Восстановление и поддержание водного баланса особо охраняемой природной территории регионального значения "Озеро Ханское"

? гидрологический;

? мониторинг состояния дна, берегов и водоохранных зон (гидроморфологический);

? гидробиологический;

? гидрохимический (мониторинг качества воды).

2.2 Технико-экономическое обоснование выбора вариантов водоохранных и водохозяйственных мероприятий по восстановлению озера Ханского

Для решения выявленных экологических проблем озера Ханского был разработан комплекс мероприятий, направленный на восстановление экосистемы озера.

Мероприятия по снижению испарения. Анализ составляющих водного баланса озера Ханское показал, что основной расходной характеристикой является суммарное испарение, поэтому мероприятия по сохранению Ханского озера должны быть направлены на его снижение. В данном конкретном случае эту проблему можно решить путем дифференциации глубин по площади водоема, со снижением мелководий до минимума. В результате уменьшения мелководий величина испарения снизиться на 15-20%. При огромной площади озера механизированное углубление потребует очень больших финансовых (около 100 млрд. рублей) и временных затрат, которые в обозримой перспективе вряд ли будут окуплены. Длительные работы в озере (3-5 лет) сделают невозможным гнездование птиц на его территории, и он потеряет свое значение как региональный памятник природы.

Одновременно с этим, следует отметить, что искусственное ложе будет недолговечно из-за так называемого явления «черной волны». Трех-четырех километровый разбег волны при крайне малой глубине воды (максимум 1,0 м) приводит к тому, что даже при средней силе ветра волна захватывает водный покров до самого дна и взмучивает грязевую залежь, окрашивая озерную воду в черный цвет. В зависимости от направления ветра, его силы и продолжительности происходит переотложение грязевой залежи, т.е. ее «миграция». Озеро Ханское - классический пример «мигрирования» грязевых линз. Естественно, что при переотложении грязевой залежи происходят коренные изменения ее площади, мощности и качественных показателей.

Таким образом, мероприятие по созданию искусственного ложа, с целью уменьшения испарения с водной поверхности озера неприемлемо, как с техническо-экономической стороны, так и с экологической.

Альтернативой созданию искусственного ложа является использование микроорганизмов (биопрепаратов) перерабатывающих органику донных отложений. В течение весенне-летнего сезона микроорганизмы могут уменьшить слой донных отложений на 0,5 -1,0 м равномерно по всей площади водоема, что позволит увеличить аккумулирующую емкость озера на 30 - 50% при сложившемся соотношении глубин. Но если для пресных водоемов данный способ деструкции уже разработан, то для водоемов с повышенной минерализацией необходимо провести научные исследования по подбору наиболее эффективных штаммов микроорганизмов. Стоимость работ по деструкции донных отложений с помощью микроорганизмов на площади 10 км² составит 500 млн. рублей, что в 200 раз дешевле, чем осуществлять механическое очищение озера от донных наносов.

Снижение испарения с водной поверхности озера за счет лесомелиоративных насаждений будет неэффективно, так как ширина озера намного больше зоны влияния лесополос (500 м) и их невозможно посадить по всему периметру озера, так как на пересыпи, состоящей из песчано-ракушечной смеси деревья не произрастают.

Мероприятия по увеличению водных ресурсов озера Ханское. В настоящее время существует несколько вариантов предложений обводнения озера Ханского, от расчистки родников и разрытия перемычки между Ханским озером и Бейсугским лиманом в целях естественного поступления воды, до ликвидации дамб на реках, впадающих в озеро. Расчистка родников, как это следует из анализа составляющих водного баланса озера, не может оказать решающего воздействия, учитывая ничтожные, по сравнению с потерями, объемы поступления воды из рек. Однако это мероприятие нельзя считать абсолютно бесполезным.

Разрытие перемычки между озером и Бейсугским лиманом не приводит к положительному результату, так как при волнении в лимане канал моментально заносится пляжным материалом.

В сентябре 2009 г. с помощью специалистов ООО «Азовгеоком» проложен теодолитно-нивелировочный ход центральной части пос. Ясенская Переправа перпендикулярно ул. Кирова и в створе пер. Озерный. Концевые точки хода располагались на сгонном и нормальном уровнях Бейсугского лимана и в пределах осушенного дна Ханского озера, не доходя насыпи опор газовой трубы. Обработка данных показала, что осушенное дно Ханского озера в пределах северной части поселка Ясенская Переправа располагается выше или почти на одном уровне со штилевым положением водной поверхности Бейсугского лимана. Судя по карте масштаба 1:5000 «Схемы градостроительного планирования…», выше уровня водной поверхности Бейсугского лимана располагаются и песчано-ракушечные осушки в центральной и южной частях пос. Ясенская Переправа. Удаленная на 500-900 м от берега (остальное пространство дна не показано на топоплане), часть дна озера имеет абсолютные отметки не ниже минус 0,3 м БС, в то время как линия уреза лимана на карте (съемки 1990-х гг.) - минус 0,4 м БС.

Строительство самотечного трубопровода так же не гарантирует полного восстановления водности озера. Важнейшая причина - расположение глубоководных мест дна озера на расстоянии 3 км от лимана. Для недопущения катастрофического снижения уровня воды в озере до его полного исчезновения, ежегодно (в маловодные годы) необходимо дополнительно подавать около 20 млн. м³ воды с апреля по октябрь месяцы. Средний расход воды составит 1 м³ /с. Для обеспечения такого расхода воды необходимо строительство трубопровода диаметром 1 м с обеспечением перепада высот около 3 м, при длине 3 км, что невозможно создать в сложившихся условиях. Максимальный возможный перепад высот при практически высохшем озере не превысит 0,5 м, что не обеспечит необходимых расходов воды для увеличения уровня озера, так как вода будет полностью расходоваться на испарение (рисунок 2.1).

Существует также проблема быстрого заиления трубопровода как со стороны Бейсугского лимана, так и самого озера. Стоимость работ по прокладке трубопровода составит 10 млн. рублей.

В сложившихся условиях стоит рассмотреть вариант строительства напорного трубопровода.

Рисунок 2.1 - Продольный профиль озера Ханское по материалам съемки 1993 г.

Одним из вариантов подпитки озера может служить бурение скважин на воду из подземных горизонтов. Как уже упоминалось, в устьевой зоне р. Ясени, в 60-х годах прошлого века, были оборудованы самоизливающиеся скважины с дебитом около 3 л/с. Для обеспечения дополнительного поступления воды в озеро расходом 1 м³/с, необходимо установить около 200-300 скважин, глубиной 100-200 м. Возможно, имеются и другие, менее глубокие горизонты с аналогичным дебитом, но более минерализованной водой, которыми можно пополнить озеро Ханское. Стоимость обустройства куста скважин составит 20 млн. рублей.

Таким образом, рассмотренные мероприятия по увеличению водных ресурсов озера Ханское показывают, что, прежде всего, необходимо осуществить мероприятия по увеличению аккумулирующей емкости озера (деструкция донных отложений микроорганизмами). Для выполнения данного мероприятия необходимо обновить топографическую съемку акватории озера.

На втором этапе, после уменьшения слоя донных отложений, необходимо провести инженерно-гидрогеологические, инженерно - гидрометеорологические, инженерно-экологические изыскания территории озера, с целью установления оптимального варианта прокладки трассы трубопровода и (или) оборудования куста самоизливающихся скважин.

Мероприятия по сохранению регионального памятника природы озера Ханское. Особенности размещения природных комплексов и объектов растительного и животного мира, а также требования рационального, устойчивого использования территории, определили необходимость зонирования озера Ханское. При функциональном зонировании на территории памятника природы учитывается режим охраны и возможные условия ограничения хозяйственного использования природных комплексов в пределах каждой зоны, а также туристской и рекреационной деятельности.

Предложения по функциональному зонированию памятника природы «Озеро Ханское» выполненные НИИ прикладной и экспериментальной экологии Кубанского ГАУ в 2009 году представлены на рисунке 2.2. Выделение функциональных зон проведено с учетом выраженных на местности ориентиров, границ землепользования и границ проектирования. В целях сохранения свойств и качества природных комплексов озера Ханское или их компонентов территорию памятника природы целесообразно разбить на 2 функциональные зоны:

Рисунок 2.21 - Схема функционального зонирования памятника природы «Озеро Ханское»

1) Зона строгого режима - зона, включающая природные комплексы или их компоненты, свойства и качество которых соответствуют целевому назначению памятника природы, где запрещена любая хозяйственная деятельность, не связанная с сохранением или изучением их состояния.

2) Зона экстенсивного и рекреационного природопользования - зона, включающая природные комплексы или их компоненты, свойства и качество которых соответствуют целевому назначению памятника природы, где разрешается частичное (побочное) использование природных ресурсов для других целей, если оно не приводит к необратимым изменениям свойств и качества природных комплексов. Учитывая, что территория зоны экстенсивного использования непосредственно примыкает к зоне строгого режима, ограничения хозяйственной деятельности могут быть достаточно существенными, вплоть до введения запретов на отдельные виды деятельности или технологические операции.

Зона особой охраны или строгого режима. Зона охватывает практически всю акваторию озера Ханское, включая территорию островов, расположенных в границах памятника природы. Эта зона предназначена для сохранения уникальных биотопов озера и их компонентов.

Зона экстенсивного и рекреационного природопользования. Зона экстенсивного и рекреационного природопользования представляет собой три кластерных участка, охватывающих месторождения лечебной грязи озера Ханское. Два участка, расположенные в северо-восточной части озера, представляют собой участки шириной 600 м, прилегающие к берегу и удаленные от него на расстояние 300 м. Первый участок расположен в устье р. Ясени, второй - в устье балки Глубокой. Третий участок, расположенный на юго-западном берегу озера, в 5,5 км южнее п. Ясенская Переправа, представляет собой участок шириной 1200 м, прилегающий к берегу озера и удаленный от него на расстояние 1100 м.

Таким образом, проведенный анализ фактов обмеления озера Ханское и причин приводящих к этому, показал, что этот процесс носит природный характер и зависит, прежде всего, от погодных факторов, в частности, от количества годовых осадков. Количество осадков в последние несколько лет (2006-2008) были на 100 мм ниже нормы, что и привело к существенному обмелению озера.

Наличие природного 12-летнего цикла водности на территории рек бассейна Азовского моря междуречья Кубани и Дона, позволяет сделать вывод о том, что с 2009 наступил многоводный период (до 2020 года), в течение которого уровень воды в озере повысится на 0,7 м.

В то же время, на настоящий момент емкость озерной котловины недостаточна для аккумуляции большего количества воды, с целью создания ее резерва на случай повторения засушливых погодных условий. Одной из причин этого является увеличение донных отложений в озере на 0,5-1,0 м вызванное пыльными бурями прошлого столетия и отмиранием водной растительности. Для восстановления емкости озера, до объема позволяющего имитировать многолетнее регулирование, предлагается провести очистку дна с помощью биопрепаратов, что позволит сохранить уникальность данного памятника природы. Технические мероприятия по поддержанию необходимой водности озера сводятся к проработке варианта строительства самотечного или напорного трубопровода соединяющего Бейсугский лиман и озеро Ханское, или обустройство на площади озера куста самоизливающихся скважин. Объем воды подаваемой дополнительной воды должен составлять около 20 млн. м³.

2.3 Проблема сохранения озер в мире на примере Поморийского озера

Аналогично бедственное положение сохраняется на многих водных объектах по всему миру. И некоторые из них на сегодняшний день удалось спасти.

Поморийское озеро - соленое озеро Болгарии, водный баланс которого был серьезно нарушен. Эта сверхсоленая лагуна естественного происхождения - самое северное из озер в окрестностях Бургаса. От моря его отделяют искусственная дамба и песчаная коса. Намывная полоска суши образовалась из так называемого «черного» песка здешних мест, чей темный цвет обусловлен присутствием окисей железа.

Озеро продолговатой формы, наибольшая длина его 6,7 км, ширина - 2 км. Уровень воды в лагуне ниже, чем в море. Раньше морская вода просачивалась в озеро через песчаную косу и испарялась. Сейчас в южной части Поморийского озера поступление морской воды регулируется при помощи канала со шлюзом. Соленость воды в лагуне значительно меняется по сезонам. Среднее ее значение около 50 ‰. Дно озера покрыто целебным сероводородным илом - высокоминерализированная черная грязь с богатым содержанием микроэлементов. Именно целебные свойства лиманной грязи, добываемой с древнейших времен, ставят Поморие в ряд с наиболее популярными бальнео-, СПА- и велнесс-курортами болгарского черноморского побережья. В наши дни лечебная грязь используется в процедурах, назначаемых по поводу кожных болезней и заболеваний опорно-двигательного аппарата, а также для косметических нужд и как ингредиент средств для красоты.

В северной части озера добывают соль: солеваренный промысел велся здесь еще более 20 столетий назад. Высокая соленость воды стала одним из факторов образования уникальной экологической среды, к которой приспособился ряд животных и растительных организмов - к примеру, жаброногий «соляной» рачок Artemia salina и растение солерос европейский, или солерос травянистый (Salicornia europaea).

В целях охраны редких и находящихся под угрозой исчезновения видов, а также мест их обитания, Поморийское озеро вместе с прилегающими к нему территориями - всего 760 га, объявлено в 2001 г. защищаемой местностью (в терминологии законодательства Болгарии).

В 2002 г. район озера был включен в список угодий, находящихся под защитой в рамках Рамсарской конвенции по охране водно-болотных угодий и водолюбивых птиц.

С 2007 года озеро было включено в экологическую сеть «Натура 2000», что и обуславливает колоссальное значение его охраны, не только во внутригосударственном, но и во всемирном масштабах. Природозащитной организацией под названием «Зеленые Балканы» была разработана специальная программа по восстановлению, консервации и управлению в отношении Поморийского озера. Сама эта программа нашла финансирование в Глобальном экологическом фонде, является подконтрольной Всемирному банку и реализуется самой организацией.

Основная цель программы - это поддержка устойчивого управления на Поморийском озере, путем оказания всевозможной помощи многочисленным видам деятельности, направленным на сохранение и восстановление полноценного биологического разнообразия, а также рационального использования ресурсов зоны.

Зеленые Балканы работают с этим озером еще с 1996 года, с того времени их основной целью стало нахождение средств, необходимых для обеспечения сохранения этого озера. Первостепенной задачей для них явилось производство и реализация четкого плана управления зоны. Второй задачей стало восстановление водного баланса в этой зоне влажности, который несомненно нарушен. По словам активистов организации, в последнее десятилетие связь самого озера с морем была значительно нарушена. Не менее важной реализация этой программы является и с точки зрения возможности продолжения добычи соли и целебных грязей в этом озере. Еще одной из важнейших задач программы стало восстановление естественных мест обитаний для исчезающих и редких видов птиц. Ведь в районе этого озера обитают порядка 250 видов редких птиц, более 90% из которых, находятся под угрозой полного исчезновения. Поэтому организация поставила восстановление мест гнездования этих птиц одной из первостепенных задач.

Заключительной частью программы стало возведение в этих местах специального центра для посетителей, по сохранению природы Поморийского озера. Именно в этом строении располагается сама администрация охранной зоны, которая призвана обеспечивать качественную реализацию программы управления и контролироваться поддержку и развитие всех видов деятельности, призванных обеспечить консервацию озера, а также сохранить редкие виды среди представителей флоры и фауны этих мест.

Сейчас это озеро играет немаловажную роль и в развитии экологического туризма в Болгарии, а сама местность утвердилась в качестве весьма привлекательного места для всех желающих провести наблюдения за поведением птиц.

Благодаря искусственным островам, построенным и поддерживающимися добровольцами организации «Зеленые Балканы», была восстановлена гнездовая колония пестроносой крачки, которая теперь является одной из крупнейших в Европе. Результатом мер по сохранению является повышение гнездящихся пар на озере от 6 пар в 1996 году до 1500 пар в 2009 году.

Водозаборное сооружение. Элементы проектирования водозаборного сооружения

2.4 Основные определения и классификация сооружений

Водозаборным сооружением (или сокращенно водозабором) называют комплекс гидротехнических сооружений, служащих для забора воды из источника водоснабжения, ее предварительной очистки (обычно процеживанием воды через сетки) и подачи под необходимым напором в водоводы (к потребителю или на очистные сооружения системы водоснабжения).

Водоприемником называют сооружение, предназначенное для приема воды и непосредственно взаимодействующее с речным потоком или водоемом.

Водозаборные сооружения - одни из ответственных и дорогих сооружений системы водоснабжения. Снабжение водой потребителей в значительной степени зависит от бесперебойного, функционирования водозаборных сооружений соответствующей мощности, что возможно только при осуществлении водозабора с учетом всех природных условий водоисточника.

Водозаборные сооружения классифицируют:

- по назначению - хозяйственно-питьевого или производственного водоснабжения;

- по роду водоисточника - речные, морские, водохранилищные;

- по производительности - малой (Q_в<1 м³/с), средней (Q_в=1…6 м³/с) и большой (Q_в>6 м³/с) производительности (Q_в - производительность водозабора);

- по степени обеспеченности подачи воды - I, II и III категорий;

- по компоновке основных сооружений водозабора - совмещенные (компонуются в одном сооружении) и раздельные (комплекс сооружений);

- по степени стационарности - стационарные и нестационарные (плавучие, фуникулерные, передвижные).

Для поверхностных источников выделяют, следующие виды водозаборных сооружений:

Береговые водозаборные сооружения применяются при относительно крутых берегах, представляет собой бетонный или железобетонный колодец большого диаметра, вынесенный передней стенкой в воду. Вода поступает в него через отверстия, защищенные решётками, а затем проходит через сетки, осуществляющие грубую механическую очистку воды.

Русловые водозаборные сооружения применяются обычно при пологом береге, имеют оголовок, вынесенный в ложе водоема. Конструкции оголовков весьма разнообразны. Из оголовка вода подаётся по самотёчным трубам к береговому колодцу; последний часто совмещен с насосной станцией первого подъёма.

Плавучие водозаборные сооружения - это понтон или баржа, на которых устанавливаются насосы, забирающие воду непосредственно из водоема. На берег вода подаётся по трубам (с подвижными стыками), уложенным на соединительном мостике.

Ковшовые водозаборные сооружения. Вода поступает из водоема сначала в расположенный у берега ковш (искусственный залив), в конце которого размещается собственно водозаборное сооружение. Ковш используется для осаждения наносов, а также для борьбы с ледовыми помехами - шугой и глубинным льдом.

2.5 Назначение состава сооружений в зависимости от сложности природных условий и категории надежности водозабора

Выбор типа водозабора и состава головных сооружений из поверхностного источника производится в зависимости от топографических (профиль берега в створе водозабора), инженерно-геологических (вид и мощность грунтов, слагающих берег), гидрологических (характерный уровень воды в различные сезоны года) данных, требуемых расходов воды, категории надежности водозабора.

Сооружения для забора воды из поверхностных источников подразделяются на два типа, которые в основном различаются расположением водоприёмного сетчатого колодца относительно берега.

При крутых берегах и достаточных глубинах для размещения водоприёмных окон применяют береговой водозабор, у которого водоприёмный колодец располагается на берегу, а водоприемные отверстия входят в водоём и одновременно доступны для обслуживания, что гарантирует надежную работу сооружения (рисунок 3.1). Насосная станция первого подъема или совмещается с водоприемным колодцем, или располагается в отдельном здании. Совмещение берегового сетчатого колодца с насосной станцией в одном сооружении упрощает обслуживание водозабора, повышает надежность его работы. К основным условиям, допускающим совмещение, относятся: скальный берег, высота всасывания насосов менее 3 м, амплитуда колебания уровней воды в источнике более 6 м.

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.1 ? Схема берегового водозабора совмещенного типа: 1 - приемная камера; 2 - всасывающая камера; 3 - насосная станция первого подъема; 4 - решетки; 5 - вращающаяся сетка; 6 - насос; 7 - напорный трубопровод; 8 - камера переключения; 9 - напорный трубопровод

При пологих берегах, небольшой амплитуде колебаний уровней воды в источнике (до 6 м), незначительных глубинах вблизи берега, малой производительности (до 2 м³/с), широкой затапливаемой пойме, применяют русловые водозаборы (рисунок 3.2). В этом случае для обеспечения забора требуемого расхода воды необходимая глубина находится на значительном расстоянии от берега. При этом типе водозабора в месте приёма воды из источника устанавливают водоприёмник-оголовок, от которого вода по самотечным линиям или сифонным трубам поступает в береговой сетчатый колодец. Как и у берегового водозабора, НС-1 может быть устроена отдельно или совмещена с береговым колодцем.



Рисунок 3.2 ? Схема руслового водозабора: 1 - оголовок; 2 - самотечный водовод; 3 - сифонный водовод; 4 - водоприёмный берегосетчатый колодец; 5 - задвижки; 6 - колонки управления задвижками; 7 - наземный павильон; 8 - водоприёмное отделение берегового колодца (аванкамера); 9 - всасывающее отделение берегового колодца; 10 - разделительная стенка колодца; 11 - плоская съёмная сороудерживающая сетка; 12 - всасывающий трубопровод; 13 - насосная станция первого подъёма; 14 - напорные водоводы; 15 - камера переключения; 16 - промывной трубопровод

При выполнении одного из условий: наличие широкой затопляемой поймы; значительная разница в отметках берега и низкого горизонта воды; наличие скального грунта, затрудняющего укладку самотечной линии на требуемой глубине, в водозаборах малой производительности второй и третьей категории надежности - рекомендуется устройство руслового водозабора с сифонными линиями, HC-I совмещенной с береговым колодцем и установкой погружённых насосов.

Конструкция водоприемников, располагаемых на открытых морских побережьях, должна быть рассчитана на сопротивление значительным нагрузкам от ударов волн и льда. В этих условиях находят применение водоприемные сооружения берегового типа с защитными дамбами, сооружения с затопленными приемными оголовками и сооружения с незатопленными оголовками островного типа.

При значительном удалении от берега необходимых глубин строительство водозаборных сооружений с самотечными водоводами (рисунок 3.3, а) будет осложнено необходимостью прокладки водоводов значительной протяженности на большой глубине в сложных гидрогеологических условиях. В этом случае береговые сооружения водозабора можно расположить на островке, отсыпанном на пойменной террасе, тогда самотечные водоводы будут короткими (рисунок 3.3, б). Сообщение с водозабором будет возможно по эстакаде или с помощью плавсредств (кроме периода ледохода). Дорога может быть проложена и по дамбе, соединяющей островок с коренным берегом.

Рисунок 3.3 - Схемы водозаборных сооружений

а - с самотечными водоводами; б - с расположением береговых сооружений водозабора на незатонляемом островке; в-с сифонными водоводами; 1 и 2 - уровни воды минимальный и максимальный соответственно; 3 - затопляемый водоприемник; 4 - самотечные водоводы; 5 - береговая насосная станция, совмещенная с сеточным помещением; 6 - напорные водоводы; 7 - насыпной островок; 8 - гребень дамбы; 9 - сифонный водовод; 10 - труба к вакуум-насосу

Рисунок 3.4 - Морской береговой водоприемник с защитной дамбой

На рисунке 3.4 показан морской береговой водоприемник с защитной дамбой. Дамба 1 образует перед фронтом водоприемника своеобразный ковш - отстойник 2. Дамба принимает на себя всю силу ударов волн. Входные окна водоприемника снабжены грубыми решетками 3 и двойными съемными плоскими сетками 4. Далее вода проходит через вращающиеся сетки 5. Плоские сетки предназначены для работы при аварийной остановке вращающихся сеток. Через отверстия, закрываемые дроссельными затворами 6, вода поступает во всасывающее отделение, откуда забирается всасывающими трубами насосов 7. Дамба сооружена из бетонных массивов 8, лежащих на слое каменной наброски 9.

Применение различных типов технологических схем русловых водозаборов в зависимости от различных условий приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Типы русловых водозаборов

Тип водозабора	Область применения
Русловый	Широкая пойма с пологим берегом; отсутствие достаточных глубин у берега; нескальный грунт
Раздельного типа	Амплитуда колебания горизонта воды в источнике менее 6-8 м; высота всасывания насосов свыше 3-4 м; производительность водозабора до 1 м3/с
Раздельного типа с сифонными линиями	Большое заглубление самотечных линий; неблагоприятные геологические и гидрологические условия для укладки самотечных линий
Раздельного типа без сеточного берегового колодца	Сравнительно чистый источник водоснабжения; небольшая производительность водозабора
Раздельного типа с незатопленным водоприёмником (криб)	Водоснабжение крупных и ответственных объектов; забор воды с нескольких горизонтов при наличии достаточных глубин вдали от берега
Совмещенного типа	Амплитуда колебания горизонтов воды при производительности до 1 м3/с свыше 6 м; при производительности 1-6 м3/с - любая

Таблица 3.2 - Категории надёжности подачи воды от гидрологической характеристики источника

Категория надёжности подачи воды	Расчетная обеспеченность уровней воды в поверхностных источниках для водозаборов, %
	максимальный	минимальный
I	1	97
II	2	95
III	3	90

Для обеспечения надёжной работы водозаборов из поверхностных источников, в частности, водозаборных сооружений (I и II категории надежности подачи воды), предусматривается их секционирование. Число секций, которые могут работать независимо друг от друга, для всех водозаборов постоянного типа не должно быть меньше двух. Секционирование обязательно для водоприёмников самотечных и сифонных водопроводов, береговых сетчатых колодцев и желательно для насосных станций первого подъёма.

Типы водозаборного сооружения в зависимости от требуемых расходов, гидрологической характеристики источников (таблица 3.2) и категории надёжности подачи (таблица 3.3) воды принимается по таблицам 3.4 и 3.5.

На основании анализа исходных данных для проектирования и при удовлетворении приведенных выше требований, предъявляемых к устройству водозаборных сооружений, назначается принципиальная схема водозабора с обоснованиями:

- типа водозабора (руслового или берегового);

- вида оголовка (затопленный, незатопленный; их количество, месторасположение);

- способа подачи воды к берегу (самотечными или сифонными линиями, их количество);

- вида берегового водоприёмно-сетчатого колодца (секционирование, раздельное расположение или совмещение с насосной станцией).

Таблица 3.3 - Категории надёжности подачи воды

Категория надёжности подачи воды	Характеристика режима подачи воды
I	Допустимо снижение подачи воды не более 30% расчетного расхода воды в течение 3 суток
II	Допустимо снижение подачи воды не более 30% расчетного расхода воды до 1 месяца или перерыв в подаче воды до 6 часов
III	Допустимо снижение подачи воды не более 30% расчетного расхода воды до 1 месяца или перерыв в подаче воды до 1 суток

Таблица 3.4 - Природные условия забора воды

Природные условия забора воды
Легкие: взвешенных веществ?0,5 кг/м3, ложе водоёма устойчивое, ледостав умеренной мощности (hл?0,8 м) устойчивый, внутриводные ледообразования отсутствуют, количество загрязнений незначительно, нет обрастателей и водорослей	Средние: взвешенных веществ?1,5 кг/м3, русло и берега устойчивы, ледостав устойчивый, средней мощности (1,2 м), внутриводные ледообразования прекращаются с установлением ледостава без шугозаполнения русла и образования шугозажоров количество сора, водорослей, обрастателей и загрязнений, не вызывающих помех в работе водозабора. Судоходство. Лесосплав	Тяжелые: взвешенных наносов 5 кг/м3, русло подвижное с переформированием берегов и дна (1-2 м), ледостав неустойчивый с шугоходами и шугозаполнением русла при ледоставе до 60-70% сечения водотока, образование ледяных заторов, количество сора, водорослей, обрастателей и загрязнений, затрудняющих работу водозабора. Участки нижнего бьефа ГЭС в зоне устойчивого ледяного покрова. Судоходство. Лесосплав

Таблица 3.5 - Показатели категории надежности подачи воды водозаборных сооружений из поверхностных источников

Типы водоприемных устройств	Категория надёжности подачи воды водозаборных сооружений
	Природные условия забора воды
	Легкие	Средние	Тяжелые
	Схема водозаборов
	а	б	в	а	б	в	а	б	в
Береговые незатопленные водоприемники с отверстиями, всегда доступными для обслуживания, с необходимыми ограждающими и вспомогательными сооружениями и устройствами	I	-	-	I	-	-	II	I	I
Затопленные водоприемники всех видов, удаленные от берега, практически недоступные в отдельные периоды года	I	-	-	II	I	I	III	II	I
Нестационарные водоприемные устройства фуникулёрного и плавучего типов	II	II	I	III	III	II	-	-	-

Примечания:

1 Таблица составлена в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02. - 84 для водозаборов средней производительности, устраиваемых по трем схемам: а - в одном створе при секционировании водозабора; б-то же, но при двух и более водоприемниках, размещенных в виде отдельных сооружений или водоприемников усовершенствованного типа; в-в двух створах, удаленных на расстояние, исключающее возможность одновременного перерыва забора воды.

2 В средних природных условиях водозабор по схеме а в каждом створе должен устраиваться секционированием.

3 В тяжелых природных условиях водозабор по схеме в в каждом створе должен иметь не менее двух водоприёмников.

2.6 Выбор типа водоприёмника и его расчёт

Рассмотрим назначение, проектирование, конструирование и расчёт элементов руслового водозабора, начиная с оголовка и далее по ходу движения воды.

Оголовок (водоприёмник) служит не только для непосредственного приёма воды из источника, но и для укрепления и защиты от повреждений концов самотечных (сифонных) трубопроводов. От конструкции, места расположения и надёжности работы оголовков в значительной мере зависит бесперебойность подачи воды в систему водоснабжения.

Все типы водоприёмников подразделяют на два вида: затопленные и незатопленные.

Затопленные оголовки располагают ниже минимального расчётного уровня воды и нижней кромки ледяного покрова при ледоставе. Они наиболее дешевы, менее трудоёмки в строительстве и поэтому получили наибольшее распространение. Водоприёмники оборудуются вспомогательными средствами для наблюдения за их работой и состоянием, для промывки сороудерживающих решеток обратным током воды, а также для борьбы обледенением и обрастанием.

Конструкция и расположение затопленных оголовков не должны нарушать движение водного потока и наносов, для чего им придают удобообтекаемую форму. Водоприёмные отверстия располагают так, чтобы в них не попадали донные наносы, шуга и рыбья молодь. Обычно затопленные водоприемники устраивают с боковым или низовым приемом воды. Лобовой (по течению) прием воды не рекомендуется, так как шуга и сор прижимаются потоком воды к решеткам, забивают сетки (кассеты).

Для забора малых расходов воды (0,02-0,2 м³/с) из не судоходных водоемов с легкими природными условиями применяются незащищенные раструбные оголовки, а при производительности до 0,5 м/с - трубчатые и тарельчатые оголовки.

На водоемах с легкими и средними природными условиями забора воды при производительности водозабора до 1 м³/с применяются железобетонные и ряжевые оголовки с боковым приемом воды, а при тяжелых шуголедовых условиях - фильтрующие ряжевые оголовки.

Для обеспечения устойчивого забора воды при малых глубинах потока и наличии большого количества внутриводного льда (шуги) или донных наносов рекомендуется устройство водозаборных ковшей. Предпочтение следует отдавать ковшам, заглубленным в берег с низовым входом воды в ковш.

Необходимая наименьшая глубина водоема в месте расположения водоприёмника определяется по формуле (3.1):

(3.1)

где P - высота порога, принимаемая равной не менее 0,5 м [8];

b - высота решётки водоприёмного окна (по расчету);

k - высота конструктивного превышения верха водоприёмника над водоприёмным отверстием (в зависимости от типа и конструкции водоприёмника k =0,1-1 м);

s - высота забрала, принимаемая соответственно не менее 0,3 м ложбины волны и 0,2 м от нижней кромки льда до верха водоприёмника;

h_в - высота волны при заборе воды.

Учитывая возможность отложения донных наносов у водоприемного оголовка и для уменьшения поступления воды из придонных слоев, имеющих большую мутность, обычно величину порога Р назначают 0,7-1,5 м. Если в воде содержится большое количество сора, а также для уменьшения попадания шуги в оголовок он может быть выдвинут дальше в источник.

Водоприёмник должен выноситься в область наибольших глубин и размещаться вне зоны отложения наносов. Оголовки независимо от вида материала проектируют обтекаемой формы и располагают вдоль течения.

Водоприёмные окна могут располагаться в различных плоскостях оголовка в зависимости от характера движения наносов, размываемости дна, шуголедовых условий (таблица 3.6).

Тип водоприёмника, его конструкцию с учётом надёжности забора воды и природных условий следует назначать на основании требований строительных норм и правил.

Оголовок устанавливается на специальном основании (щебеночная подушка, ряжевая конструкция, свайный ростверк). Фундамент оголовка заглубляют на 1,0-2,5 м в дно. Вокруг оголовка русло крепится фашинами или каменной наброской.

Таблица 3.6 - Расположение водоприёмных окон оголовков

Расположение окон	Условия, влияющие на расположение окон
На боковой поверхности	Среднее или малое количество наносов, средние и тяжёлые шуголедовые условия, малые глубины
На низовой по ходу движения воды поверхности	По наносам легкие и средние условия, шуголедовые условия лёгкие
На верхней (лобовой) поверхности при пороге не менее 2 м	Малоразмываемое дно, отсутствие шуги
На верхней горизонтальной поверхности	По наносам тяжёлые и очень тяжёлые условия, шуголедовые условия средние и тяжёлые
На нижней горизонтальной поверхности, на расстоянии от дна не менее 2-3 м	По наносам средние и тяжёлые условия, по шуголедовым тяжёлые и очень тяжёлые

Приём воды должен производиться через два или более водоприёмных отверстия. Размеры водоприёмных отверстий или фильтрующей поверхности оголовков назначаются по формуле

(3.2)

где _бр - площадь отверстия (брутто) одной секции водоприёмника, м²;

Q_{р -} расчетный расход одной секции, м³/с;

V_вт - скорость втекания в водоприемные отверстия, отнесенная к их сечению в свету, м/с. Допустимая скорость втекания воды V_вт = 0,1-0,3 м/с; при тяжелых шуголедовых условиях 0,05 м/с;

k - коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решеток или сеток, принимаемый:

(3.3)

где a - расстояние вежду стержнями в свету, (50 мм);

c - толщина стержней (12-14 мм);

1,25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий.

Размеры водоприёмных отверстий назначаются в соответствии с принятыми размерами решеток.

Конструирование оголовка заключается в следующем. С учетом принятого типа водоприемника, ориентируясь на рассчитанные размеры решеток и входных отверстий, назначают в плане размеры водоприемника. По краям отверстия для удобства перемещения решеток устанавливают направляющие швеллеры (рисунок 3.3). При этом учитывают, что расстояние между водоприемными окнами между окнами и краем оголовка принимается конструктивно 0,5-1 м (рисунок 3.4). Соотношение между длиной водоприемника L и шириной В принимается как L:В=5:3 с углом заострения б=60-70 при размываемых грунтах, и б=90-100 при плотных грунтах.

Рисунок 3.3 - Схема установки решеток в оголовке:

1 - корпус оголовка; 2 - сороудерживающая решетка; 3 - направляющие решетки; 4 - деревянный брус

Рисунок 3.4 - Схема для определения размеров оголовка

Типы водоприемников:

а) Стальные незащищенные оголовки (рисунок 3.5)



Рисунок 3.5 - Стальные незащищенные оголовки: а - трубчатый; б - тарельчатый: 1 - заглушка; 2 - сороудерживающая решетка; 3 - водоприемная труба; 4 - приемный раструб; 5 - вертикальный патрубок; 6 - врезной соединительный патрубок; 7 - фланец

Применение: на водоемах, не используемых для лесосплава и судоходства с относительно легкими природными условиями, при небольшой (до 0,5 м³/с) производительности водозабора. Простые, сборные, недорогостоящие, быстросменяемые вносят значительные возмущения в поток, труднодоступный, боится ударов, требует установки рыбозаградителей.

б) Железобетонный раструбный защищенный оголовок с боковым приемом воды (рисунок 3.6)

Рисунок 3.6 - Железобетонный раструбный защищенный оголовок с боковым приемом воды: 1 - сороудерживающая решетка; 2 - раструб; 3 - железобетонный корпус оголовка; 4 - самотечный или сифонный водовод; 5 - закрепление русла камнем; 6 - загрузка галечником, щебнем или тощим бетоном

Рекомендуемые размеры, м: А=5,5ч16,8; Б=2,5ч4,1; В=2,6ч3; Д=1,7ч2,1; Н=1,4 ч1,8

Применение: на небольших лесосплавных водоемах с легкими и средними природными условиями, при небольшой (до 1 м³/с) производительности водозаборов.

Надежно защищают концы самотечных и сифонных водоводов, позволяют забирать воду с небольшими входными скоростями, могут выполняться индустриальным способом.

Громоздкие и тяжелые в монтаже, требуют установки рыбозаградителей, труднодоступные

2.7 Разработка рыбозащитных мероприятий, мероприятия против наносов, шуги, обмерзания и внутриводным льдом

Рыбозащитные устройства. По современным требованиям, любой водозабор, являясь технологическим элементом системы водоснабжения и отвечая требованиям ее надежности, должен одновременно функционировать как природоохранный объект. Рыбозащитные устройства должны рассматриваться как неотъемлемый элемент водозабора.

Не допускаются строительство и эксплуатация водозаборов без согласования с органами рыбоохраны. Отсюда вытекают главные требования к рыбозащитным устройствам (РЗУ): бесперебойный пропуск воды; эффективная рыбозащита; надежность действия при доступных средствах эксплуатации (простота конструкции, автоматическое действие и т.д.).

Рыбозащитные сооружения работоспособны только в том случае, если при их создании учитывается взаимодействие мигрирующих рыб и скатывающейся молоди с сооружениями и образующимися при их работе течениями воды. Рыбы в потоке воды, как правило, двигаются против течения. Течение воды является основным фактором их привлечения в рыбопропускные сооружения.

Ориентация рыб против течения происходит по неподвижным ориентирам, в основном при помощи зрения, осязания и органов боковой линии. Отсутствие соответствующих условий ориентации приводит к сносу рыб течением, поэтому важно знать величины пороговой, привлекающей, сносящей и рывковой скоростей потока.

Одним из основных средств рыбозащиты для затопленных водоприемников является назначение скорости входа воды в водоприемник в 3 раза меньшей, чем скорость потока.

Скорость втекания воды в водоприемные отверстия для затопленных водоприемников следует принимать 0,1-0,3 м/с, для береговых незатопленных водозаборов V_вт = 0,2-0,6 м/с; с учетом требований рыбозащиты в водоемах со скоростями течения не менее 0,4 м/с, допустимая скорость входа 0,25 м/с; для очень тяжелых шуголедовых условий принимается 0,05 м/с.

Полностью исключается возможность попадания рыб в инфильтрационные водоприемники. Для затопленных оголовков малой производительности, оборудованных сороудерживающими решетками, в период ската рыбьей молоди предусматривают устройство специальных пазов с целью установки временных рыбозащитных сеток с малой ячеей и периодической промывкой их обратным током воды.

В иных случаях предусматривают устройство специальных сетчатых, гидравлических и электрических рыбозаградителей (рисунок 3.7) [6].

В процессе забора воды из источника водоприемные отверстия могут закупориваться наносами, шугой, внутриводным льдом, сором и обрастаниями. Предотвратить эти явления на водозаборах равнинных водоемов можно устройством перед водозабором струенаправляющих дамб или установкой щитов Потапова. На водозаборах из водоемов с большим содержанием наносов перед водоприемными окнами предусматриваются специальные промывные карманы и отверстия, каналы для удаления осевших наносов и др.

В водозаборных сооружениях, размещаемых без учета этих обстоятельств, водоприемные отверстия будут частично или полностью перекрываться отложениями, снижается пропускная способность самотечных или сифонных трубопроводов, накапливаются наносы в береговых колодцах и т.д.

Защита оголовков на водозаборах от наносов не менее сложна, чем защита от внутриводного льда. К тому же ущерб от наносов оказывается более тяжелым, ибо наносы отлагаются не только в оголовках, береговых колодцах и самотечных трубопроводах, но и в камерах реакций, в отстойниках водоочистных станций, осложняя работу головных сооружений водопроводов в целом. Надежная защита водозаборов от наносов достигается при комплексном решении задач на основе глубокого изучения особенностей поверхностного источника.

Основным средством борьбы с шугой и льдом является правильный выбор места расположения водозаборных сооружений, типа водозабора и его конструктивных элементов.

Наиболее надежным и распространенным средством защиты водозаборных сооружений от шуги является обеспечение очень малых скоростей поступления воды в водоприемники (V_вт = 0,01-0,05 м/с). При малом количестве шуги и при большой производительности водозабора достаточно надежными средствами являются: применение сороудерживающих решеток из гидрофобных материалов; применение специальных фильтрующих оголовков; применение плавучих ограждающих устройств (шугоотбойных запаней).

Водоприемники небольшой и средней производительности в водоемах с тяжелыми шуговыми условиями, с целью повышения надежности работы устраиваются в двух створах, расположенных на расстоянии, исключающих одновременный перерыв в подаче воды. При большой и средней производительности водозабора целесообразно устраивать водоприемные ковши, обеспечивающие защиту водозабора от шуги и донного льда.

Русловые водозаборы должны быть оборудованы промывными устройствами, позволяющими в любое время очистить самотечные и сифонные водоводы и решетки оголовков от шуги и отложений.

Рисунок 3.7 ? Схемы установки рыбозаградителей на водозаборах: а, б - механические; в, г - электрические; 1, 4 - самотечный или сифонный трубопровод; 2 - русловое водоприёмное устройство-оголовок; 3 - сетчатый барабан; 5 - эстакада или мостик; 6 - глухие открылки; 7 - системы электродов электрорыбозаградители



2.8 Проектирование самотечных трубопроводов

После выбора места установки водоприемника в источнике и берегового сеточного колодца в профиле берега намечают трассу самотечного или сифонного трубопровода [8]. Самотечные и сифонные линии прокладывают не менее чем в две нити. Обычно их количество соответствует числу секций берегового колодца.

Самотёчные линии следует прокладывать без резких поворотов в плане и профиле и по возможности с подъёмом в сторону колодца, а сифонные линии - только с подъемом; материал труб выбирается в соответствии с [8]. С целью защиты самотечных водоводов от подмыва водным потоком и повреждений якорями судов их следует заглублять ниже дна на судоходных водоемах на 0,8-1,5 м, на несудоходных - на 0,5 м. Вводить самотечные водоводы в береговые колодцы следует через сальник, причем они должны быть заглублены на 0,5-0,7 м относительно наиболее низкого уровня воды в аванкамере.

На конце самотечных и сифонных линий внутри водоприемной камеры устанавливается арматура с дистанционным управлением (задвижка, поворотные затворы), а при обратной промывке линий от НС?I или НС?II - тарельчатые клапаны [15]. Расстояние от фланца задвижки до стены колодца принимается равным двум диаметрам водовода, но не менее 500 мм для подключения промывного водовода.

Сифонные водоводы допускается применять в водозаборах второй и третьей категории надежности подачи воды, а также в случаях, когда по геологическим и гидрогеологическим условиям прокладка самотечных водоводов затруднена и экономически невыгодна.

Диаметр самотечных и сифонных водоводов определяется в зависимости от расхода и значения допускаемых скоростей в условиях нормального режима работы. Для самотечных труб скорость V_С принимается равной 0,7-1,5 м/с. Большие значения следует принимать для больших производительностей водозабора при большом содержании взвеси и малой длине самотечных линий.

Диаметр трубопровода определяется по формуле:

(3.4)

где Q_p - расчетный расход для одной секции, назначается в зависимости от типа водозабора, категории надежности подачи и условий работы водозабора (нормальных или чрезвычайных), м³/с;

V_С - допускаемая расчетная скорость в трубопроводе, м/с.

Скорость в самотечных трубах должна быть проверена:

а) на незаиляемость транспортируемыми по трубе мелкими наносами в количестве с, кг/м³, имеющими средневзвешенную гидравлическую крупность щ, м/с, по формуле

(3.5)

(3.6)

щ - средневзвешенная гидравлическая крупность при определенной температуре воды и диаметре частиц;

C - коэффициент Шези;

- диаметр частиц (таблица 3.6).



Таблица 3.6 ? Средневзвешенная гидравлическая крупность в неподвижной воде однородных по крупности зерен песчаных наносов по данным В.Н. Гончарова

Диаметр частиц , м	Величина щ, м/с, при температуре воды, Т=С
	5	10	15	20
0,00001	0,000044	0,0000512	0,0000588	0,0000663
0,00005	0,0011	0,00128	0,00147	0,0166
0,0001	0,00441	0,00512	0,00588	0,00663
0,0002	0,0154	0,0171	0,0188	0,0204
0,0004	0,0378	0,0395	0,0412	0,0429
0,0005	0,049	0,0507	0,0524	0,054
0,0006	0,0602	0,0619	0,0536	0,0652
0,0008	0,0826	0,0843	0,080	0,876
0,001	0,01050	0,107	0,108	0,11
0,0012	0,127	0,129	0,131	0,132
0,0015	?	?	?	0,164
0,002	?	?	?	0,19
0,0025	?	?	?	0,21
0,003	?	?	?	0,232
0,004	?	?	?	0,268
0,005	?	?	?	0,3
0,006	?	?	?	0,329
0,007	?	?	?	0,355
0,009	?	?	?	0,403
0,001	?	?	?	0,425
0,015	?	?	?	0,52
0,02	?	?	?	0,6
0,025	?	?	?	0,672
0,03	?	?	?	0,736

б) на возможность транспортирования более крупных (влекомых) наносов крупностью по формуле

(3.7)



Крупность Д самых крупных влекомых наносов, которые могут оседать в самотечных водоводах в проекте принимается 1-1,5 мм.

Значение потерь напора в самотечной линии необходимо знать для определения отметки уровня воды в приемной камере берегового сеточного колодца.

Потери напора Н, м, на участке трубопроводной сети определяются по формуле

(3.8)

где ? потери напора по длине трубопровода, м;

? потери напора в местных сопротивлениях, м.

Потери напора по длине трубопровода можно найти по формуле (3.9).

, (3.9)

где ? коэффициент гидравлических потерь.

Согласно СП 40-104-2001 коэффициент гидравлических потерь с учетом гидравлического сопротивления стыковых соединений при транспортировании по трубопроводу воды с коэффициентом кинематической вязкости
N=1,3•10^-6 м/с² определяется по формуле (5.4).

(3.10)

где А₁ и т - коэффициенты, принимаемые равными: А₁ = 0,0146; т= 0,226.



, (3.11)

где v_i - средняя скорость движения воды, м/с;

? коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления, принимается по справочникам по гидравлическим расчетам или паспортам заводов-изготовителей;

Учитывая большую, как правило, протяженность водопроводной сети и небольшие потери напора в местных сопротивлениях, последние допускается принимать без детального расчета в размере 5 - 10% от потерь напора на трение по длине трубопровода.