Выбор конструктивных форм водозаборного сооружения

Обоснование выбора места расположения и типа водозаборного сооружения, его компоновки

Краткая гидрологическая характеристика реки

Источником водоснабжения является река. Ее гидрологические особенности обусловлены средними климатическими условиями приема воды. Внутриводное ледообразование – умеренное, длится около 10 дней в году и прекращается с ледоставом. Ледостав тяжелой мощности 1,3 метр. В водоисточнике наличествует дрейсина, балянус, мидии и водоросли, имеется небольшое количество загрязнений и сора. Отсутствие судоходства. Есть лесосплав. В летнее время – планктон до 20000 кл/мл. Наличие регулирующих водоёмов выше по течению реки обуславливает небольшую амплитуду изменений уровня воды в течение года.

Предпосылки к выбору створа водозаборного сооружения, обоснование проектируемого места расположения водозаборного узла

Выбор берега, на котором следует запроектировать водозаборное сооружение, определяется местоположением потребителя. По заданию потребитель располагается на правом берегу реки, поэтому водозаборный узел проектируется также на правом берегу реки.

Водозаборные сооружения обычно проектируются в наиболее глубоких местах русел рек, которые называются плесом. Плес располагается у вогнутого берега речной меандры. Меандрическая форма русел в большей степени свойственна малым и средним рекам. Сравнительно большим рекам, к которым относится река в районе проектирования, свойственна слабая извилистость, что и отражено на плане участка источника водоснабжения. Поэтому створ расположения водозаборных сооружений принимаем исходя из кратчайшего расстояния от наиболее глубокого места реки до максимальной береговой отметки по береговому склону.

По построенному профилю (разрез по створу) определяем, что берег является пологим (1/m=1/4,5).

Выбор водозаборного сооружения

В нашем случае берег пологий, следовательно, проектируем русловое водозаборное сооружение. В русло реки выносится оголовок. На берегу проектируется береговой колодец. Оголовок с береговым колодцем может соединяться самотечными или сифонными линиями. Так как водозаборное сооружение рассчитано на среднюю

производительность (выше 1 м³/с в перспективе) и должно иметь высокую степень надёжности, то оголовок с береговым колодцем соединяется самотечными линиями.

Выбор компоновки водозаборного узла

Оголовок следует размещать на отметке дна реки, обеспечивающей бесперебойный отбор воды из источника. Слой воды над оголовком должен быть не менее 0,2 м и отсчитываться от нижней кромки льда. Порог между дном и низом водоприемных окон оголовка должен быть не менее 0,5 м.

Высота водоприемных окон для водозаборных сооружений проектируется в зависимости от их производительности. Для расчетной производительности принимаем высоту водоприемных окон h_в = 1,2 м. Высота потолка h_п = 0,2 м.

Расчет отметки нижней кромки льда

h₁ = Г_л × А

h1 = 0,9 * 1,3 = 1,17м,

где Г_л – плотность льда = 0,9 т/м³; А –толщина льда в реке,А= 1,0м.

h1 –толщина льда под уровнем воды,мОтметка нижней кромки льда:

Б = Н_з – h₁

Б = 18 – 1,17 = 16,83 м,

где Н_з – минимальный зимний горизонт, Н_з = 18 м (по заданию)

Расчет отметки дна (Н_д) в месте расположения оголовка

Н_д = Н_з – (h₁ + h₂ + h₃ + h₄)

Н_д = 17 – (1,17+ 0,3 + 1,4 + 0,7) = 13,97м,

где h₂ – слой воды над оголовком до нижней кромки льда, h₂ = 0,3 м; h₃ – высота водоприемных окон с высотой потолка, h₃ = 1,4 м;

h₄ – высота порога между дном и низом водоприемных окон, не менее 0,5 м, h₄ = 0,7 м.

Расчет отметки земли (Н_б) у берегового колодца На водозаборных сооружениях малой и средней производительности, береговой

колодец должен располагаться на 0,6-1,0 м выше горизонта половодья, Р = 95%.

Н_б = В + Г

Н_б = 21 + 1 = 22 м,

где В – максимальный горизонт паводка, 20 м (по заданию); Г –превышение выше горизонта половодья, 0,6-1,0м.

Выбор конструктивных форм водозаборного сооружения

Выбор конструкции оголовка зависит от хозяйственного назначения реки и от производительности водозаборного сооружения.

По функциональному назначению и условиям экологического равновесия в водоеме оголовки бывают с равномерными и неравномерными скоростями отбора воды.

По гидрологическим условиям оголовки проектируются обтекаемой и не обтекаемой формы в плане.

В данном проекте по совокупности признаков целесообразно запроектировать бетонный оголовок в металлической оболочке с 2-х сторонним входом и вихревой камерой, обеспечивающей равномерный отбор воды и обтекаемой формы в плане.

Береговой колодец проектируется совмещенный с насосной станцией 1-го подъема для обеспечения работы насосов «под залив».

2. Гидравлический расчёт 2.1. Гидравлический расчет оголовка

На входе оголовок оборудуется фильтрующими кассетами толщиной 200 мм, заполненными щебеночным материалом крупностью 40-60 мм.

Площадь водоприемных окон:

S = 1,25 * Q * K_ст / V_вх,

где Q – расчетный расход водоприемного оголовка, Q = 0,7 м³/с ( по заданию) ; K_ст –коэффициент,учитывающий сжатие струи решеткой;

К_ст = (а_ст + с_ст) / а_ст = (1 + 5) / 5 = 1,2,где

а_ст –диаметр стержня решетки, а_ст = 1см; с_ст –расстояние между стержнями, с_ст = 5см;

V_вх –скорость входа воды в водоприемные окна,принимаем для данной реки(по п.5.94 СНиП 2.04.02-84) V_вх = 0,2 м/с.

S = 1,25 * 0,7 * 1,2 / 0,2 = 5,25 м²

Принимаем водоприемные окна размером 1,2 х 1,2 м. Количество водоприемных окон:

N = S / S₁ = 5,25 / 1,44 = 3,65

где S₁ – площадь одного окна, S₁ = 1,44 м².

С учетом перспективного развития, средних условий забора воды и повышения надежности водоприемника принимаем 6 водоприемных окон (по 3 в каждой секции).

На каждое окно устанавливается фильтрующая кассета размером 1200 х 1200 мм. Поскольку водозаборные сооружения в целях надежности их работы

секционируются, проектируемый оголовок в соответствии с его производительностью должен иметь 2 секции. Секции располагаются по разные стороны оголовка и соединены каждая со своей линией.

Таким образом, фактическая скорость входа в водоприемные окна:

V_вх = (1,25 ×Q × Kст) / (S₁ ×n) = 1,25 × 0,7 ×1,2 / (1,44 × 6) = 0,12м/с,

Где n – количество водоприемных окон;

Q –расчетный расход оголовка(по заданию) S1 –площадь одного окна;

Kст –коэффициент,учитывающий сжатие струи решеткой;

В случае отключения из работы (авария, тех. ремонт) одной из секций, пропускная способность оставшейся секции составит 70% от расчетного расхода, т.е. 0,7 × 0,7 = 0,48 м³/с.

Скорость отбора воды составит:

V_вх_._ав = (1,25 × 0,7 ×Q ×K) / (S₁ × N/2)

V_вх_._ав = 1,25 × 0,7 × 0,7 × 1,2 / (1,44 × 6 / 2) = 0,17м/с

Потери напора в решетке:

– при нормальной работе:

Н_реш = ξ × V_вх² / 2 × g

Н_реш = 19,5 × 0,12²/ 2 × 9,8 = 0,014м,

где ξ – коэффициент гидравлического сопротивления решетки,

ξ = b × (аст + cст)^4/3 × sin α,

где b – коэффициент, зависящий от формы стержня решетки, для круглого стержня b = 1,79;

а ст –диаметр стержня решетки,а= 1см; сст –расстояние между стержнями,с= 5см;α – угол подхода воды к решетке, α = 90°.

ξ = 1,79 × (1 + 5)^4/3×sin 90° = 19,5

– при аварии:

Н_реш_._ав = ξ×V_вх_._ав_.² / 2 × g = 19,5 × 0,17²/ 2 × 9,8 = 0,029м

Потери напора в фильтрующих кассетах: В нормальном режиме:

h_ф_._к_. = (k_з × V_вх / k_ф)² × s,

где k_з – коэффициент загрязнения, k_з ≤ 1,5; k_ф = 18 × p × √δ,

p –пористость фильтра,р= 0,4;

δ –средняя крупность заполнителя,м= 7см; s –толщина кассеты, s = 20см;

k_ф = 18 × 0,4 × √0,07 = 1,6.

h_ф_._к_. = (1,5 × 0,12 / 1,6)² ×0,2 = 0,0025м

При аварии:

h_ф_._к_._ав = (1,5 ×0,17 / 1,6)² × 0,2 = 0,005м