Прием воды из водохранилищ и озер

Все вопросы, связанные с проектированием и сооружением водохранилищ, методы регулирования речного стока, водохозяйственные расчеты, а также типы гидротехнических сооружений, применяемых при устройстве водохранилищ, рассмотрены в курсе «Гидрология и гидротехнические сооружения». Здесь даются лишь основные сведения о специфических особенностях водохранилищ как источников водоснабжения, о качестве воды водохранилищ и условиях их эксплуатации.

Для целей водоснабжения могут использоваться или специально построенные водохранилища или водохранилища, используемые одновременно для многих целей.

В результате развития гидроэнергетического строительства в нашей стране уже сейчас (когда имеющиеся гидроэнергетические ресурсы еще далеко не полностью использованы) наиболее крупные реки европейской части СССР превратились на значительной части своего протяжения в систему больших водохранилищ.

В маловодных районах Средней Азии, где относительно малый и неустойчивый сток местных рек не обеспечивает сколько-нибудь надежного снабжения потребителей водой, только строительство водохранилищ позволяет удовлетворить нужды орошения и водоснабжения.

Наконец, громадное количество относительно малых водохранилищ создано на небольших реках специально для целей водоснабжения.

Таким образом, в практике водоснабжения, основанного на использовании поверхностных вод, приходится все чаще встречаться с необходимостью приема воды из водохранилищ.

При проектировании и строительстве водоприемных (а также очистных) сооружений на водохранилищах необходимо учитывать измене ния, вносимые водохранилищем в естественный гидрологический режим реки, а также влияние его на качество речной воды и на сезонные колебания ее качества, особенно если вода предназначается для питьевых нужд.

Характер изменения уровней воды в водохранилищах существенно отличается от характера» изменений уровней воды в незарегулированной реке. В водохранилищах, сооружаемых для нужд гидроэнергетики и транспорта, колебание уровней воды обусловливается в основном запланированным режимом эксплуатации (сработки) водохранилища для указанных целей.

При устройстве водоприемных сооружений на крупных водохранилищах должны быть учтены возможные воздействия ветровых волн, явления сгона и нагона воды, береговые течения, ледовые явления, явления переформирования берегов водохранилищ, а также характер отложения наносов в чаше водохранилища.

Создание водохранилищ существенно влияет на основные характеристики качества речной воды. Прежде всего значительно снижается количество взвешенных веществ. Так, по проведенным наблюдениям количество взвеси снизилось в Клязьминском водохранилище (под Москвой) с 81 до 2—8 г/м3, в Цимлянском водохранилище (на р. Дон) с 168 до 20—40 г/м3; в Фархадском водохранилище (на р. Сырдарье) с 1645 до 60—100 г/м3 и т.д.1.

Таким образом, водохранилище служит громадным первичным отстойником речной воды.

Цветность воды водохранилищ обычно выше цветности воды их реки в естественном состоянии, поскольку заполнение водохранилищ происходит преимущественно паводковой водой, обладающей повышенной цветностью. Так, вода Рыбинского водохранилища имеет цветность 66° в феврале и 61° в августе, тогда как цветность воды р. Волги в естественном состоянии в эти же месяцы составляет соответственно 21 и 48°. В период половодья цветность речной воды, наоборот, часто оказывается выше, чем цветность воды водохранилища.

Большие водохранилища обычно оказываются менее засоренными сапрофитными бактериями, а также кишечной палочкой.

Образование водохранилищ часто способствует интенсивному развитию водорослей.

Санитарные качества воды водохранилищ в значительной степени зависят от тщательности и полноты проведения мероприятий по очистке ложа водохранилища до его заполнения К Объем работ по санитарной подготовке ложа крупных водохранилищ весьма велик.

Обычно сезонные колебания качества речной воды после создания водохранилища значительно сглаживаются.

При строительстве водохранилищ предусматриваются мероприятия по борьбе с их заилением, а также   эрозией почв в береговой зоне.

На крупных водохранилищах производятся большие работы по укреплению берегов в целях их предохранения от размыва волнением.

Для задержания поверхностного стока и улучшения его качества до поступления в водохранилища проводятся агролесомелиоративные мероприятия, в частности посадка в береговой зоне водохранилища защитных полос зеленых насаждений.

При использовании воды водохранилищ в целях водоснабжения следует учитывать возможность ее загрязнения от водного транспорта, лесосплава, а также в результате сброса сточных вод, распространение которых в водохранилищах существенно отличается от распространения их в реках.

Весьма ответственной задачей является выбор места забора воды из водохранилища. Очевидно, что водоприемник должен быть расположен в таком месте, где он может принимать наиболее чистую воду.

В месте расцоложения водоприемника должна быть обеспечена достаточная глубина, не должны происходить интенсивное выпадение наносов, размыв берегов, неблагоприятные ледовые явления, развитие водной растительности и т. п. В водохранилищах, используемых комплексно для различных нужд народного хозяйства, при выборе места забора воды для целей водоснабжения необходимо учитывать еще целый ряд факторов, связанных с характером эксплуатации водоема другими водопользователями: режим сработки водохранилища для нужд ГЭС, забор и сброс воды промышленными предприятиями, расположение и режим работы сооружений речного транспорта, лесосплав и т. п.

Выбору места расположения водоприемника должно предшествовать также тщательное изучение образующихся в водохранилище течений, которые обусловливают распространение поступающих в воду загрязнений.

В   1959 г.   Государственной  санитарной  инспекцией   утверждены   «Санитарные правила   по  подготовке ложа водохранилищ и каналов   к затоплению   и  санитарной  охране их»  обязательные для всех организаций, строящих водохранилища.

Для приема воды из водохранилищ могут быть использованы речные водоприемные сооружения  большинства  описанных  ранее типов.

В отдельных случаях водоприемные сооружения объединяются с гидротехническими сооружениями, построенными для создания водохранилища и его эксплуатации, для нужд гидроэнергетики или водного транспорта. Такие водоприемники конструктивно совмещаются с плотиной (путем устройства водоприемных шахт и галерей в теле плотины), с башнями донных водоспусков и т. п.

Однако чаще прием воды из водохранилища осуществляется отдельно стоящими водоприемными сооружениями.

Указанные выше особенности приема воды из водохранилищ и качества этой воды в определенной мере влияют на выбор типа водохра-нилищных водоприемников.

Интенсивная переработка берегов, обусловливающая образование широкой береговой зоны отложения наносов и зоны замутненной воды, часто приводит к необходимости вынесения места забора воды в водохранилище на значительное расстояние от берега (т.е. применение сооружений руслового типа).

Весьма значительные колебания уровней воды в водохранилище при его сработке для ГЭС делают рациональным применение комбинированных водоприемников, где вода может забираться и через самотечные трубы и через входные окна в передней стенке берегового колодца.

На IV.32 приведен пример водоприемника комбинированного типа, построенного на Куйбышевском водохранилище в условиях весьма больших (более 12 м) колебаний уровня воды. Основное сооружение, выполненное в виде железобетонной шахты, представляет собой береговой колодец, совмещенный с насосной станцией. При нормальном подпорном уровне (НПУ) и более высоких уровнях вода может поступать в береговой колодец через входные окна в его передней стенке. При низких уровнях прием воды осуществляется через специальный оголовок 1, вынесенный в бывшее (до затопления) русло реки и соединенный с береговым колодцем самотечными трубами 2 (от оголовка до промежуточного колодца 3) и сифонными трубами 4 (от промежуточного колодца 3 до берегового колодца 5). Длина самотечных труб 80 м, длина сифонных труб около 1000 м.

Трубы 4 работают как сифонные лишь при уровнях воды, близких к наинизшему уровню (при максимальной сработке водохранилища); при более высоких уровнях они превращаются в обычные самотечные линии.

Насосная станция оборудована центробежными насосами, подающими воду в напорные водоводы 6, а также вакуум-насосом 7 для зарядки сифонов.

В пределах изменений уровня воды берега и дно реки у оголовка укреплены хворостяным тюфяком с пригрузкой камнем 8 или бетонными плитами 9.

Устройство оголовка 1 (см. IV.32) показано на IV.33. Оголовок выполнен из вертикально расположенной стальной трубы /, заглубленной на 5 м в грунт. К этой трубе присоединяются самотечная труба 2 и отросток .3, служащий для обратной промывки самотечной линии. Отросток закрывается крышкой с клиновым запором и цепью 4. Вода поступает в оголовок через верхний конец стояка, оборудованный решеткой 5 по периметру и по торцу.

На водохранилищах находят применение водоприемники с аванкамерой открытого типа. На IV.34 показан пример устройства такого водоприемника для крупного промышленного предприятия. Учитывая вероятный характер переработки берега, водоприемник (совмещенный с насосной станцией) отнесен на 600 м в глубь берега; вода от водохранилища подводится к. нему по каналу: ширина по дну 3 м, коэффициент откосов пг = 2 и глубина воды 4 м (при нормальном подпорном уровне). Открытая аванкамера водоприемника оборудована наклонной сороудерживающей решеткой 1 и пазами для щитовых затворов 2. Из аванкамеры вода проходит под за-бральной стенкой и поступает во всасывающее отделение. Насосная станция оборудована четырьмя вертикальными пропеллерными насосами 3. Электродвигатели 4 установлены в наземном павильоне.

По напорным водоводам диаметром 1200 мм вода подается через камеру 5 в самотечный открытый канал, подводящий ее к потребителям. Отделение головной камеры 5 канала оборудовано щитовыми затворами 6, а концы   водоводов   снабжены   обратными   клапанами   7.

Кроме указанных типов водоприемных сооружений для забора воды из водохранилищ используют водоприемники островного типа, инфильтрационные, плавучие и др.

Условия приема воды из озер во многом подобны имеющимся на водохранилищах. Так, в крупных озерах необходимо учитывать наличие волнения,  взмучивания  наносов  в  прибрежной  зоне,  воздействия

волн на водоприемные   сооружения,   сгонов   и нагонов   воды. Как и в водохранилищах, в озерах  необходимо учитывать   специфические   условия загрязнения их воды сточными водами.

Берега естественных озер в отличие от берегов водохранилищ обладают стабильностью, а уровень воды в них не подвержен сколько-нибудь значительным колебаниям.

Пресьые озера широко используются как источники питьевого водоснабжения. Вне береговой зоны и на достаточно больших глубинах качество озерной воды с санитарной точки зрения часто оказывается весьма высоким.

На озерах находят применение водоприемные оголовки различных типов; иногда их выносят далеко в озеро для обеспечения приема воды возможно более высокого качества.

На крупных озерах находят применение также незатопляемые водоприемные оголовки (островного типа), иногда вынесенные в озеро на весьма большое расстояние от берега и соединенные с берегом водоводами, уложенными по дну озера. Конструкция таких оголовков должна быть рассчитана на сопротивление воздействию волн и льда.