ВЫПАДЕНИЕ НАНОСОВ В ОТСТОЙНИКЕ И СТЕПЕНЬ ОСВЕТЛЕНИЯ ЗАБИРАЕМОЙ ВОДЫ

Процесс выпадения наносов. Установление степени осветления потока непосредственно связано с процессом выпадения наносов по длине отстойника. Этот процесс весьма сложный и зависит от многих переменных факторов.

Влияние характера распределения скорости по вертикали. В отстойниках эпюра продольных скоростей может быть получена более выровненной, чем в реках, однако данные скорости все же будут меньше, чем средние и поверхностные. При условии постоянства вертикальной скорости, равной гидравлической крупности влияние переменной горизонтальной скорости угор приводит к криволинейной форме траектории частицы с перегибом.

Неравномерность распределения скоростей по ширине отстойника также даст различие траекторий выпадения одинаковых частиц наносов, находящихся на различном расстоянии от стенок камеры отстойника.

Наблюдения показывают, что неравномерность поля скоростей в камере значительно ухудшает условия работы отстойника. Поэтому для правильной работы отстойника необходимо обеспечить равномерное распределение скоростей в камере.

Влияние турбулентности потока. Движение воды в отстойнике имеет турбулентный характер. Шероховатость дна отстойника или поверхность отложившихся наносов служат источниками вихреобразования и вихреотделения, которые вызывают в потоке вторичные (поперечные) перемещения масс жидкости, увлекающие за собой и частицы наносов.

Наиболее сильное влияние вторичных течений потоков на перемещение частиц наблюдается в придонных слоях, по мере удаления от дна и стенок оно постепенно затухает. Таким образом, турбулентность потока увеличивает дальность, выпадения частиц и приводит к форме траектории 1—4, выпуклой книзу. Пренебрежение этим факторам при расчетах приводит к недостаточной длине отстойника.

Влияние распределения наносов по глубине и длине отстойника. По глубине потока наносы распределяются неравномерно. В нижних слоях их содержится больше, чем в средних и верхних, при этом средний размер фракций также увеличивается по мере приближения ко дну. Это объясняется наличием в нижних слоях цотока интенсивных, вторичных течений, в частности течений, направленных вверх с различной скоростью.

По длине отстойника суммарное содержание наносов, находящихся во взвешенном состоянии, постепенно уменьшается, и это происходит в первую очередь за счет выпадения наиболее крупных фракций в начале камеры. При этом В каком-то поперечном сечевик отстойника транспортирующая способность потока может оказаться равной количеству оставшихся во взвешенномч состоянии наносив. Это означает, что дальнейшее выпадение наносов прекращается и оставшееся количество будет находиться во взвешенном состоянии.

Все рассмотренные факторы, влияющие на процесс выпадения наносов, в свою очередь непрерывно изменяются ввиду постепенного и неравномерного заиления камеры.

Недостаточная изученность и невозможность комплексного учета рассмотренных факторов привели к необходимости создания приближенных методов расчета отстойников, основанных на ряде упрощающих допущений.

Установление степени осветления воды. Установление доли осаждения взвешенных наносов (степени осветления) и размеров вредных фракций зависит от характера использования воды.

Более полное осветление воды требуется при водоснабжении; оно достигается при вторичном отстаивании с коагулированием и фильтровании на очистных сооружениях системы водоснабжения.

В отношении осветления воды наименьшие требования предъявляются к отстойникам гидроэлектростанций.

Согласно ТУ и НП 24-110-48, в тех случаях, когда турбины не имеют специальных устройств для защиты от истирания, предельная минимальная крупность фракций наносов, на осаждение которых проектируется отстойник, не должна, как правило, превышать 0,25 мм.

Для ГЭС с напором меньше 40 м, при содержании наносов в потоке до 5 г/л и отсутствии среди наносов кварцевых частиц минимальная крупность может быть повышена до 0,4 мм.

В тех случаях, когда турбины снабжены специальными устройствами для защиты от истирания, предельная минимальная крупность может быть повышена до 0,7 мм.

Установление степени осветления и размера вредных фракций наносов достаточно определенная задача при подаче воды для водоснабжения и ГЭС, чего нельзя сказать при подаче воды на орошение. Одно из основных условий бесперебойной подачи воды в оросительную систему, согласно графику водопотребления, — сохранение проектных размеров поперечных сечений каналов. Это условие может быть соблюдено при отсутствии заилений или размывов всех звеньев системы.

Интенсивность заилений и размывов русел каналов в основном зависит от мутности поступающей воды в систему и транспортирующей способности потока в каналах. При поступлении в канал потока с мутностью, большей, чем его транспортирующая способность, излишняя часть наносов выпадает и происходит заиление, а в случае поступления потока с мутностью, меньшей его транспортирующей способности, может произойти размыв русла. Следовательно, основное назначение отстойника оросительных систем состоит в том, чтобы обеспечить регулирование мутности воды, выходящей из отстойника сместь не допустить как недостаточного осветления, так и переосветления потока.

В связи с этим важное значение имеет изучение режима наносов во всех звеньях оросительных систем для установления их; фактической транспортирующей способности и оптимального осветления воды в отстойнике.

В соответствии с рассмотренными выше особенностями работы ирригационные отстойники должны удовлетворять следующим требованиям:
а) обеспечивать осаждение всех фракций наносов, которые поток не в состоянии транспортировать на орошаемые земли или до тех каналов, заиление которых нежелательно;
б) не допускать осаждения в них мелких полезных фракций наносов, которые могут быть вынесены потоком на орошаемые земли;
в) обеспечить оперативное регулирование мутности потока, выходящего из отстойника, в соответствии с транспортирующей способностью каналов;
г) максимально использовать энергию водного потока для очистки отстойника от наносов гидравлическим промывом;
д) создать необходимые условия, гарантирующие высокую производительность машин, занятых на очистке отстойника, и удобства размещения отвалов.

Следует отметить, что достижение полной незаиляемости всех каналов оросительной системы не всегда может оказаться лучшим решением. В некоторых случаях для увеличения количества выносимых на орошаемые земли наносов может быть целесообразно повысить мутность потока в мелкой постоянной сети, допуская даже некоторое ее заиление, если удаление наносов из этих каналов не представляет особой трудности и может быть механизировано.

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