БОКОВЫЕ ПЛОТИННЫЕ ВОДОЗАБОРЫ

В боковых водозаборах головное сооружение располагается обычно на берегу реки рядом с плотиной или в конце криволинейного подводящего канала, устраиваемого в обход шготииы. Наносы промывают через отверстия в плотине, через береговые донные промывники и устройства, расположенные в пределах криволинейного подводящего канала. Боковые водозаборы с фронтальным промывом наносов через отверстия в плотине.

Водозаборный узел такого типа обычно включает низконапорную плотину. В случае регулирования стока устраивают высоконапорную плотину, представляющую собой комбинированную конструкцию водосливной плотины с щитовыми регуляторами, расположенными над водосливом.

При таком типе водозаборных узлов создаются плохие условия для регулирования режима наносов и борьбы с вредными фракциями их. Применяемые для борьбы с донными наносами входные пороги почти не влияют на режим наносов. Для смыва наносов через отверстия плотины необходимо пропускать большие расходы, а это вызывает взмучивание воды перед входом в водоприемник, в связи с чем приходится на время промыва прекращать водозабор.

Поступление наносов в отвод при таких водозаборах можно значительно уменьшить, если устроить перед головным сооружением наносоперехватывающий (направляющий) донный порог или латок, расположенный под углом 20—30° к оси потока в реке.

Для улучшения работы такого водозабора А. В. Троицкий предложил устроить на высоте порога горизонтальную стенку (полок), с помощью которой речной поток разделяется на поверхностное и донное течения, при этом поверхностный слой отводится в водоприемник, а вода донной части вместе с наносами сбрасывается в нижний бьеф.

Наблюдения за работой таких водозаборов показали, что это устройство недостаточно эффективно и не всегда предотвращает поступление донных токов и наносов в канал. Объясняется это тем, что оно не регулирует внутреннюю структуру потока, а лишь искусственно разделяет поток на два слоя.

Для забора небольших расходов проф. В. Г. Айвазян предложил водозабор с вертикальными решетчатыми водоприемными отверстиями, расположенными в оголовках быков и устоев.

Водозабор предусматривает прием воды из верхних слоев потока и рекомендован для горных рек с большим количеством влекомых донных наносов.

Донные наносы и расходы паводка сбрасываются в нижний,бьеф через отверстия плотины, снабженные сдвоенными или сегментными затворами.

Поступление воды из верхних осветленных слоев потока гарантируется промывом наносов у быков, основанным на идее использования явления обтекания потоком преграды, которая впервые была предложена в 1914 г. проф. Н. Е. Жуковским.

Водозаборное сооружение такого типа, построенное на предгорном участке р. Мзымта, обеспечивает бесперебойную работу Краснотюлянской ГЭС.

Боковые водозаборы с боковым промывом наносов через береговые устройства. Известно большое количество водозаборов этой группы с различными вариантами использования гидравлической структуры потока для борьбы с донными наносами.

Широко распространено боковое водозаборное сооружение с боковыми донными или промывными галереями, расположенными под головным сооружением по всей ширине его фронта. Однако такой тип водозабора нельзя считать вполне совершенным.

Исследования этих водозаборов, выполненные Н. Ф. Данелия, А. Ф. Биркая, К. Г. Липатовым, И. Т. Колесниковым и др., показали, что дониые наиосы в боковой водоприемник вовлекаются циркуляционным потоком, возникающим в результате обтекания потоком преград.

В промывные галереи поступает неодинаковое количества наносов и в основном загружена только верхняя (по течению) галерея. Нижние галереи сбрасывают воду без наносов и, кроме того, ухудшают работу верхней галереи, усиливая взмучивание потока перед фронтом водозабора. Водозабор с таким расположением промывных галерей в условиях горных и предгорных участков рек с обильными донными наносами не гарантирует защиту от попадания наносов в водоприемник.

Боковой водозабор с гравиеловкой имеет прямолинейный входной порог и криволинейный порог в конце гравиеловок. Донные наносы, задерживающиеся у входного порога, периодически промываются через отверстия плотины, а наносы, поступающие в гравиеловку, смываются через промывник.

Недостаток данной схемы состоит в том, что иногда в эксплуатации наблюдаются завалы аванкамеры с отложениями, с которыми промывное устройство не справляется.

Боковой водозабор с наносоперехватывающими галереями для забора воды из рек, несущих большое количество донных и придонных наносов, разработан проф. Н. Ф. Данелия.

В отличие от рассмотренного типа работа этого водозабора основана на более эффективном использовании явления поперечной циркуляции и явления обтекания потоком преграды. При этом регулирование гидравлической структуры достигается конструктивными элементами самого водозаборного узла и эксплуатационными мероприятиями.

Река перегораживается водосливной или щитовой плотиной. Водоприемник примыкает к сбросным отверстиям плотины. Под водоприемником устроены наносоперехватывающие галереи, входные отверстия которых размещены выше и ниже верхней стенки водоприемника и находятся в области концентрации донных наносов. Перед входом в канал устраивается криволинейный порог, и наносы, попадающие в аванкамеру, удаляются через промывник.

Водозабор рассматриваемой конструкции рекомендуется строить на горных и предгбрных участках рек для забора расхода воды от 5 до 150 м³/сек при глубине потока перед фронтом водозабора от 2 до 8 м. На равнинных участках рек возможно увеличение забираемого расхода до 350—600 м³/сек.

Компоновку и расчеты элементов узла вооружений выполняют по рекомендациям проф. Н. Ф. Данелия.

Водопропускная часть плотины может быть щитовой или водосливной, ее рассчитывают на пропуск паводковых расходов примерно 5% обеспеченности.

Отметку нормального рабочего уровня в верхнем бьефе (НРУ) устанавливают с таким расчетом, чтобы обеспечить необходимым напором забор требуемого расхода воды для потребителя и создать достаточные влекущие скорости в промывных галереях (4—7м/сек).

Для защиты плотины от истирания наносами водосливную грань рекомендуется облицевать естественным камнем твердой породы.

При больших процентах забора воды из реки (50—80%) порог щитовой плотины устанавливают выше средней бытовой отметки дна на 1—1,5 м, чтобы избежать завала наносами водосбросных устройств со стороны нижнего бьефа.

Промывные отверстия плотины располагают около водоприемного сооружения. Они предназначаются для пропуска катастрофических расходов, для пррмыва верхнего бьефа и сброса застрявших крупных карчей, плавающих тел и шуги.

Для создания необходимой гидравлической структуры потока щиты промывных отверстий плотины рекомендуется располагать возможно ближе к фронту водозабора примерно на том месте, где в обычных конструкциях устанавливают передние шандоры.

Головное сооружение, то есть фронт водоприемных отверстий и порог, располагают в одну линию под углом к оси плотины.

Водоприемные отверстия снабжают щитами, а перед ними устанавливают грубую съемную решетку, разделенную на пролеты.

В конце аванкамеры головного сооружения устраивают криволинейный порог, дополнительное промывное отверстие и устанавливают щиты перед входом в магистральный канал.

Дно входных отверстий промывных галерей закладывают на уровне поиурной части узла. У входа и выхода галерей устанавливают щиты и смотровые колодцы. Внутренние стенки галерей должны быть облицованы прочным против истирания материалом — гранитом, стальными листами, чугунными плитами и др.

В период межени на сброс наносов через галереи затрачивается 2—3% речного стока за тот же период.

Для поддержания нормальной работы водозабора необходимо соблюдать определенные правила эксплуатации. Такие водозаборные сооружения построены и пущены в эксплуатацию на р. Туриан-Чай в 1955 г. (левый приток р. Куры), на горном участке р. Куры в 1955 г. (головное сооружение Ташис-Кари), на р. Храми в 1954 г. (узел Храм-Архи) и др. По имеющимся сведениям магистральные каналы этих узлов не заносятся наносами.

Боковой водозабор с промывной галереей, имеющей винтообразное движение воды, предложен И. Т. Колесниковым.

Сущность такой схемы водозабора состоит в том, что в пороге обычного открытого типа водоприемника устраивают галерею конусообразного вида со щелевым отверстием внизу для входа в нее нижних слоев воды, содержащей наибольшее количество донных наносов.

Вода в галерее движется винтообразно благодаря сложению двух скоростей — поступательной скорости потока вдоль галереи скорости бокового входа воды в галерею через щель. Такое движение потока обладает высокой транспортирующей способностью. Исследования аналогичной галереи, проведенные в САНИИРИ, показали, что из движущихся по дну наносов более 50% поступает в щель и при этом количество сбрасываемой воды составляет около 5%.

Гидравлические условия работы галереи и входной щели недостаточно изучены. Наличие в потоке мусора, плавника и крупных фракций наносов может вызвать значительные затруднения при эксплуатации такого сооружения.

Баковой водозабор с криволинейном подводящим каналом разработан В. С. Баумгартом, В. И. Кравцовым и А.И. Шварлем (ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева).

В этом типе водозабора для борьбы с донными наносами используется поперечная циркуляция потока, возникающая при его движении в криволинейном канале, и донное траншейное наносоперехватывакмцее устройство.

Канал располагают под углом 45° к оси потока и устраивают его без входного порога. При выходе канала в нижний бьеф устанавливают щиты для регулирования сбросных расходов при промывке канала.
Открытий водоприемник с входным порогом высотой 0,7 м размещается в нижней части криволинейного канала.

Траншейное устройство перехватывает донные наносы в канале и сбрасывает их в нижний бьеф; промывной расход при этом не превышает 10% забираемого расхода воды в отвод.

Этот тип водозабора хотя и входит в число рекомендованных ТУиН, однако в реальных условиях может оказаться недостаточно эффективным, так как при отсутствии в подводящем канале порога наносная гряда надвигаясь из верхнего бьефа на траншею, выключает ее из работы. Кроме того, неудачное расположение входа в криволинейный канал вызыват вначале его циркуляцию неблагоприятного направления, что также снижает эффективность этого типа водозабора.

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968