Объем мерзлотно-геологических исследований

Объем мерзлотно-геологических исследований зависит от сложности, мощности проектируемых водопроводных объектов, стадии проектирования, района Севера (характер мерзлоты, мощность, термический режим, устойчивость во времени, виды и мас­штаб мерзлотных явлений и процессов, географическая зона -  северная, центральная или южная). Северная зона - районы сплошного распространения вечной мерзлоты занимает территорию выше геоизотермы -5 °С. Центральная зона (между геоизотерма­ми -5(-1) °С определяется прерывистым расположением вечной мерзлоты. Южная зона располагается между геоизотермами 0(-1) °С; для нее характерно островное распрост­ранение вечномерзлых толщ.

При изысканиях под объекты водоснабжения выявляются геокриологические осо­бенности мерзлоты в полевых условиях: генезис, литология мерзлых толщ, их мощ­ность и площадь распространения, криогенная текстура, льдистость, формы ледяных включений, мощность и состав пород деятельного слоя, наличие и типы подземных вод, их состав и др. Кроме того, в полевых условиях определяют физические, теплофизиче­ские и механические свойства вечномерзлых грунтов.

При наличии схем водоснабжения в зоне мерзлоты следует учитывать:

• мерзлотно-гидрологические, гидрогеологические условия организации водоснаб­жения и прогноз их изменения; мерзлотно-гидрологические характеристики водоисточ­ников и т.д.;
• преимущественное использование подземных или подрусловых вод, особенно для первоочередного строительства. Создание водохранилищ при невозможности полу­чения воды из естественных поверхностных источников правомерно лишь при соответ­ствующих технико-экономических обоснованиях;
• максимальное использование существующих сооружений, их реконструкцию и интенсификацию (прокладка дополнительных водопроводов, замена традиционных технологий более прогрессивными, интенсификация работы сооружений и др.);
• возможность развития водопроводов и сооружений с обеспечением наиболее эф­фективного использования капиталовложений без перебоев подачи воды при выполне­нии реконструкции и расширении систем;
• наиболее целесообразную при минимизации затрат энергии на защиту элементов системы от перемерзания компоновку сооружений в плановом и высотном отношениях, обеспечивающую на основе технико-экономических сравнений наиболее экономичные решения;
• все технологические (количество водопотребителей, объемы и режимы водоподачи, требуемые напоры, качество воды и проч.) и местные мерзлотно-климатические и гидрологические условия, диктующие выбор источников, способы и конструкции про­кладок водопроводов, степень обработки и подогрева воды и др.;
• требование приближения источников водоснабжения и энергобеспечения к по­требителям.

Схемы водоснабжения и отдельные элементы на Севере могут быть весьма различными в зависимости от мерзлотно-климатических условий и технико-экономических соображений. Основополагающими при этом являются водоисточник, его расположе­ние относительно потребителя, хозяйственно строительные возможности водообеспечения. Мощность и режим водоисточников определяют не только схему водоснабжения, но и конструкции всех сооружений, условия и стоимость их строительства и эксплуатации. Правильный выбор схем водоснабжения дает значительные резервы экономики капиталовложений, материальных и трудовых затрат.

Для поселений целесообразнее добыча подрусловых вод, а также фильтрационных вод из водохранилищ на перемерзающих реках. Сложнее получить поверхностные воды незарегулированных источников. В настоящее время все более увеличивается ориентация на специально создаваемые водохранилища, пруды и водоемы-копани. При выборе воды из любых источников должны учитываться возможность резкого сокращении их глубин и  расходов, высокая вероятность перемерзания. Наиболее надежны схемы, бази­рующиеся на комбинированных водозаборах с приемом и поверхностных, и подручных вод. Эти схемы и наиболее экономичны, так как упрощается водоочистка и можно широко использовать более доступные поверхностные источники, несмотря на необходимость в ряде случаев их регулирования.

Различия схем водоснабжения обусловлены надежностью водоисточников, набором сооружений, степенью соответствия условиям эксплуатации, сложностью обеспечения теплового режима элементов системы. Схемы водоснабжения из перемерзающих рек с забором воды из подрусловых отложений или из искусственно созданных фильтрующих слов с регулированием поверхностного и подруслового стока наиболее распространены и перспективны на Севере для относительно малых объектов . Водохранилища здесь не только аккумулируют поверхностный сток, но и обводняют подрусловые водовмещающие отложения, улучшая гидротерметику отбора и очистки воды. Эти схемы испытаны временем, некоторые из них эксплуатируются свыше 40 лег

Зa счет подрусловых вод надежно решается водоснабжение даже крупных городов в  различных зонах Севера (Якутск, Алдан, Тында и др.).

Схема, представленная ниже,  достаточно типична при водоснабжении объектов равнинно-тундровой зоны. Создание запасов воды на бессточный период (ноябрь , май) обеспечивается устройством пруда-копани, оборудованного системой фильтрующих сооружений для очистки забираемой воды, и ледохранилища в качестве резервного источника. Водозабор в течение года осуществляется из пруда, вода из ледохранилища отбирается  при расплавлении льда с помощью пара, теплой воды или электрокабелей.

Широко распространены на северо-востоке схемы организации водоснабжения крупных предприятий и поселков из водохранилищ на перемерзающей реке. В качестве дополнительного источника создают водоемы-копани, из которых подпитывают основные водохранилища. Создание водохранилищ часто нецелесообразно из-за неблагоприятных к мерзлотно-гидрологических условий. Водозаборы чаще всего выполняются в виде фильтрующих ряжей. Забираемая вода очищается и обеззараживается на очистных станциях, сблокированных с насосами станциями II подъема, тепловыми пунктами  и резервуарами, очищенная вода подается лишь на хозяйственно-питьевые нужды; на технологические цели вода рт фильтрующих водозаборов идет без очистки.

Схема водоснабжения поселков в бассейне р. Индигирка показывает возможность получения воды из основной реки с достаточным расходом. Необходимый запас воды приходится создавать устройством на перемерзающем ручье подпорной дамбы и обвалований от подтопления основной реки Указанные на рисунке схемы перспективны для водоснабжения предприятий и пионерных поселков при правильном учете особенностей местности и режима водоисточников. В практике применяются и другие схемы, отличающиеся набором сооружений, степенью надежности и гибкостью функционирования. Преобладание на Севере комплексных промышленно хозяйственно питьевых водопроводов предполагает резкую сезонную неравномерность водопотребления. Поэтому целесообразно подавать большие расходы воды на технологический нужды летом по сборно-разборным трубопроводам больших диаметров из полимеров, легких сплавов и проч. Сезонные поверхностные водопроводы существенно упрощают и удешевляют водообеспечение крупных объектов.

Схемы водоснабжения из перемерзающих водотоков с регулированием подрусловых вод

1 - ручей; 2 - водоприемный колодец; 3 - фильтр; 4 - фильтрующая дамба; 5 - самотечно-всасывающие трубы (250 мм); 6 - санитарная юна; 7 - насосная станции; 8-  тепловой пункт; 9 - водопровод с теплосетями; 10 - водоводы; 11 - поселок; 12 - резервуар, 1000 м³; б глухой плотной: 1 - река; 2 водозабор-насосная; 3 - водоводы (219 мм); 4 - посе­лок; 5 - ручей; 6 - резервуар, 300 м³; 7 - резервуар, 1000 м³; 8 -острова; 9 -  глухая плотина; водосборная дрена; 11 -  ограда; в - мерзлотной завесой: 1 -  шпора; 2 - река; 3 - мерзлотная завеса; 4 - замораживающие устройства; 5-  дренаж; 6 - насосная станция; 7 -  водовод; 8 -  колод­цы; 9 -  пожарный резервуар, 300 м³; 10 -  противопожарная станция; 11 -  котельная; 12 - дублирующий водовод; 13 -  фильтр; 14 -  дублирующий водозабор; 15 -  островной массив; 16 - жилая зона; 17 -  разводящая сеть; 18 -  промзона.

Схемы водоснабжения подрусловыми водами крупных рек

а - из скважин; б - из подрусловых галерей: 1 -скважины; 2 - резервуары; 3 - река; 4 - остров; 5 водоводы; 6 - циркуляционная насосная станции; 7 -гидроциклоны; 8 - водоразборные колонки; 9 - грани объекта; 10 - водобудки; 11 - тупиковые участки; 12 - пожарный резервуар; 13 - дюкер; 14 - кольцевой водопровод; 15 - подземные напорные емкости ( по 1500 м³); 16 - озеро; 17 - летний водозабор; 18 - летний водопровод; 19 - рабочая галерея; 20 - дублирующий водозабор.

Суровый климат, вечная мерзлота, особенности мерзлотно-гидрологического и гидрогеологического режимов водоисточников позволяют создавать ресурсосберегающие технологии. Возможными путями рационального использования сурового климата и мерзлотных факторов являются:

1. Использование льда для теплоизоляции сооружений и водопроводов в холодный период года. Высокие теплоизоляционные свойства льда, наносимого на наружные поверхности сооружений и трубопроводов, позволяют ограничиться их минимально необходимой стационарной теплоизоляцией, т.е. снизить их термическое сопротивление и стоимость. Доказано, что обледенение внутренних поверхностей водонапорных башен и резервуаров обеспечивает защиту от незамерзания всей воды в емкостях. Используется в качестве меры теплозащиты внутритрубное оледенение водоводов, получившее солидное теоретическое обоснование и аппаратурное обеспечение. В последние годы разработаны теоретические основы и технические средства изучения пористого льда для теплозащиты больших площадей (акваторий водозаборов, подрусловых береговых отложений и проч.) и создание больших массивов льда. Отработана технология ускоренного намораживания льда методами дальноструйного дождевания. На базе серийных насосных станций СНП - 50/80 (СНП - 75/100) в Сибирском НИИ гидротехники к мелиорации разработана установка для ускоренного намораживания льда различной плотности. Плотность фирного льда обеспечивается от 0,2 - 0,3 до 0,6 - 0,75 г/см³.
2. Создание ледовых подпорных сооружений для водоснабжения, обводнения (пло­тины, дамбы, льдохранилища и проч.) и накопления запасов воды практически апроби­ровано в сельских районах Якутии в 1984-1985 гг. Глухая ледовая плотина с напором до 6,0 м изо льда плотностью 0,6-0,7 г/см³ с предотвращением фильтрации через ее тело имеет полимерный пленочный экран. Без дополнительных мероприятий по теплоизоля­ции ледовая плотина устойчиво работала 2025 суток, обеспечив заполнение паводковы­ми водами ближайших озер и стариц, обводнение прилегающих пастбищ.

3. Регулирование русел водотоков и их насосного режима в зимнее время. Оно пре­дусматривает управление подледным потоком, защиту берегов и островов от размыва, регулирование наносов и проч. с помощью струенаправляющих дамб и шпор, возводи­мых изо льда за счёт естественного холода, струенаправляющих элементов, устанавливаемых на поверхности льда, и др.

4. Использование естественного холода вечномерзлых недр и атмосферы при строительстве водопроводных сооружений: укрепление оснований сооружений замораживающими установками-термосифонами, промораживание таликов и плывунов, вымори котлованов под водозаборы и береговые колодцы, создание противофильтрационных  мерзлотных завес и др. Широкое распространение получили в практике северного строительства замораживающие установки С.И. Гапеева, применяемые и для решении задач водоснабжения.
5. Создание в вечномерзлых массивах полостей (емкостей) для хранения шин хозяйственно-питьевых вод, консервации сточных вод и жидких отходов, хранении реагентов и т.д. Горные выработки, образуемые, как правило, средствами гидромеханизации, достигают значительных объемов. Существуют методики теплотехническою рассчета таких полостей при различных наполнениях водой, а также условий замерзания водных масс или поддержания их в жидком состоянии.
6. Охлаждение оборотных и циркуляционных вод с использованием ресурсов холодных да вечномерзлых толщ.

Эти способы должны получить развитие в практике водоснабжения Севера.

Схемы водоснабжения при ограниченных водозапасах

а - из пруда-копани; б - из водоема: 1 - водоток; 2 - пески; 3 - плотина; 4 - водосброс; 5 - филь­трующая траншея; 6 - водоем; 7 - фильтрующая дамба; 8 - фильтр; 9 - фильтрующий колодец; 10 - насосная-котельная; 11 - подача воды на намораживание; 12 - водосборная шахта; 13 - льдо­хранилище; 14 - объект; 15 - циркуляционная насосная; 16 - водовод; 17 - скала; 18- резервуары.

Вернуться к списку