этой целью низ водоприемных отверстий должен располагаться не менее чем на h₁ = 0,5 м выше дна водоема.

Во избежание захвата воздуха верх водоприемных отверстий должен располагаться на глубине не менее h₂ = 0,3 м ниже ложбины волны. Поэтому по летним условиям минимальная глубина воды в реке в месте установки водоприемника:

H_л = h₁ + h + h₂ + 0,5*a, м. (4.7)

где h - высота водоприемного окна, м.

а - амплитуда волны, м.

Н_л = 0,5 + 0,6 +0,3 + 0,5*0,6 =1,7 м

Во избежание повреждения водоприемника льдом верхняя точка его должна располагаться на глубине не менее h₄ = 0,2 м под нижней кромкой льда. Поэтому по зимним условиям минимальная глубина реки в месте установки водоприемника:

H_з = h₁ + h + h₃ + h₄+ б, м. (4.8.)

где h₃ - конструктивный размер (расстояние от верха водоприемного отверстия до верхней точки сооружения), м. Для данной решетки h₃ = 0,17 м.

б – толщина льда.

H_з = 0,5 + 0,6 + 0,17+0,2 + 0,8 = 2,27 м.

По летним и зимним условиям определяются отметки дна реки и выбираем наименьшую из них:

, м; (4.9.)

, м. (4.10.)

где УНВ_л – уровень низких вод летом, м;

УНВ_з – уровень низких вод зимой, м.

м;

м;

Расчет берегового колодца

Береговые колодцы выполняются железобетонными и состоят из двух отделений: приемного и всасывающего. В приемное отделение вода поступает через входные окна. Из всасывающего отделения вода забирается насосами первого подъема по всасывающим трубам. Над колодцем устраивается служебный павильон. В данном проекте береговой колодец совмещен с насосной станцией первого подъема.

Приемное и всасывающее отделения колодца отделяются друг от друга перегородкой с сеткой, предназначенной для механической очистки воды. Могут использоваться плоские (подъемные) сетки и вращающиеся. Последние рекомендуется применять при производительности водозабора более 1 м³/с. В данном проекте выбраны плоские решетки, так как производительность водозабора меньше 1 м³/с (0,05 м³/с).

Расчет сеток аналогичен расчету сороудерживающих решеток входных окон. По условиям бесперебойности работы количество сеток принимается не менее двух. Скорость в отверстиях сетки принимается в пределах 0,2-1,2 м/с, диаметр проволоки сеток 0,4-1,2 мм, размеры ячеек в свету от 0,3 х 0,3 до 5 х 5 мм.

К = ((а + c) / а)²= ((2+1)/2)²=2,25 (4.11.)

(4.12.)

Площадь одного окна:

(4.13)

Выбирается сетка стандартных размеров и высчитывается фактическая скорость:

м/с

Итак, выбраны 2 рабочие и 2 резервные сетки с размерами окна 0,4м х 0,4м, размером рамки 0,53м х 0,53 м, с ячейками 2мм х 2мм, диаметр проволоки 1,2 мм, скорость 0,44 м/с.

По результатам расчета вычисляются минимальный и максимальный уровни воды в приемной камере:

(4.14.)

где УНВ – уровень низких вод в водоеме, м;

h_макс – потеря в решетке, 0,05м;

(4.15.)

где УВВ – уровень высоких вод в водоеме, м;

Колебание уровней воды в приемной камере:

(4.16.)

Глубина берегового колодца:

H_k=h+h₁+h₂+h₃, м; (4.17.)

где h – рабочая высота сеток;

h₁ – колебание уровней воды в приемной камере, м;

h₂ – толщина слоя осадка, скапливающего перед сеткой, м. Обычно принимается до 1 м;

h₃ – высота свободного пространства между верхним уровнем воды и перекрытием колодца, м, обычно принимается 1 – 1,5.

H_k=0,4+8+1+1=10,4м.

Отметка дна берегового колодца:

(4.18.)

Потерю напора в сетке с учетом ее загрязнения рекомендуется принимать h_с =0,15 – 0,3 м. На эту величину уровень воды во всасывающем колодце оказывается меньше соответствующего уровня в приемной камере:

(4.19)

(4.20)

Расчет всасывающих линий.

Количество всасывающих линий насосов первого подъема обычно принимают равным числу установленных насосов. Диаметр всасывающих линий определяется исходя из допустимой скорости воды, значение которой рекомендуется принимать в диапазоне 1,2 - 2 м/с.

Для улучшения условий всасывания входные концы труб оборудуются приемными воронками ( раструбами ), с углом конусности 8 ⁰– 16⁰. Принимаем 2 рабочих насоса и 1 резервный насос марки К100/50. (Q=100м³/ч, Н=50м)

Расход воды по одной линии:

(4.21)

Диаметр трубы определяется по справочным таблицам, исходя из допустимых скоростей, значения которых по СНиП составляет u = 1,2 – 2 м/с, или вычисляется по формуле:

По ГОСТ 10704–91 принимаем стальную трубу с наружным диаметром D_нар = 159 мм и толщиной стенки δ = 5 мм. Внутренний расчетный диаметр

Фактическая скорость воды:

(4.22)

Расчет потерь напора выполняется для двух режимов работы: нормального и аварийного. Длина всасывающей линии 3 м. Общая потеря напора на расчетном участке при нормальном режиме (работают все линии)

h = h_дл + h_м (4.23)

Потери напора по длине можно определить по формуле Дарси-Вейсбаха:

; (4.24)

;

В число местных сопротивлений входят:

- сужающий переход ( =0,25);

- колено ( =1);

- поворот на 90⁰ ( =0,5)

- задвижка ( =1).

Местные потери напора определяют при аварии по формуле:

(4.25)

Общая потеря напора:

При аварийном режиме принимается, что одна из линий выключена, но допустимо снижение общей производительности, которая в данном случае

составляет

м³/с;

где - допустимое значение снижения производительности, принимаемое по СНиП и обычно составляющее 0,3 ( СНиП допускает снижение производительности при авариях до 70% от расчетной).

м³/с;

Расход воды по одной из линий в аварийной ситуации составит:

, м³/с

Следовательно:

м/с,
Общая потеря напора при аварии

:

h_а = h_дл.а + h_м.а

где h_дл.а – потери напора по длине при аварии, м;

h_м.а – местные потери напора при аварии, м.

Потери напора по длине при аварии определяются по формуле:

;

Местные потери напора определяют при аварии по формуле:

Общая потеря напора при аварии:

Насосная станция

Максимальная допустимая отметка оси насосов определяется соотношением

м; (4.25.)

где z_вк – наименьшая отметка уровня воды во всасывающей камере, м;

H_вс – допустимая высота всасывания насоса, м.

м.

Отметка пола насосной станции:

м; (3.44)

где h_н – высота насоса от плоскости опорных лап до его оси, м;

h_ф – высота фундамента под насос, м.

м.