ВОДОЗАБОРНОЕ СООРУЖЕНИЕ ИЗ ГОРНЫХ РЕК

Полезная модель относится к гидротехнике и может быть использована при водозаборе в гидроэнергетические, ирригационные системы и системы водоснабжения из горных рек, транспортирующих наносы.
Известно водозаборное сооружение для деривационных ГЭС, включающее размещенный на берегу подводящего русла водоприемник, оборудованный стабилизатором расхода, размещенное в русле подпорное сооружение, имеющее авторегулятор предельного уровня и косонаправленный катастрофический водослив, промывное отверстие, оборудованное сдвоенным затвором и примыкающей к нему разделительной стенкой, расположенной между промывным трактом и водоприемной камерой, отделенной от русла реки наносозащитным порогом. Между промывным трактом и речным пролетом устроен промежуточный бычок, верх которого заглубляется под расчетный уровень воды верхнего бьефа сооружения. Наносозащитный порог выполнен в виде ломаного в плане вертикального порога, концевой участок которого устраивается параллельно динамической оси потока в подводящем русле сооружения. В концевой части автоводослива водоприемной камеры, примыкающей к береговому устою сооружения, устроено сбросное отверстие, перекрываемое затвором (патент Кыргызской Республики на изобретение №607, МПК Е02В 13/00, 2003 г.).
Недостатком данного устройства являются ограниченная пропускная и транспортирующая способность водоприемных и водосбросных элементов сооружений - ломаного в плане наносозащитного порога, катастрофического водослива, промывного тракта, ограниченного промежуточным бычком с заглубленным верхом. Конструкция промывного тракта малоэффективна при сбросе в нижний бьеф излишков воды с повышенной мутностью.
Наиболее близким по технической сущности, к полезной модели, является водозаборное сооружение для горных рек, которое включает размещенный на берегу водоприемный оголовок, оборудованный стабилизатором расхода воды. В русле горной реки устроено подпорное сооружение, имеющее речной пролет с авторегулятором предельного уровня, затвор промывного отверстия, криволинейный в плане катастрофический водослив водоприемной камеры с затвором в концевой части, сбросной водослив верхнего бьефа сооружения с наносотводящим отверстием в начальной части. Водоприемная камера отделена от подводящего русла реки наносозащитным порогом, выступающим в сторону речного пролета отсеком трапецеидальной в плане формы, и разделительным бычком. Наносозащитный порог выполнен в виде вертикальной стенки переменной высоты, концевая секция которого расположена под тупым углом 120-170° к продольной оси сооружения (патент Кыргызской Республики на изобретение №920, МПК Е02В 13/00, 2006 г.).
Недостатками данного устройства является низкая эффективность промывного тракта при сбросе в нижний бьеф излишков воды с повышенной мутностью, что вызывает захват наносов в водоприемную камеру. Отмечается также низкая транспортирующая способность транзитного потока, сбрасываемого через речной пролет в паводковый период.
Кроме того, перечисленные компоновки водозаборных сооружений имеют наносозащитные пороги переменной высоты, что снижает их пропускную способность и ограничивает область применения. При подаче в отводящий канал форсированных объемов воды (например, для промывки камер отстойников) необходимо увеличение уровня воды в верхнем бьефе сооружения, что снижает транспортирующую способность потока перед водосбросными устройствами и требует перенастройки авторегулятора предельного уровня.
Технической задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик водозаборного сооружения путем увеличения транспортирующей способности транзитного потока, проходящего через подводящее русло сооружения, речной пролет и промывной тракт, повышение эффективности процесса водозабора водоприемными элементами.
Поставленная задача решается за счет следующих конструктивных признаков. Во-первых, ломаный в плане наносозащитный порог выполнен в виде вертикальной стенки, имеющей горизонтальный гребень. Во-вторых, в конце наносозащитного порога устраивается дополнительный промывной тракт, в котором перед промывным отверстием размещается донная вставка с поверхностью, имеющей обратный уклон. Сбросной водослив верхнего бьефа сооружения выполняется в виде ломаного в плане порога, концевая секция которого размещается перпендикулярно полотнищу авторегулятора предельного уровня, размещаемого в речном пролете. В третьих, в начале ломаного в плане наносозащитного порога размещается дополнительное водоприемное отверстие, перекрываемое плоским затвором, предназначенным для регулирования объемов воды, подаваемых в водоприемную камеру.
Такое конструктивное исполнение водозаборного сооружения для горных рек позволяет повысить надежность водозабора необходимого количества воды, увеличить транспортирующую способность транзитного потока воды и, тем самым, уменьшить захват наносов, в водоприемную камеру и в отводящий канал.
На фиг.1 изображено водозаборное сооружение в плане; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.1.
Водозаборное сооружение включает размещенный на берегу подводящего русла 1 водоприемный оголовок 2, оборудованный стабилизатором расхода 3 в голове отводящего канала 4. В концевом сечении подводящего русла 1 устроено подпорное сооружение 5, имеющее речной пролет 6 с авторегулятором предельного уровня 7, сдвоенный затвор 8 промывного отверстия 9, катастрофический водослив 10 со сбросным затвором 11, сбросной водослив верхнего бьефа 12. Через затворы и водосливы подпорного сооружения 5 осуществляется сброс излишков воды в отводящее русло 13. Водоприемная камера 14 отделена от подводящего русла 1 ломаным в плане и выступающим в сторону речного пролета наносозащитным порогом 15 и разделительным бычком 16, а от отводящего русла 13 катастрофическим водосливом 10 и затвором 11.
Наносозащитный порог 15 выполнен в виде вертикальной стенки, имеющей горизонтальный гребень 17. Перед промывным отверстием 9 устроен дополнительный промывной тракт 18, в котором размещена донная вставка 19 с поверхностью, имеющей обратный уклон. Между промывным отверстием 9 и речным пролетом 6 размещается промывное отверстие 20, перекрываемым затвором 21. Сбросной водослив верхнего бьефа 12 выполняется в виде ломаного в плане порога, концевая секция которого 22 размещается перпендикулярно полотнищу авторегулятора предельного уровня 7. В начале наносозащитного порога 15 размещается верхнее водоприемное отверстие 23, перекрываемое плоским затвором 24 для регулирования величин объемов воды, подаваемых в водоприемную камеру 14.
Водозаборное сооружение из горных рек работает следующим образом. Речной поток по подводящему руслу 1 поступает к подпорному сооружению 5, при этом авторегулятор предельного уровня 7, сдвоенный затвор 8, сбросной водослив верхнего бьефа 12 и затвор 21 создают достаточную глубину в верхнем бьефе для перелива необходимых объемов воды через горизонтальный гребень 17 наносозащитного порога 15 в водоприемную камеру 14.
В водоприемной камере 14 катастрофическим водосливом 10 и сбросным затвором 11 поддерживается необходимая глубина для подачи воды в отводящий канал 4 через водоприемный оголовок 2, оборудованный стабилизатором расхода 3. Стабилизатор расхода 3, установленный на определенное открытие, обеспечивает подачу постоянного расхода воды в отводящий канал 4.
Влекомые донные наносы из подводящего русла 1 водозаборного сооружения транспортируются в отводящее русло 13 в обход водоприемной камеры 14 за счет интенсивной циркуляции воды, которая возникает перед начальными секциями наносозащитного порога 15 и усиливается его концевой секцией и донной вставкой 19 дополнительного промывного тракта 18, при поднятии затворов 8, 21 и открытии авторегулятора предельного уровня 7.
В работе водозаборного сооружения на горных реках имеется четыре характерных режима, наблюдающихся: а) в теплый меженный гидрологический период реки, б) в период прохождения среднелетних расходов, в) в паводковый период, характеризующийся пропуском значительных расходов воды через створ сооружения, г) в зимний меженный период, характеризующийся прохождением малых расходов воды в реке с минимальным содержанием наносов и наличием шуголедовых образований.
В теплый меженный период авторегулятор предельного уровня 7 закрыт и в водоприемную камеру 14 забирается большая часть воды, поступающей по подводящему руслу 1. Водозабор производится из поверхностных горизонтов водного потока при переливе через горизонтальный гребень 17 наносозащитного порога 15. В этот период в подводящем русле 1 скорости движения потока относительно малы и в верхнем бьефе перед наносоотбойным порогом 15 могут накапливаться влекомые наносы в виде гравия, гальки и камней. Наносы периодически промываются в нижний бьеф подпорного сооружения 5 невостребованными объемами воды, транспортируемыми по дополнительному промывному тракту 18 и сбрасываемыми через промывное отверстие 9 при открытии сдвоенного затвора 8. Этому способствует циркуляция воды, возникающая вдоль внешней поверхности ломаного в плане наносозащитного порога 15, которая усиливается донной вставкой 19, имеющей поверхность с обратным уклоном и размещенной в конце дополнительного промывного тракта 18.
При прохождении среднелетних расходов воды авторегулятором предельного уровня 7 в подводящем русле 1 поддерживается необходимая глубина для перелива воды через горизонтальный гребень 17 наносозащитного порога 15 необходимых объемов воды в водоприемную камеру 14. Скорости потока воды в этот период в подводящем русле 1 возрастают, что увеличивает интенсивность циркуляции воды вдоль внешней стенки наносозащитного порога 15, которая препятствует попаданию наносов в водоприемную камеру 14. Наносы транспортируются и сбрасываются из верхнего бьефа сооружения в нижний бьеф через промывные отверстия 9 и 20 при поднятии затворов 8 и 21.
При пропуске паводковых расходов воды по подводящему руслу 1 в отводящий канал 4 забирается меньшая часть речного потока, большая его часть сбрасывается в нижний бьеф сооружения через речной пролет 6 при открытии авторегулятора предельного уровня 7, через промывные отверстия 9 и 20 при поднятии затворов 8 и 21, через отверстие сбросного затвора 11, через гребни катастрофического водослива 10 и сбросного водослива верхнего бьефа 12 и далее транспортируется по отводящему руслу 13. В этот период эксплуатации водозаборного сооружения возрастает циркуляция воды, возникающая в подводящем русле 1 и вдоль внешней поверхности наносозащитного порога 15, за счет этого влекомые наносы отклоняются в сторону речного пролета 6 и промывного отверстия 20 и через них сбрасываются в нижний бьеф, В водоприемную камеру 14 и далее в отводящий канал вода, очищенная от влекомых наносов, поступает через горизонтальный гребень 17 наносозащитного порога 15 и через верхнее водоприемное отверстие 23. При этом величины расходов воды, подаваемых в отводящий канал, регулируются затвором 24. Устройство концевой секции 22 ломаного в плане сбросного водослива верхнего бьефа 12 перпендикулярно полотнищу авторегулятора предельного уровня 7 позволяет интенсифицировать транспорт наносов через речной пролет 6.
В зимний меженный гидрологический период уровни воды в верхнем бьефе водозаборного сооружения понижаются до отметки горизонтального гребня 17 наносозащитного порога 15, посредством регулирования величины напора, создаваемого авторегулятором предельного уровня 7. При этом водоотбор в водоприемную камеру 14 производится из нижних горизонтов речного потока через водоприемное отверстие 23 затвора 24, что уменьшает захват шуги и льда из верхних слоев потока.