Для приема воды из поверхностных источников и глубинных слоев устраиваются водозаборные сооружения. Их располагают на берегах водохранилищ, рек, озер. Для промышленных целей используются сооружения на берегах морей с последующей подачей в напорный трубопровод. Если в приморских районах отсутствует пресная вода, то применяют систему опреснения и очистки морской воды в соответствии с экономическими и техническими обоснованиями.
Для извлечения воды из подземных течений устраивают сооружения глубинного типа с применением насосной системы. Береговые сооружения при колебании уровня воды в водоеме строят на искусственно созданных основаниях, сваях, фундаменте для защиты станции от ледохода и плавающих предметов. По способу расположения водозаборные сооружения бывают береговыми, специальными и самотечными (русловыми).
Разновидности станций
Русловые станции самотечного типа сооружают на берегу неглубокого водоема с небольшим пологим спуском и слабым грунтом. Их конструкция предусматривает приемный колодец, трубопровод со свободным течением, оголовок, защищенный решеткой. Полученная вода посредством системы насосов подается в напорный трубопровод для дальнейшего использования. Оголовки устраивают полностью погруженными, затопляемыми только при разливе, или поверхностными. Насосная станция работает вместе с водоприемником или устанавливается как самостоятельное устройство.
На крутых берегах водоемов предусматриваются водозаборные сооружения берегового типа, которые в конструкции не содержат оголовков и трубопроводов. Забор воды обеспечивается через отверстия, так как ее уровень позволяет это сделать при любых условиях. Береговой колодец устраивают на полметра выше самого высокого поднятия уровня воды, обязательно ставится насосная станция. Если этот показатель в реке значительно колеблется, тогда колодец имеет несколько раздельных секций в соответствии с числом линий всасывания. Верхние окна служат для сбора поверхностного слоя во время паводка, что дает возможность принимать чистую жидкость.
Специальный тип водозаборных станций применяется в случае потребности в большом объеме жидкости или если климат предполагает постоянную борьбу с ледовыми корками. В таких водозаборах устраивают искусственный ковш по типу канала. Его размеры определяются в зависимости от скорости всплывания глубинных оледенелых глыб. Ковши с низовым приемом ставят по течению устья для приема придонных течений и борьбы с глубинными льдинами. Ковши с верхним входом предназначаются для установки в устье против течения и служат для приема поверхностной осветленной жидкости. Такие типы водозаборных сооружений позволяют вкапывать ковши в береговую породу на глубину до 3,5 м или выносить их в речное русло, отделив дамбой.
При помощи сооружений для фильтрации и очистки получают хорошо осветленную жидкость в паводок или ледоход. Перед подачей в напорный трубопровод влага фильтруется через толстый слой гравийных и песчаных слоев, естественно расположенных на дне или берегах, только потом принимается шахтными, трубчатыми или горизонтальными приспособлениями.
Если требуется обеспечить временную поставку воды, строят плавучие или передвижные водозаборные сооружения. Для расположения передвижных станций на берегу водоема предусматривают рельсовые пути с наклоном, по которым они перемещаются в зависимости от уровня подъема воды. Плавучие сооружения устраивают на зафиксированных якорем баржах или понтонах. К недостаткам временных водозаборов относится то, что все трубопроводы изготавливают из гибких материалов, а это ведет к их преждевременной порче и неудобству использования в ледоходный период.
Для извлечения влаги из гравийных и песчаных грунтов верхнего безнапорного горизонтального слоя устраивают шахтные колодцы. Материалом для них служит бетон на металлическом каркасе. Вода поступает в приемники через отверстия в стенах и полу. Дно колодца оснащается обратным фильтрующим слоем, состоящим из песка толщиной до 0,6 м и нескольких слоев гравия общей толщиной до 0,15 м. Над поверхностью грунта колодец выступает на 0,8 м. Стены защищаются замком из глины толщиной до 0,5 м, который уходит под землю на 0,3-1,2 м. Обязательно устраивается примыкающая бетонная отмостка с уклоном от стен шириной 1-1,5 м.
Работа водозаборных сооружений в северных районах осложняется суровым зимним климатом, когда замерзают открытые водоемы. Сооружения используются только в период таяния льда. Северные местности характеризуются почти полным отсутствием подземных источников, редкие воды содержат большое количество минералов и для питья малопригодны. Поступление в зимний период влаги скудное, поэтому ее берут из слоев, расположенных под замерзшим грунтом. Для увеличения уровня воды в водоемах устраивают искусственные плотины и расширяют площадь водохранилищ, таким образом, способствуя регулируемой подпитке рек и озер из подземных незамерзающих источников.
Виды источников
Забор воды для использования в городах и селах осуществляется из поверхностных и подземных слоев. Водоносные слои в толще грунта бывают напорными и безнапорными. Горизонтальные слои у поверхности или в толще рек, озер называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенным загрязнением и перед поступлением в напорный водопровод обязательно подвергаются очистке.
Напорные воды полностью заполняют горизонтальные пласты, располагаются ниже соседних водоемов или служат для их подпитки. Артезианские источники имеют ценные чистые воды, для их извлечения устраивают такие типы водозаборных сооружений, которые в конструкции не содержат очистных приспособлений. В колодце для приема воды из напорного горизонтального слоя существует условная линия подъема жидкости, совпадающая с уровнем поверхности ближайшего водоема. Если такая линия проходит выше поверхности грунта, то влага изливается из колодца, который носит название артезианского.
Напорные и безнапорные воды, просачивающиеся на поверхность грунта, образовывают нисходящие и восходящие ключи, поставляющие воду высокого качества, которая используется для питьевых целей без применения дорогостоящих систем очистки. Качественные показатели источника, такие как мощность, глубина залегания, насыщенность минералами, используют для выбора типа строения водозаборной станции. При этом учитывают технико-экономические соображения и потребность в определенном типе жидкости (для промышленных, питьевых, хозяйственных нужд).
Условия выбора места расположения
Строительство водозаборных сооружений основывается на прогнозах свойств жидкости из выбранного источника, необходимости переоборудования береговой зоны, переформирования русла реки или другого водоема и гидротехнических условий работы. При изменении уровня воды более 6 м и крутом склоне берега, достаточном для нормального поступления воды, строят совмещенные береговые сооружения.
Если планируется средняя производительность, ввиду малой высоты подъема воды совмещают водозаборы с насосными комплексами. Водоприемники раздельного типа строят при требуемой малой производительности и большой глубине водоема. Если колебание поверхности воды - менее 6 м, глубина небольшая, тогда используют русловый тип водозабора с насосной станцией в конструкции берегового приемника.
Гидравлический расчет
Для определения оптимальных параметров трубопровода применяется гидравлический расчет. Принимают во внимание пропускную способность труб и других элементов за весь расчетный срок действия. Расход воды определяют как потребность в ней во время максимального разбора подключенными потребителями. Исходя из этих данных высчитывают диаметры труб, необходимых для экономически выгодного пропуска заданной массы с наименьшими потерями.
Делают аксонометрическую схему с указанием направления от ввода до присоединенного водоразборного узла, выбирая расположение с наименьшим числом поворотов. Рассчитываются длины участков от одной узловой точки до другой, принимая во внимание количество точек разбора жидкости. Диаметр труб меняется на другом участке, в пределах одного участка трубы предусматривают одного размера. Строительство водозаборных сооружений выполняют после полного гидравлического расчета.
Очистительные сооружения
Определяют качество воды, исходя из таких показателей:
- физических свойств, таких как мутность, наличие привкуса, цвет, запах, температура;
- химических качеств, характеризующих способность к окислению, жесткость, активную реакцию, содержание минеральных веществ;
- бактериологических свойств, которые показывают степень зараженности бактериями, попадающими в воду из близлежащих канализационных стоков, выпадающих осадков, испражнений животных.
Питьевая вода находится под пристальным вниманием. Требования к качеству жидкости для бытового использования стандартизированы и содержатся в ГОСТ Р51232 – 1998. В документе учтены требования к химическим, физическим и бактериальным показателям. Если чистота получаемой воды не соответствуют приведенным нормативным данным, то строят водозаборные очистные сооружения. Наиболее распространенными методами очистки признаны обеззараживание и осветление. Для осветления применяют фильтрацию и отстаивание несколькими этапами, в результате чего примеси оседают на дно. Бактерицидное облучение, нормированное хлорирование, озонирование используют для избавления от патогенных микроорганизмов.
Получение воды из подземных источников
На выбор водозаборной станции для приема жидкости из подземных слоев влияют глубина расположения и мощность слоя. Сооружения делятся на четыре вида:
- скважины водозабора;
- шахтные колодцы;
- водозаборы горизонтального действия;
- капотажные устройства.
Водозаборные сооружения подземных вод в виде скважин или трубчатых колодцев применяют для извлечения жидкости из пласта на глубине свыше 10 м. Строительство заключается в бурении скважины и укреплении стенок обсадными трубами. Постепенно с набором глубины уменьшается диаметр труб. В нижнюю часть отверстия устанавливается фильтр, а на поверхности, над скважиной, строят смотровую камеру. Если напор водоносного слоя достаточно сильный, вода поднимается на поверхность под давлением, в противном случае влага подается наверх с помощью насосов.
Сооружения по типу шахтных колодцев служат для приема воды из глубины свыше 30 м. Стенки колодца - бетонные, кирпичные или деревянные, часто используют готовые унифицированные элементы, последовательно устанавливающиеся один на другой. В нижней части стен и дне колодца предусматривают отверстия для естественного поступления жидкости. На дне делают фильтрующий слой из песка и щебня. При увеличенной потребности в воде организуют несколько шахтных колодцев, соединенных между собой сифонами с водосборником, откуда насосами влага подается в водопровод.
Подземные водозаборные сооружения горизонтального действия служат для сбора влаги на небольшой глубине. Их выполняют на глубине до 8 м из стандартных железобетонных или керамических элементов с отверстиями или щелями в боковых поверхностях. Простейшие горизонтальные типы делают из прореженной кирпичной или бутовой кладки, для профилактического обслуживания предназначены смотровые камеры через каждые 100 м.
Капотажные камеры служат для забора воды из ключей. Они представляют собой простейшие шахтные колодцы, устраиваемые над местом появления воды на поверхности. Для получения жидкости из нисходящих ключевых источников делают капотажные камеры для сбора влаги через вертикальные стенки по типу горизонтального водозабора.
Сбор воды из источников на поверхности
При таком способе водозабора осуществляются меры по бесперебойному получению влаги в течение года. Для этого сооружение располагают ближе к потребителю на устойчивом, наименее загрязненном месте берега, строят выше промышленных заводов и участков канализации. Водозаборные сооружения из поверхностных источников устраивают с учетом возможного поворота русла реки со временем. Элементы системы располагают так, чтобы после образования ледяного покрова зимой до верха сооружения оставалось не менее 0,3 м, а низ водоприемника не доходил до дна реки на 1 м.
Водозаборные сооружения часто строят по совмещенному принципу двух и более видов, это определяется характеристиками водоема и требуемым объемом потребления. Перед началом эксплуатации система проходит техническое испытание. Поверхностные водозаборные сооружения переезд запуском промывают водой со скоростью 1 м/с. Бытовые водопроводы хлорируют для дезинфекции.
Устройство наружных водопроводных сетей
Наружная система включает в себя главные магистрали и второстепенные ответвленные линии. В качестве материала труб применяют экологически чистые компоненты, выбранные по условиям ГОСТа. Между заборной станцией и напорным водопроводом жидкость проходит по очистным сооружениям, отстаивается в резервуарах и с помощью регулирующих устройств направляется к потребителю. Диаметр труб главной магистрали принимается по данным гидравлического расчета, а ответвленные диаметры применяются с учетом пожарного пропускаемого расхода жидкости.
Устройства для подъема воды
Насосные комплексы ставят в цепи движения воды для преобразования энергии двигателя в гидравлическую энергию передающейся жидкости. С помощью этих устройств влагу поднимают на нужную высоту, подают на большие расстояния и заставляют перетекать в замкнутой системе водопровода, что и подразумевает эксплуатация водозаборных сооружений. Выбор насосов для комплексного обслуживания водозаборных сооружений осуществляется в зависимости от типа двигателя, мощности, напора, коэффициента полезного действия и других показателей. Наиболее распространенными в применении являются центробежные насосы, которые имеют достаточно преимуществ перед другими типами.
Резервуары и водонапорные башни
Для достижения давления в сети водопровода и для поднятия жидкости на высотные этажи служат водонапорные башни, которые работают по физическому принципу сообщающихся сосудов. Резервуар бака в башне рассчитывается на объем воды, который регулирует подачу жидкости потребителям в течение определенного времени, если выйдут из строя водозаборные сооружения из подземных источников.
В баке водонапорной башни хранится запас воды, необходимый для экстренного пожаротушения в течение 10 минут после возгорания. Водонапорная башня в конструкции содержит бак, поддерживающую основу, выполненную на высоту самого высокого здания в населенном пункте. В северных районах устраивается утепляющий кожух, а в южных делается только покрытие над баком.
Резервуары для хранения воды ставят в различных местах водопроводной системы, служат они для хранения запасов жидкости. Объем баков зависит от их назначения и потребности в насыщении водой напорной системы потребителей. Материалом для сооружений служит обожженный кирпич, различные виды естественного камня и железобетон. По форме различают круглые и прямоугольные резервуары. Перекрытие выполняется монолитным или сборным способом.
Ремонт подземных и подводных трубопроводов
Устройство водозаборных сооружений с протяженным трубопроводом после некоторого периода эксплуатации требует периодического ремонта и обслуживания. Иногда пропускная способность водопровода уменьшается из-за отложения в трубах засорений и наслоений. Его прочистка проводится периодически, в легких случаях достаточно промывки обратным или прямым током воды. При более сложных случаях используют скребки или ерши.
Извлекать поврежденный трубопровод на поверхность – работа хлопотная и дорогостоящая. Поэтому для очистки сконструирован специальный прибор, перемещающийся внутри трубы. Устройство передвигается, а вращающиеся жесткие щетки удаляют наслоения на стенках. Для очистки трубопровода, из которого удалена жидкость, делают грузила, не дающие конструкции из труб всплывать на поверхность.
Для удаления сложных разрывов или пробоин в трубах их поднимают на поверхность, а после замены испорченного участка повторно опускают на дно. Не слишком сложные повреждения ремонтируют при помощи подводной сварки.
В заключении следует отметить, что устройство водозаборных сооружений требует специальных знаний, позволяющих определить тип сооружений, выбрать место и расстановить конструктивные узлы. Но так как современные потребители не видят своего существования без живительной влаги, то со временем появляются новые конструктивные решения и идеи для извлечения воды из недр планеты.
