Особенности проектирования водозаборов из промерзающих водоисточников

При выборе типа и конструкций водозаборных сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов необходимо учитывать особенности природных условий конкретных районов, где предполагается размещение водозаборов. Специфика мерзлотно-гидрологических условий и обусловленных ими процессов полного или частичного перемерзания поверхностных и подрусловых потоков обязывает выполнить дополнительные требования, обеспечивающие повышенную надежность работы водопроводов. В зоне мерзлоты водоприемники должны обеспечивать:

• защиту водоприемных устройств от шуги, донного льда, сора, механических воздействий ледоходов, лесосплава и др.;
• защиту самотечных и сифонных линий (труб, галерей и др.), проходящих в бережной мерзлоте, от перемерзания и образования шуги в отбираемой воде;
• предотвращение перемерзания водоприемников зимой, когда глубины малы, а сток незначительно превышает водоотбор;
• забор воды с возможно высокими температурами и не требующий сложной очистки и подогрева ее в дальнейшем;
• простоту конструкций, способов строительства и эксплуатации водозаборов при достаточной их надежности, возможности использования местных строительных материалов и т. д.

Место расположения водозаборных сооружений на реках должно тщательно изу­чаться и выбираться там, где:

• река не промерзает и сохраняет непромерзающий подрусловой талик, а также имеет расход, достаточный для отбора;
• грунты сохраняются талыми и нет опасности перемерзания водозаборов (при поднятии и просадке мерзлых грунтов и погребенных льдов);
• не образуется наледей и нет предпосылок к их образованию;
• русло устойчиво и нет условий ухода реки от водозабора;
• нет предпосылок к развитию термоэрозии и т.п. в створе водозабора и непосредственно вблизи его;
• можно исключить влияние дорог, различных сооружений, создающих «мерзлотные пояса» и вызывающих образование наледей, миграцию подрусловых потоков и др.;
• минимальны изменения теплового и гидрологического режимов источники при строительстве и эксплуатации водоприемника.

Места расположения водозабора из водоемов определяются тем, что берега их, как правило, подвержены мерзлотно-термической переработке до 1820 м/год. Несмотря на увеличение длины самотечных (сифонных) линий и возможность затопления, шахты водозаборов целесообразнее располагать на пологих берегах, где благоприятны мерзлотно-грунтовые условия. Искусственные островки (насыпные, намывные) водосооружения наиболее приемлемы на участках затапливаемых пойм.

Поверхностные воды отбираются разнообразными водоприемниками, в разной ме­ре соответствующими условиям их работы.

Забор воды из крупных рек требует решения тех же проблем, что и из водотоков других классов, так как основные мерзлотно-гидрологические характеристики свойственны рекам всей зоны. При заборе воды из крупных рек надо учитывать большие колебания уровней и расходов, мощные ледоходы, интенсивные и длительные шугоходы и проч. Из крупных рек на Севере воду отбирают разными типами водозаборов. Возможные способы водоотвода здесь существенно ограничены, а четкие принципы оценки рациональности водозаборов отсутствуют. Особо надо считаться с наносами, с шуголедовыми помехами. Русловые или береговые водозаборы, построенные по аналогии с ряжевыми, железобетонными и др. в средних широтах, часто разрушаются ледоходами, обмерзают льдом, засоряются, заносятся наносами.

Любые типы водоприемников поверхностных вод должны обеспечиваться надежной промывкой водоприемного фронта. Равномерности промывки достигается введением распределителей, вихревых аванкамер или вихревых труб системы А.С. Образовского . Повышение надежности водозаборов обеспечивается совершенствованием их гидравлических схем, введением в конструкции водоприемников фильтров, улучшенном обтекания, развитием обширного фронта водоприема.

На Севере широко практикуется размещение водоприемного фронта под руслом или в берегах рек, на уровне дна. Требованиям надежного промыва водоприемных окон наиболее полно отвечают конструкции с вихревыми элементами и фильтрами.

Уменьшение порога водоприемника, отбор воды на уровне (ниже дна водотока) вполне оправданны при отсутствии интенсивных переформирований русла, так как облегчается борьба с шуголедовыми помехами, наносами, засорениями; возможен отбор воды при минимальных глубинах и расходах.

Забор воды из крупных рек с большими амплитудами колебаний уровней целесообразен водоприемниками с размещением в них погружных насосов или эрлифтов. Размещение погружных насосов наклонно в водоприемных устройствах применяется на реках Аляски и Канады, что возможно при соответствующих модификациях насосов. Артезианские насосы часто размещают в шахтах на затапливаемой в паводок площад­ке, что значительно удешевляет строительство и сокращает объемы скальных работ. Набор небольших (25 тыс. м³/сут) расходов из рек с большими колебаниями уровней до­статочно типичен, однако решение его по традиционной схеме (русловой оголовок самотечные трубы - береговой колодец) сложно и для большинства водопотребителей по экономическо-техническим соображениям неразрешимо. Удешевление и упрощение во­донаборов, исключение дорогостоящих береговых сооружений достигается рациональ­ным использованием артезианских насосов или элеваторов в оголовках.

Водоприемники с гидроэлеваторами, размещаемыми в русловом оголовке или и подрусловой фильтрующей дрене, рекомендуются для забора малых расходов при боль­ших колебаниях уровней. Подобные решения упрощают забор воды, позволяя отказать­ся от береговых сооружений, трудоемких работ по прокладке самотечных или сифон­ных линий в мерзлоте. Напорные и циркуляционные трубопроводы защищены от пере­мерзания соответствующей теплоизоляцией, греющими кабелями или тепловым «спутником». Ведут забор воды и без береговых шахт, размещая гидроэлеватор (эрлифт) не­посредственно в затапливаемом водоприемнике. Перспективен водозабор, исключаю­щий замерзание воды в напорных и подающих трубопроводах при отрицательных тем­пературах и остановке насосов

Приемы забора воды из морей, крупных водохранилищ и озер в зоне мерзлоты сравнительно мало отличаются от практики умеренных районов.

Вернуться к списку