СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ПОДРУСЛОВОГО ФИЛЬТРИРУЮЩЕГО ВОДОЗАБОРА КОМБИНИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ
METHOD TO ERECT UNDERFLOW FILTERING WATER INTAKE OF COMBINED DESIGN

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к водозаборным сооружениям, возводимым для забора воды на участках рек со сложными гидрологическими условиями.
Известен фильтрующий придонный русловой водоприемник с вихревыми камерами [1], содержащий водоприемные отверстия, фильтрующие кассеты и самотечные трубы. Основными недостатками данного технического решения являются сложность конструкции и низкая эффективность работы.
Известны также и подрусловые водоприемники, которые даются в этом же источнике [1]. Конструктивно такие водоприемники возводят в виде дрен, галерей, лучевого водозабора и т.п. (рекомендуются для забора воды из периодически промерзающих водотоков, или для забора воды на горных участках рек с периодическим отсутствием поверхностного стока). Основными недостатками данных водоприемников являются низкая эффективность и надежность работы, а также сложность их использования на равнинных и предгорных участках рек.
Цель изобретения - повышения эффективности и надежности работы подруслового водозабора в условиях горных, предгорных и равнинных участков рек.
Указанная цель достигается тем, что в способе возведения подруслового фильтрующего водозабора, включающего водосборную галерею, поверху водосборной галереи устраивают фильтрующий водоприемник, изготавливаемый из металлической решетки и уложенных сверху нее в два плотных ряда фильтрующих гибких тюфяков, которые выполняют из легких фашин, завернутых в геосетку, при этом первый ряд тюфяков укладывают вдоль продольной оси галереи, а второй ряд - поперек галереи и по направлению руслового потока, а также с уклоном, большим уклона русла реки. Перед водоприемной галереей под руслом реки с одной его стороны и по направлению потока устраивают дополнительный трубчатый водоприемник, который выполняют из перфорированных труб и уложенных вокруг них аналогичных гибких тюфяков, при этом устьевая часть трубчатого водоприемника с уклоном входит в водосборную галерею на уровне уреза воды.
На фиг.1 показано сечение сооружения по продольной оси водосборной галереи; на фиг.2 - участок водозабора в плане; на фиг.3 - поперечное сечение сооружения по оси трубчатого водоприемника; на фиг.4 - гибкий тюфяк из легких фашин; на фиг.5 - фрагмент перфорированной трубы с ребрами жесткости.
Подрусловый фильтрующий водозабор состоит из водосборной галереи 1 и водоприемника, выполненного из металлической решетки 2 и гибких тюфяков 3, уложенных в два ряда поверху решетки. В первый ряд 4 гибкие тюфяки 3 плотно уложены по всей ширине галереи и по направлению ее продольной оси, а второй ряд 5 - поперек галереи и по направлению поверхностного потока воды. При этом второй ряд 5 тюфяков уложен с уклоном и большей длиной, перекрывающей ширину водосборной галереи 1 с двух сторон. В верхнем бьефе перед водоприемными тюфяками 3 предусмотрен направляющий порог 6. На глубине под порогом 6 по направлению русла устроен трубчатый водоприемник 7, концевая часть которого с уклоном входит в водосборную галерею 1 на уровне уреза воды. Трубчатый водоприемник состоит из перфорированных труб 8, гибких тюфяков 3 и жестких ребер 9. В конце водосборной галереи устроен отводящий канал 10.
Способ возведения подруслового фильтрующего водозабора комбинированной конструкции осуществляется и работает следующим образом.
Вначале выбирается место строительства водозабора и осуществляется привязка основных элементов сооружения. Также заранее заготавливается необходимый объем сухого камыша, из него изготавливают легкие фашины и из них выполняют гибкие тюфяки 3 в необходимом количестве. После выполняются работы по отводу реки от места строительства. Затем разрабатывают котлован под водосборную галерею 1 и траншею под трубчатый водоприемник 7, и планируют земляные их основания. Сначала строится водосборная галерея 1 из монолитного бетона или железобетона, а после этого сразу строится трубчатый водоприемник 7. Для этого вначале по уклону укладываются (заранее подготовленные) перфорированные трубы 8 с ребрами жесткости 9, вокруг которых продольными и плотными рядами укладывают гибкие тюфяки 3 до уровня жестких ребер 9. Вокруг труб 8 с гибкими тюфяками 3 обтягивается габионная сетка по всей их длине до водосборной галереи 1. После чего над водосборной галереей возводится водоприемник из металлической решетки 2 и гибких тюфяков 3, укладываемых в два ряда. Первый ряд 4 тюфяков 3 укладывается над решеткой 2 по направлению продольной оси, а второй ряд 5 - поперек галереи и по направлению потока воды, и с уклоном i=0,05....0,1, большим, чем уклон русла реки. Вместе с тем, длина тюфяков 3 второго ряда 5 должна перекрывать ширину галереи с двух сторон. Далее засыпается местным грунтом котлован вокруг галереи 1 и траншея с трубчатым водоприемником 7. Основные нагрузки на трубчатый водоприемник от вышележащего грунта воспринимают ребра жесткости 9 через габионную сетку, обтянутую вокруг водоприемника 7. Сверху трубчатого водоприемника и перед поверхностным водоприемником галереи 1 устраивается направляющий порог 6 с целью отклонения крупных (влекомых) наносов в сторону основного русла реки. И в конце строится отводящий канал 10 с плотным сопряжением по отметкам с водосборной галереей 1 так, чтобы вода из галереи 1 самотеком (без образования подпора) поступала в канал.
Работает подрусловой фильтрирующий водозабор комбинированной конструкции следующим образом. В период половодий основной водный поток свободно протекает сверху водоприемника галереи, а часть воды под действием напора проходит через гибкие тюфяки верхнего 5 и нижнего 4 рядов в водосборную галерею 1, так как легкие фашины из камыша, из которого сделаны гибкие тюфяки, обладают хорошими дренирующими свойствами. При этом одновременно происходит и очистка воды от взвешенных частиц, гибкие тюфяки 3 водоприемника работают и как дренажи, и как фильтры. Из-за высокого уклона верхнего ряда 5 тюфяков водоприемника наносы, которые туда попадают с потоком воды, большая часть не задерживается, уносится и смывается водой, только небольшая часть наносов проникает в фашины гибких тюфяков (в основном взвешенные наносы). Через определенное время паводкового периода реки мутный поток воды может привести к забивке (засорению) взвешенными наносами легких фашин верхнего ряда 5 тюфяков 3. В результате эффективность работы водоприемника (пропускная способность) может уменьшиться в два раза и более. Поэтому через 10-15 дней работы водоприемника в условиях мутного потока воды, необходимо заменить верхний ряд 5 тюфяков новыми тюфяками. Затем снятые тюфяки 3 можно под действием напорной струи потока воды промыть и очистить от наносов, чтобы их повторно можно было использовать. Для обеспечения эффективной работы водоприемника в запасе должно быть достаточное количество гибких тюфяков 3 для их неоднократного использования. Сухой и созревший камыш из чего сделаны легкие фашины и тюфяки, является достаточно прочным и надежным материалом, который работает в условиях водной среды до 12-15 лет и более без разложения. В связи с чем, гибкие тюфяки 3 могут быть использованы сотни раз и более, партиями заменяя их по мере засорения новыми очищенными. А что касается трубчатого водоприемника, то он находится относительно глубоко под землей, куда поступает только грунтовая вода. Поэтому он будет работать без замены фильтрующих гибких тюфяков 12 лет и более. Через 10-12 лет необходимо будет заменить полностью фильтрующие тюфяки 3 в трубчатом водоприемнике 7. И в случае полного промерзания реки трубчатый водоприемник позволяет забрать минимально необходимое количество воды из-под русловых грунтовых вод. Основное назначение трубчатого водоприемника - обеспечение поступления воды в водосборную галерею 1 в меженный (осенне-зимний) период. Необходимый минимальный расход трубчатого водоприемника 7 можно регулировать размерами и конструкцией перфорированной трубы 8 (длиной, диаметром и площадью перфорации).
Возводимый предлагаемым способом подрусловой водозабор комбинированной конструкции может быть эффективно использован и на горных, и на предгорных, и на равнинных участках малых рек со сложными гидрологическими и климатическими условиями. Наличие у предлагаемого водозабора двух водоприемников, поверхностного и подземного (трубчатого), повышает надежность его работы и позволяет использовать его для питьевого водоснабжения небольших населенных пунктов, отдельных предприятий и учреждений, частных хозяйств, а также в качестве резервного водозабора, в случае чрезвычайных ситуаций в крупных населенных местах.
Источник информации
1. Справочник проектировщика. Гидротехнические сооружения. / Под редакцией д.т.н., проф. В.П.Недриги. - М.: Стройиздат, 1983. - с.434-435.