ФРОНТАЛЬНЫЕ ПЛОТИННЫЕ ВОДОЗАБОРЫ

В водозаборах с фронтальным (лобовым) приемом воды воду забирают из верхних слоев речного потока, а нижние слои, насыщенные крупными взвешенными и донными наносами, транзитом пропускают по реке. Для борьбы с донными наносами также широко используют особенности гидравлической структуры потока.

Предложено большое количество разнообразных конструкций фронтальных водозаборов. Краткое описание наиболее характерных схем приводится ниже в соответствии с принятой гидравлической классификацией.

Фронтальные водозаборы с фронтальным промывом донных наносов. Лотковый водозабор применяют на предгорных участках рек для отвода сравнительно небольших расходов воды. Он состоит из водоподъемной плотины, которая имеет болящие пролеты для пропуска паводковых расходов реки и несколько двухъярусных пролетов меньшего размера для забора воды.

Через отверстия верхнего яруса забирают воду в железобетонный лоток, который передает ее через трубу магистральный канал, а через отверстия нижнего яруса пропускают транзитные расходы реки вместе с донными наносами.

Дну лотка придают уклон для создания необходимой продольной скорости. От взвешенных наносов воду очищают далее в отстойниках. Такие водозаборы, основанные на использовании явления обтекания потоком преграды, работают удовлетворительно.

Водозабор с карманом, называемый также индийским, получил большое распространение в оросительной практике.

Промывной карман перед головным сооружением образуется путем устройства раздельной стенкн. В нем осаждаются крупные донные наносы и создаются благоприятные условия для смыва их в нижний бьеф при пропуске больших расходов с большими скоростями через специальные отверстия плотины.

Особенность работы такой схемы водозабора состоит в том, что раздельная стенка обеспечивает фронтальный вход воды в карман, что ослабляет расслоение потока перед ним, а при удельных расходах в реке, больших, чем в кармане, наносы отжимаются с части ширины входа в карман и увлекаются в пролеты плотины.

Водозаборы с карманом применялись преимущественно на предгорных участках рек при достаточных расходах воды для промыва наносов. Однако практика эксплуатации таких водозаборов, построенных на реках Средней Азии (Зеравшан, Арысь, Кугарат-Сай и др.), показала неудовлетворительную их работу. К основным недостаткам их относятся: плохая промываемость кармана, взмучивание потока при промыве кармана и завлечение наносов в канал, необходимость прочного крепления русла в нижнем бьефе за промывными отверстиями и др.

Имеется много предложений по улучшению работы водозаборов с промывными карманами, которые основаны на применении поверхностных и донных направляющих систем, на маневрировании затворами плотины и промывных отверстий при эксплуатации и др.

Двухъярусный водозабор с криволинейными водоотводящими лотками и донными промывными галереями (тип Эльсдена) устраивают в русле реки рядом с плотиной и применяют на равнинных и предгорных участках рек.

Речной поток в пределах водозаборного фронта разделяется горизонтальной стенкой на высоте входного порога на верхний и донный слои.

Верхний слой потока поступает в канал по криволинейным лоткам, а донный слой вместе с наносами сбрасывается в нижний бьеф через промывные галереи.

По такой схеме выполнен в 1934 г. ирригационный водозабор на р. Чу (Чумышская плотина).

Существует много вариантов этого типа водозабора: с карманами, без карманов, с тремя ярусами чртверстий, из которых нижний ярус является промывным, средний — водоприемным, а верхний — водосливным для сброса шуги и плавника.

Такой тип водозабора считают за рубежом одним из наилучших, однако он имеет следующие недостатки: взмучивание воды и завлечение некоторой части наносов в отвод; стеснение водосбросного фронта плотины; сложность конструкций двухэтажного сооружения с криволинейными лотками; затруднительность борьбы с ледошуговыми помехами, сором, плавающими телами и др.

Фронтальные водозаборы с боковым промывом донных наносов. Предложено много различных схем таких водозаборов, которые отличаются конструктивными особенностями отдельных сооружений, компоновкой, принципами создания и использования для борьбы с донными наносами гидравлической структуры потока.

Водозабор с искусственным криволинейным подводящим руслом, названный ферганским типом, разработан САНИИРИ под руководством проф. М. С. Вызго для предгорных участков рек с большим отбором воды.

Криволинейное русло для усиления естественной поперечной циркуляции создается путем устройства земляной струенаправляющей дамбы-плотины с малым креплением напорного откоса.

Размеры подводящего русла и радиус закругления устанавливают по рекомендациям С. Т. Алтунина, М. С. Вызго и др.

Перед водоприемным сооружением, по предложению М. С Вызго и И. А. Якштас, устраивают криволинейный Г-образный порог, который усиливает поперечную циркуляцию и улучшает борьбу с наносами в паводок. Размеры криволинейного порога устанавливают на основе лабораторных исследований. Для предварительной компоновки высоту порога принимают равной 0,75-1 м. При заборе в отвод более 50% расхода реки работа водозабора заметно ухудшается.

Водозаборы такого типа построены на ряде рек Средней Азии (Карадарья, Сох, Чирчик, Зеравшан, Ангрен) и на протяжении ряда лет работают успешно, предохраняя магистральные каналы от занесения донными наносами.

Основной недостаток водозабора ферганского типа состоит в необходимости проведения сравнительно больших регулировочных работ на реке (устройство направляющих дамб, срезка берега и др.).

Фронтальный водозабор с косым расположением криволинейной плотины в плане предложен проф. В. В. Пославским. Такой водозабор рекомендуется устраивать на узких участках рек перед началом широкой поймы.

Отверстия плотины закрывают сегментными затворами и два пролета, примыкающие к головному сооружению, снабжают козырьками для сброса шуги и мусора. При таком расположении плотины по отношению к водоприемнику вода протекает через нее как в боковом отводе.

Водозаборный гидроузел Кубань-Калаусской оросительно-обводнительной системы с криволинейным подводящим каналом (верхний бьеф) и вследствие этого в верхнем бьефе образуется циркуляционный поток, увлекающий донные наносы к сбросным отверстиям плотины. Кроме того, вход в водоприемник защищают от захвата донных наносов криволинейным порогом высотой 1,5 м.

На другой берег вода подается дюкером, заложенным во флютбете плотины. Дюкер питается водой через правый крайний пролет водоприемника.

Двухсторонний водозабор стрельчатой плотиной по принципу работы ничем не отличается от предыдущего. По такой схеме построен водозаборный узел на р. Беш-Алыш-Сай в Узбекской ССР. Последние две схемы водозаборных узлов не получили распространения в основном по технико-экономическим соображениям (большая длина плотины, сложность в исполнении и эксплуатации).

Фронтальный водозабор с боковыми наносоперехватывающими галереями системы проф. Н.Ф. Данелия разработан в ГрузНИИГиМ и предназначается как для двухстороннего, так и для одностороннего забора воды из рек, несущих большое количество донных и придонных наносов.

Водозаборный узел имеет перегораживающую водосливную или щитовую плотину. Водоприемные отверстия и промывное устройство плотины размещаются в кармане, образованном раздельным быком (стенкой).

При двухсторбннем водозаборе на один берег вода подается открытым каналом, а на другой она переводится дюкером, который проложен в теле плотины или перед плотиной с напорной ее стороны.Каналы, отводящие воду перед щитами, имеют криволинейный порог высотой 1 м, который направляет к промывным отверстиям наносы при промывке аванкамеры.

Принцип работы такого водозабора состоит в следующем: при закрытых промывных отверстиях плотины перед щитами возникает обратное движение донных слоев потока, которое, встречаясь с донным течением и с донными наносами, поступающими из реки в карман, приостанавливае продвижение их в зоне входных отверстий промывных галерей. На стыке этих встречных движений у фронта на двигающейся наносной гряды образуется мощное винтовое движение, направленное к отверстиям промывных галерей и способствующее тем самым непрерывному удалению наносов, поступающих в эту зону вместе с речным потоком.

Компоновку и определение основных размеров сооружения выполняют по рекомендациям проф. Н. Ф. Данелия.

Скорость течения в водоприемнике принимают либо равной скорости в кармане, либо несколько меньше — от 1,5 до 2 м/сек.

Наносоперехватывающие галереи рассчитывают так же, как при боковых водозаборах, при этом число галерей принимают не менее двух.

По данным исследований, для рассматриваемого водозабора установлена довольно широкая область применения. Его можно применять как на предгорных, так и на равнинных участках рек, если река несет донные наносы даже в виде мелкого песка. На селевых участках рек строить такой водозабор не рекомендуется.

По лабораторным и натурным данным, пределом применимости такого водозабора для горных и предгорных участков рек считается расход забираемой воды от 10 до 200 м3/сек при глубине потока перед фронтом водозабора Н = 2,5—8 м.

Водозаборы такой конструкции, построенные в Грузинской ССР на реке Диди-Лиахви и Ганджа-Чай, успешно предохраняют магистральные каналы от наносов.

Водозабор с карманом-отстойником — один из типов водозаборов, предложенных проф. В. А. Шаумяном.

Особенность схемы этого водозабора состоит в том, что перед входом в карман-отстойник имеется промывная галерея, которая непрерывно перехватывает донные наносы и сбрасывает их в нижний бьеф винтовым движением воды.

Карман разделен на три камеры, имеющие самостоятельные донные галереи, расположенные в середине и в конце. Такая конструкция позволяет поочередно переключать разные камеры отстойника то на питание магистрального канала, то на промывку наносов в нижний бьеф плотины. В третьей камере предусмотрено промывное отверстие для промывки и пропуска части паводковых расходов.

По данным лабораторных исследований, такой водозабор имеет высокие противонаносные показатели.

Фронтальный водозабор с криволинейным карманом, предложенный доц. И. И. Кириенко (ЮжНИИГиМ), основан на использовании принципа поперечной циркулядии и вихревого горизонтального вальца, образованного с помощью донного уступа в конце виража.

Водозаборный узел состоит из низконапорной плотины, фронтального криволинейного кармана специальной конструкции с входным порогом, водоприемника и промывного устройства в конце канала.

Принцип действия водозабора заключается в следующем. Перед приходом потока в карман возникает циркуляционное течение, отвлекающее часть донных наносов от входа в карман. При подходе к закруглению и на закруглении в потоке возникает центробежное циркуляционное течение, возбуждаемое закруглением кармана и усиливаемое конструкцией его дна в виде виража. В конце виража при сходе потока с донного уступа, образуется вихревой валец, которым наносы сбрасываются в нижний бьеф через промывную галерею. При этом промывной расход не превышает 10% расхода, забираемого в канал.

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

на главную