Водозаборы инфильтрационного типа
Федеральное агентство по образованию РФ
ГОУ ВПО Уральский государственный технический
университет - УПИ
Кафедра «Водного хозяйства и технологии воды»
Реферат
на тему:
Водозаборы инфильтрационного типа
Воды, насыщающие поры между
зернами грунта в результате их инфильтрации из поверхностных водоемов, занимают
некоторое промежуточное место между поверхностными и подземными водами. По
происхождению они в основном речные, а после инфильтрации в грунт смешиваются с
грунтовыми водами, приобретая некоторые их свойства.
Если русло реки сложено
водопроницаемыми породами, речная вода насыщает их, образуя своеобразный
грунтовой поток, медленно движущийся в том же, что и река, направлении. Этот
грунтовой поток называют обычно подрусловым потоком или подрусловыми водами.
Границы его (нижняя и боковые) определяются в основном характером залегания
13-28водонепроницаемых пород. Подрусловые воды движутся в галечнико-вых и
песчано-гравелистых породах и частично питаются грунтовыми водами из водоносных
пластов береговых склонов, примыкающих к пойме реки.
Для отбора воды из подруслового
потока используются водозаборные сооружения инфильтрационного типа. Эти
сооружения по характеру своей работы весьма близки к рассмотренным выше
сооружениям для приема подземных вод, а по конструктивному оформлению часто
полностью аналогичны последним. Для забора подрусловых вод могут применяться
трубчатые и шахтные колодцы, горизонтальные водосборы (дрены, галереи), а также
особый тип сооружения - лучевые водосборы (см. далее). Водосборы инфильтрационного
типа могут быть расположены вдоль русла реки, а горизонтальные водосборы, кроме
того, и под руслом реки.
На рис.1 показана схема работы
водосбора, расположенного вдоль русла реки. В данном случае в качестве
водозаборного сооружения использован ряд трубчатых колодцев А.
Отбор воды из насыщенного водой
грунта приводит к усиленному поступлению воды из реки в грунт. Таким образом,
фактически колодец не только забирает воду, насыщающую грунт, но подсасывает
речную воду, которая предварительно фильтруется через грунт. Этот характер
работы отразился и на самом названии водосборов - инфильтрационные.
Поступающий из реки в грунт
инфильтрат может вызвать интенсификацию процесса заиления (кольматации)
поверхности ложа реки взвесью, содержащейся в речной воде. Поэтому скорости
фильтрации воды из реки в грунт не должны быть значительными.
Так как уровень подрусловых вод
связан с уровнем воды в реке, условия работы водозаборных сооружений будут
меняться при сезонных колебаниях последнего. На рис.1 схематически показано
расположение кривой депрессии при откачке воды из колодца в период наивысшего
уровня воды в реке. Характер правой ветви кривой депрессии определяется
условиями питания подруслового водоносного слоя грунтовыми водами.
Использование водосборов инфильтрационного
типа для получения речной воды имеет весьма большие преимущества. Во-первых,
получаемая вода почти полностью освобождается от взвеси, содержащейся в речной
воде, и цветность ее понижается; во-вторых, фильтрация воды через грунт часто
значительно повышает ее санитарные качества; в-третьих, исключаются
затруднения, связанные с приемом воды из шугоносных рек. Кроме того,
инфильтрационные водоприемники позволяют успешно забирать воду из рек с малой
глубиной, а также из рек с неустойчивым руслом.
Следует отметить, что
проектированию инфильтрационных водосборов, как и других типов сооружений для
приема подземных вод, должны предшествовать тщательные гидрологические и
гидрогеологические изыскания. В частности, необходимо оценить вероятность
поступления в водозаборное сооружение грунтовых вод. В отдельных случаях
высокая минерализация, содержание солей железа, наличие привкусов грунтовых вод
делают нежелательным их захват (или ограничивает их количество в процентном
отношении к речной воде).
Конструкции трубчатых колодцев,
применяемых для инфильтрационных водоприемников, типы применяемых фильтров,
сифонов, насосов те же, что и при приеме подземных вод.
Обычно трубчатые колодцы,
располагаемые вдоль русла реки, соединяются сифонными линиями, подводящими воду
к насосной станции.
На рис.2 показана схема
водосбора инфильтрационного типа, осуществленного на реке в том месте, где она
делает большую петлю. Благодаря этому скважины, расположенные вдоль русла,
оказалось возможным объединить четырьмя сифонными линиями 1, 5, 6, 7, подающими
воду к почти центрально расположенной насосной станции 8. Недостаточная
устойчивость русла реки привела к необходимости укрепления берегов 4,
устройства бун 3 и дамб 2. Насосная станция шахтного типа подает воду
потребителям по напорным водоводам 9.
Горизонтальные водосборные
сооружения находят применение в инфильтрационных водоприемниках как в виде
водосборных галерей, так и в виде перфорированных труб, в частности
железобетонных, с устройством вокруг них обратного фильтра.
К насосной станции
инфильтрационного водосбора (рис. ), выполненной в виде двух стальных трубчатых
колодцев 4 диаметром по 800 мм, вода поступает по сборным коллекторам 1, к
которым присоединен ряд скважин (на рисунке не показаны). В колодцах
располагаются погружные насосы, подающие воду по трубам 5 в напорный водовод 3.
При высоких уровнях воды сборные коллекторы 1 работают как самотечные. При
низком стоянии уровней воды эти коллекторы, присоединенные к кольцевому
пространству между трубами 4 и 5 колодца насосной станции, начинают работать
как сифонные. Устья колодцев и электродвигатели насосов располагаются в
наземном павильоне станции 2, пост- роенном на насыпном полуострове в целях
защиты от затопления в паводки. Такие трубчатые насосные станции весьма просты
и компактны.
На рис. показана схема лучевого
водосбора в плане. Дрены могут располагаться как вдоль русла реки (в
водонасыщенных грунтах), так и под самым ее руслом.
Лучевые водоприемники
используются также для забора подземных вод, не имеющих питания из открытых
водоемов, при условии, что водоносные пласты относительно небольшой мощности
лежат на глубине не более 15-20 м.
Лучевые дрены выполняют из
перфорированных (щелевых) стальных труб и устраивают способом продавливания
(звеньями) изнутри шахтного колодца или бурением. Некоторые методы производства
работ по укладке лучевых дрен включают предварительное продавливание обсадных
труб, в которые затем вводят дренажные трубы. После установки последних обсадные
трубы удаляют. При других методах продавливают непосредственно дренажные трубы,
снабженные параболической головкой, к которой под напором подводится вода,
выходящая через щели в головке и осуществляющая размыв грунта. Пульпа удаляется
по отводной трубе в шахту.
При длине лучей больше 60 м
дрены могут устраиваться телескопическими. В водообильных водоносных пластах
лучевые дрены могут располагаться в несколько ярусов. На лучах при входе в
колодец устанавливают задвижки. Лучевые водоприемники позволяют наиболее полно
использовать водоносные слои даже малой мощности. Развитие техники подземных
проходок облегчает их практическое осуществление.
Учитывая методы производства
работ по прокладке дрен, нельзя рекомендовать устройство лучевых водоприемников
в водоносных пластах из крупного галечника, или мелкозернистых со значительными
вкраплениями валунов, или из пород, подверженных интенсивной кольматации.
Для расчета применяемых в
инфильтрационных водосборах горизонтальных водосборных дрен и галерей,
трубчатых и шахтных колодцев используются те же методы, что и для расчета
сооружений, служащих для приема обычных подземных вод. В обоих случаях
сооружения имеют то же конструктивное оформление, те же типы и конструкции
фильтров и требуют тех же методов производства работ.
Некоторую специфику имеет
расчет лучевых водосборов. Кроме факторов, влияющих на поступление воды в любое
сооружение для приема подземных вод, приток воды к лучам зависит от их
расположения по отношению к реке - под руслом, вдоль русла, под углом к руслу.
На количество воды, собираемое лучевой дреной, влияет степень заиления
поверхности ложа русла реки, а также совместная работа лучей. Опыт эксплуатации
лучевых водосборов дает основание полагать, что суммарное количество воды,
забираемой лучами, снижается вследствие их взаимного влияния более чем на 20%.
При проектировании лучевых дрен
применяют приближенные методы расчета, используя формулы для обычных дрен и
горизонтальных водосборов с введением в них различных уточняющих коэффициентов.
В практике водоснабжения
встречается еще один своеобразный метод применения инфильтрационных водосборов:
речная вода подается в специально отрытые в грунте фильтрационные бассейны,
насыщает грунт и отбирается от него дренами, колодцами и т. п. В некоторых
случаях задача фильтрационных бассейнов несколько видоизменяется и расширяется,
и они используются для искусственного создания грунтовых вод или обогащения
(подпитки) существующих, но маломощных запасов естественных подземных вод.
Подобное использование поверхностных вод получило довольно широкое
распространение в ряде стран. Так, в Швеции из общего количества подземных вод,
идущих на хозяйственно-питьевые нужды, около 1/3 составляют искусственные
подземные воды, получаемые путем подачи в грунт речной или озерной воды.
Наиболее часто в качестве
инфильтрационных сооружений используются открытые неглубокие бассейны, вырытые
в хорошо проницаемых грунтах. В целях снижения безвозвратных потерь подаваемой
в грунт воды желательно, чтобы водоносные грунты покоились на относительно
неглубоко залегающих водонепроницаемых породах. Иногда вместо бассейнов
используются вертикальные инфильтрационные сооружения - поглощающие колодцы или
скважины.
На рис. приведена схема
устройства фильтрационного бассейна. Поверхностная вода подается насосами по
водоводу 1 и поступает в бассейн через стояки 2. Вода фильтруется через дно и
стенки бассейна и насыщает грунт, что ведет к повышению уровня грунтовых вод, и
движется в сторону движения грунтового потока в соответствии с уклоном
поверхности подстилающих пород. Забор воды из грунта осуществляется
водоприемными сооружениями различных типов, обычно применяемыми при
использовании подземных вод.
В ряде случаев во избежание
быстрого заиления дна фильтрационных бассейнов речная вода подвергается
предварительному осветлению на очистных сооружениях.
Список используемой литературы
водозабор
инфильтрационный дренаж
1. Н.Н. Абрамов, «Водоснабжение», М 1982