УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОТСТОЙНИКОВ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Размещение отстойников. Отстойники оросительных систем обычно располагают на магистральном канале или же в пределах водозаборного узла сооружений. Однако при подаче воды на орошение, когда приходится задерживать не только крупные, но также средние и частично мелкие фракции наносев, размеры отстойников получаются столь большими, что такое сооружение трудно вписать а комплекс гидроузла.

В этом случае гидравлический промыв такого отстойника становится малоэффективным, значительная часть мелких полезных наносов задерживается в отстойнике, возрастает объем механической или гидромеханической очистки, крупные каналы, обладающие большей транспортирующей способностью, будут подвержены размывам.

Материалы натурных исследований работы ирригационных отстойников показывают, что для обеспечения устойчивости русла крупных каналов, транспортирования наибольшего количества мелких фракций наносов на орошаемые земли, а также для использования наиболее экономичного гидравлического способа удаления наносов из отстойника во многих случаях целесообразно отстаивать наносы в два приема: 1) в головном отстойнике и 2) во внутрисистемных отстойниках.

Головной отстойник в этом случае устраивают обычных размеров (чтобы удержать наносы более крупных фракций) с периодическим или непрерывным гидравлическим промывом и с выходной мутностью, при которой наносы будут транспортироваться до внутрисистемного отстойника.

Внутрисистемные отстойники устраивают для осаждения остального избыточного количества наносов и с такой выходной мутностью, которая может быть вынесена на поля орошения. Наносы из внутрисистемных отстойников удаляют в основном механическим, гидромеханическим или комбинированным способом.

При бесплотинном водозаборе разница в уровнях верхнего и нижнего бьефов невелика, поэтому для создания условий хотя бы частичного промыва наносов стремятся располагать отстойник на таком расстоянии от головы канала, чтобы получить необходимую разность уровней в отстойнике и в реке. Следует учесть, что расположение бесплотинного водозабора на спрямлении петли русла реки позволяет получить эту разность уровней при меньшем удалении отстойника от головы канала.

На основании материалов исследований адударьинских каналов проф. А.Г. Хачатрян предложил принципиальные схемы расположения отстойников и головных регулирующих сооружений при бесплотинном водозаборе, позволяющие создать и лучше использовать падение уровня воды для гидравлического промыва.

Характерная особенность этих схем состоит в том, что осаждение наносов проектируется в двух местах — в пределах головного участка и в отстойнике.

В пределах головного участка осаждаются более крупные фракции в количестве 5—10% общего объема взвешенных наносов. В первом варианте это количество наносов осаждается в подводящем канале головного сооружения, а во втором варианте — за головным сооружением, то есть на начальном участке магистрального канала. Наносы удаляют механизмами.

Такой предварительный отбор крупных фракций на головном участке позволяет транспортировать оставшиеся наносы в магистральном канале без его заиления при значительно меньшей скорости, а следовательно, и при меньшем уклоне.

В этих схемах,основную роль в борьбе с наносами играет отстойник, подводящие каналы заиляется значительно меньше, чем при использований их в качестве отстойников. Уменьшение заиления, в свою очередь, позволяет сократить число голов, сохранить их пропускную способность и повысить водообеспеченность оросительных систем.

Отстойник состоит из необходимого числа камер. Каждая камера может быть отключена на промыв, имеет в конце регулирующее сооружение и промывную галерею, соединяющуюся со сбросным каналом. Мутность потока при выходе из отстойника проектируют равной мутности, при которой наносы транспортируются на орошаемые земли.

Головные участки оросительных систем, выполненные по рассматриваемой схеме при бесплотинном водозаборе, позволяют удалять значительную часть наносов гидравлическим способом, устранять заиление оросительных каналов и сократить до минимума работу механизмов по их очистке.

Типы и конструкции внутрисистемных отстойников. Основные размеры и конструктивные особенности внутрисистемных отстойников зависят от следующих факторов:
а) величины расхода и мутности воды, поступающей из головного отстойника;
б) величины средней скорости и минимальных размеров осаждаемых фракций в отстойнике;
в) транспортирующей способности оросительных каналов;
г) способа удаления наносов и применяемых механизмов;
д) принятой схемы эксплуатации и др.

Внутрисистемные отстойники при невозможности гидравлического промыва устраивают в виде больших копаных или огражденных дамбами бассейнов, вытянутых по направлению движения потока и разделенных внутренней продольной дамбой на секции (камеры).

Нередко для устройства таких отстойников используют излучины и старые русла рек.

Бассейны очищают обычно земснарядами со сбросом пульпы на отвальные площади. Для перевода плавучего земснаряда из одной секции в другую в разделительной дамбе устраивают специальное отверстие.

Ширину камеры (секции) отстойника назначают таким расчетом, чтобы были обеспечены условия высокопроизводительной работы используемых на очистке машин.

В ирригационной практике применяют также отстойники с гидромеханической очисткой при помощи передвижного сифона конструкций, предложенной Ф. С. Салаховым взамен отстойников с экскаваторной и землесосной очисткой.

Эти отстойники представляют собой расширенные участки магистрального канала в полувыемке-полунасыпи протяженностью 300—400 м глубиной 2—2,5 м и заложением откосов 1 : 1—1 : 1,5. Сифон выполнен из стальной трубы и смонтирован на тележке, передвигающейся по рельсам, уложенным по обеим берегам отстойника. Выходной конец сифона перекинут через гребень насыпи и заканчивается гофрированным шлангом с клапаном на конце. Другой конец, оборудованный сосуном, опущен на дно отстойника. Сосун сделан из чугунного литья в виде сплющенной воронки и имеет в конце нож. Сифон заряжается вакуум-насосом, расположенным на опорной тележке мостика.

Для очистки откосов служит жесткая рама, соответствующая поперечному сечению камеры и снабженная ножами-скребками, сгребающими наносы на дно отстойника к входному отверстию сосуна. Установка перемещается вдоль отстойника с помощью тягового механизма, расположенного на подвижном мостике. Тяговый механизм состоит из барабана, соединенного через редуктор с электромотором, и троса, пропущенного через барабан и закрепленного по концам отстойника в анкерных опорах.

Рабочую скорость движения сифонной установки назначают с учетом объема отложившихся наносов и производительности сифона (80—100 м/час). Возвратное движение получают переключением фаз электромотора.

Сифонная установка имеет высокую консистенцию пульпы (25—30% по весу) и обладает высокими технико-экономическими показателями.

В качестве временных внутрисистемных отстойников во многих случаях целесообразно использовать местные понижения рельефа. Для лучшего заполнения чаши такого отстойника нельзя допускать сбойного течения, для чего его разделяют на отдельные секции (камеры) путем устройства, валиков, плетней и т. п. Пропуская поочередно воду через такие камеры, можно добиться полного использования всего объема отстойника.

Подобные временные отстойники после заиления обычно используют под сельскохозяйственные культуры.

Методы расчета отстойников оросительных систем. Рассмотренные ранее методы расчета отстойников, в которых осаждаются преимущественно крупные взвешенные наносы, не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к методике расчета отстойников на оросительных системах.

При определении размеров отстойников ГЭС в основу расчета кладут длину пути осаждения вредных частиц наименьшей крупности и не учитывают транспортирующую способность потока в отстойнике, а также мутность при выходе из отстойника, что недопустимо при расчете ирригационных отстойников.

Методы расчета отстойников оросительных систем наиболее подробно разработаны советскими учеными проф. А. Н. Гостунским, проф. П. В. Михеевым, проф. А. Г. Хачатряном, Г. О. Хорстом и др. Проф. А. Н. Гостунский впервые учел транспортирующую способность потока в отстойнике и расчеты по осветлению потока обосновал на осаждении наносов, составляющих избыточную мутность р — рт, где р — общая мутность, а рт — транспортирующая способность потока.

Для получения удовлетворительных результатов рекомендуется расчет вести по участкам, определяя значения для каждого участка. При этом мутность в конце каждого участка принимается за начальную для последующего участка с равномерным ее распределением по глубине. В этом случае результаты расчета по этому методу получаются достаточно удовлетворительными.

Наиболее полные и глубокие теоретические исследования в области разработки метода расчета отстойников оросительных систем проведены проф. А. Г. Хачатряном.

Изучение наносного режима рек показало, что весовое количество отдельных фракций наносов с уменьшением их гидравлической крупности резко возрастает. Это изменение происходит по определенной закономерности, которую можно выразить равносторонней гиперболой с некоторой постоянной СО.

Состав наносов определяется двумя предельными крупностями.

Величина наибольшей крупности наносов характеризуется главным образом гидравлическими элементами потока и шероховатостью русла. Ее значение принимается равным наибольшей взвешивающей скорости.

Минимальная крупность определяется в основном механическим составом и строением почв и грунтов поверхности бассейна и русла реки, а также характером питания ее.

Закономерность распределения наносов по крупности позволяет определить величину наименьшей гидравлической крупности заданного состава наносов по данным фракционного анализа. Рассматривая вопрос о динамике осаждения наносов для различных условий работы отстойников, проф. А. Г. Хачатрян предложил соответствующие системы уравнений, которые позволяют вычислять величину мутности в отстойнике при заданной его длине, известном гидравлическом режиме, количестве и составе наносов начальной мутности. Они позволяют также определить длину отстойника при заданной расчетной мутности в конце отстойника.

Основным недостатком всех существующих методов расчета отстойников оросительных систем является отсутствие надежных исследований по сопоставлению результатов расчета с данными натуры.

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