ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ВОДОЗАБОРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО КЛИМАТА
В странах с жарким климатом водозаборы строят на равнинных, предгорных и горных участках, а также в полупустынных и пустынных зонах. В условиях высоких положительных температур сооружают водозаборы: речные, озерные и каптажные, то есть забирающие подземную воду через скважины или в местах ее выхода на поверхность. Поскольку морская вода, как правило, соленая и непригодная без специальной дорогостоящей обработки для орошения, водоснабжения и питьевых нужд, то в этой главе морские водозаборы не рассматриваются.
Для орошения и водоснабжения в основном используется речная и озерная вода. Речные водозаборные узлы делают как плотинные, так и бесплотинные. Воду забирают поверхностным самотечным способом и глубинным - самотечным или с механической подачей воды. Плотинные водозаборы применяют чаще боковые, фронтальные и глубинные, бесплотинные - боковые, фронтальные, в основном регулируемые, так как уровни воды в реках и озерах, как правило, имеют значительные колебания в течение года, а водопотрёбление круглогодичное. Механический водозабор осуществляют передвижными насосными станциями или реже плавучими установками. Самотечное орошение, например, в долине реки Евфрат составляет около 65 %, машинное - 35 %.
Тип водозабора выбирают в зависимости от генеральной схемы использования водных ресурсов, водности рек, забираемого расхода, требований к качеству воды, гидрологического и руслового режима реки, характера участка реки, геологических и гидрогеологических условий места забора воды, эксплуатационных, строительных и других местных факторов.
При этом режим водопотребления увязывают с бытовым режимом водоисточника питания, так как они меняются во времени независимо друг от друга и зачастую носят противоречивый характер. Бесплотинный водозабор как наиболее простой и экономичный устраивают, если в течение года естественный режим реки или озера гарантированно обеспечивает график водопотребления и высоту командования над орошаемыми или обводняемыми объектами.
В условиях большого количества мелких наносов, круглогодичной подачи воды водопотребителю на равнинных участках применяют водозаборы, состоящие из двух сблокированных регуляторов, как это сделано на водозаборном узле Феллуджа в Ираке (рис. 7.1). Правый служит для подачи воды в однокамерный отстойник с периодической промывкой, а левый - для подачи воды непосредственно в магистральный канал (МК) во время промывки камеры отстойника и для подпитки МК в период максимального забора воды на орошение (при этом заиление не происходит, так как количество наносов в реке в указанные периоды незначительно - 0,2...0,3 кг/м3). Водозабор рассчитан на расход 102 м3/с. Каждая из двух секций состоит из четырех пролетов шириной в свету по 6 м. Для борьбы с наносами на входе устроены три найосоперехватывающие галереи, перекрываемые затворами. Максимальный расход воды в реке составляет 3600 м3/с, минимальный - около 150 м3/с. Такое техническое решение оправдано при гидравлической промывке отстойника от наносов при малом перепаде уровней на сооружении. Боковые водозабоэы применены также на низконапорном гидроузле Хиндия (Ирак) и в ряде других стран.
В развивающихся странах недавно построено и еще возводят большое число гидроузлов среднего и высокого напоров комплексного назначения: ирригация, гидроэнергетика, водоснабжение, рыбное хозяйство и др. Из-за топографических, гидрологических и других условий некоторые водохранилища, несмотря на их большую глубину (60...100 м и более), имеют крайне малые объемы. Так, объем водохранилища проектируемого гидроузла Теодорос (Кипр) при напоре на плотине 102 м при НПУ составляет 22,4 млн м3, а полезный - 22,32 млн м3. Следовательно, при максимальной сработке водохранилища его объем остается равным всего лишь 80 тыс. м3. Тунисские водохранилища также почти полностью срабатываются в засушливые годы. Так, объем водохранилища Лахмес в 1981 г. составил лишь 700 тыс. м3, а водохранилищ Безирк и Масри - только по 300 тыс. м3. В 1980 г. тунисское водохранилище Кебир практически было сухим. Поэтому для многих гидроузлов Стран с жарким климатом характерен большой диапазон сезонных колебаний уровня воды в водохранилищах.
В таких условиях для забора требуемых расходов воды при любых ее уровнях (от НПУ до УМО) сооружают башенные водозаборы или глубинные водоприемники в теле бетонных плотин. Зачастую башенные водозаборы совмещают со строительными или эксплуатационными водовыпусками или специальными устройствами, служащими для промыва водохранилищ, что значительно усложняет конструкцию. Примером могут служить водозаборные башни гидроузлов Джумин и Резала (рис. 7.2), служащие для водоснабжения и рассчитанные на небольшой расход (до 1,0...1,5 м3/с и несколько больше).
На некоторых гидроузлах летом даже не сбрасывают санитарные расходы.
Сравнительно большие водозаборы сооружают лишь на реках, где имеются постоянные попуски воды из крупных водохранилищ. Такие водозаборы иногда устраивают в нижнем бьефе, подавая воду на орошение с помощью насосных станций. Так, в Тунисе расход водозабора Эль Аруссия составляет 13 м3/с, а канала Меджерда-Кап Бон - 16 м3/с.
Башенный ирригационный водозабор на реке Северный Кебир (Сирия) обеспечивает подачу воды из водохранилища от нескольких кубометров до десятков кубометров в секунду. Подача воды регулируется затворами, устроенными в нижней части башни. Водопропускная труба (рис. 7.3) имеет прямоугольное сечение высотой 3,5 м и шириной 2 м. Концевое сооружение совмещено с вододелителем в магистральный канал и в нижний бьеф (в реку). Водозаборы башенного типа с многоярусным расположением водоприемных окон также широко применяют и на отечественных гидроузлах. В основном они подают воду на орошение из более теплых слоев водохранилища.
В зарубежных странах башенные или шахтно-башенные водозаборы используют также для забора более качественной воды. Так, при проектировании водохозяйственного комплекса Кариотис (Кипр) рассматривали различные варианты. В шахтно-башенном варианте водозаборные окна представляли собой участки туннелей на четырех уровнях, выполненные друг от друга через 15 м по высоте и расположенные из условия минимальной их длины с использованием существующего тальвега на левом берегу водохранилища При этом шахтно-башенный ствол соединялся с корытообразным туннелем высотой 2,4 м и шириной 20 м для пропуска строительных расходов и водовыпуска. Заслуживает внимания и комбинированный вариант с туннельным водоспуском и открытыми оголовками четырех водозаборов, устроенных на разных отметках и образующих две нитки (рис. 7.4).
Водоприемники представляют собой сужающийся оголовок в виде усеченного конуса. На входном оголовке предусмотрена сороудержи- вающая решетка также в виде усеченного конуса, закрытая сверху крышкой, опирающейся на каркас решетки. Водоводы, соединяющие оголовки с туннельным водоспуском, уложены на откос. Они соединены с вертикальной шахтой и представляют собой.железобетонные трубы с внутренней металлической облицовкой диаметром 0,7 м. Расчетный расход водозабора составляет 1 м3/с, туннельного водоспуска - 56 м3/с. Строительный расход 21,5 м3/с.
Достоинство шахтных, шахтно-башенных и башенных водозаборов: возможность забора воды из различных слоев водохранилища и при значительных колебаниях уровней в нем. Основные недостатки: сложность конструкции и затрудненная эксплуатация.
Гидравлические расчеты таких водозаборов сводятся в основном к определению параметров отверстий, защищенных сороудерживающими решетками, из условия недопущения попадания крупного мусора в водоводы. Скорость на входе должна быть такой, чтобы мальки не прижимались потоком к рыбозащитной сетке, то есть порядка 0,25... 0,5 м/с. Кроме того, пропускная способность водопроводящего тракта рассчитывается из условия гарантированного пропуска воды при минимальных уровнях воды в водохранилище. Другие виды расчетов выполняют в установленном нормативными документами порядке.
В жарких климатических условиях широко применяют каптажные водозаборы из подземных вод в виде обычных или глубинных колодцев, подземных каналов (кяризов) и т. п. Так, с помощью глубинных колодцев, пробуренных в основном после второй мировой войны, орошается около 150 тыс. га земельных угодий. Пока еще широко используются старые колодцы с водоподъемными колесами, с помощью которых орошают до 100 тыс. га.
Забор грунтовых вод для орошения, обводнения и водоснабжения широко распространен в Афганистане, Сирии, Ираке, Иране, Индии, МНР, КНР и других странах. Так, в Индии для ирригации служат около 30 тыс. скважин и около 5 млн колодцев. В Монголии широко используются воды из колодцев с каменным креплением и узкой горловиной сверху, артезианские колодцы, буровые скважины и другие разновидности водозаборов грунтовых вод.
Кроме вышеперечисленных типов водозаборов, в странах с жарким климатом для орошения, обводнения и водоснабжения широко применяют нестационарные водозаборные устройства - передвижные и плавучие насосные станции.
Во многих странах используют передвижные насосные станции типа СНП или на резиновом ходу с подачей до 500 л/с. Например, у СНП 500/10 расход 0,54...0,07 mVc И напор 10...5 м, у СНП 50/80 напор 80...25 м и расход 0,03...0,14 м3/с. Водозабор в рабочем состоянии с передвижной прицепной насосной станцией заводского изготовления СНП 50/80 приведен на рисунке 7.5. Такая станция легко перевозится автомобилем.
Плавучие насосные станции с подачей 0,3...1,25 м3/с и напором 120...90 м разработаны Гидромехпроектом, а на расход до 24 MVC (например, расход 14,4...24 м3/с и напор 35...26 м) - Южгипроводхозом.
Монтируют плавучие водозаборные сооружения в большинстве случаев на понтонах, оборудованных ручными подъемными механизмами или мостовыми кранами с грузоподъемностью до 10 т.
Водозабор желательно размещать на крутом вогнутом берегу, так как глубина потока в этом месте больше, а наносы в основном движутся в придонной области к противоположному берегу. Его не следует располагать в зоне интенсивной переработки берегов и повышенных волн (более 0,8 м). Необходимо также иметь в виду, что естественные заливы небольших размеров или искусственные ковши в зоне забора воды в них подвергаются интенсивному заилению. Понтон крепят не менее чем тремя якорями.
Водозаборная установка соединяется с берегом специальным служебным мостиком или настилом по трубопроводу. Для нормальной работы плавучего водозаборного сооружения (насосной станции) на напорных трубопроводах используют два шарнирных соединения заводского изготовления - один на береговой станционарной опоре, а другой непосредственно у понтона.
