Горизонтальные водозаборы

Горизонтальные водозаборы представляют собой водосборную траншею или водосборную галерею, оборудованную для приема воды из водоносного пласта и отвода ее в место расположения водозаборных устройств. Они позволяют эксплуатировать маломощные водоносные пласты, расположенные на глубинах 4-8 м. Горизонтальные водозаборы особенно эффективны при расположении вблизи рек, озер и водохранилищ.

При значительной длине водозаборов через каждые 50 м устраивают смотровые колодцы, предназначенные для осмотра, очистки, вентиляции, ремонта и взятия проб воды. Также устраивают водосборные колодцы, куда поступает собранная вода, оснащают их насосными установками, производят в них замер дебита, отбор проб, осаждают взвешенные частицы.

Горизонтальный водозабор

1-перфорированные в верхней части трубы (горизонтальные водосборы); 2 — сборный колодец; 3 — водоносный пласт

Вид устройств для захвата воды зависит от гидрогеологических и инженерных условий. Простейшим типом горизонтального водозабора является открытый дренажный канал — водосборник. Он применяется для промышленного водоснабжения и строится в виде открытой траншейной выработки, откосы которой оборудованы песчано-гравийным фильтром.

При заборе небольших количеств воды для мелких потребителей и временного водоснабжения, а также при глубине залегания подземных вод 2-3 м от поверхности земли применяют траншейные водозаборы. Типичным представителем траншейного водозабора является каменно-щебеночный. Его выполняют в траншее, укладывая фильтрующие материалы, размер которых увеличивается к середине траншеи, сверху покрывают слоем глины, а затем вынутым из траншеи грунтом.

Каменно-щебеночный траншейный водозабор

1 — местный грунт; 2 — экран из водонепроницаемого грунта (глины); 3 — крупный песок; 4 — гравий; 5 — выкладка из рваного камня или щебня

Используются также трубчатые горизонтальные водозаборы, устраиваемые при глубине залегания подземных вод до 4-5 м. В отличие от каменно-щебеночного водозабора их водоприемная часть выполняется из керамических, асбестоцементных, железобетонных, бетонных и пластмассовых труб, которые обсыпают фильтрующим материалом. В водоприемных трубах устраивают круглые и щелевые отверстия, расширяющиеся внутрь трубы, а в трубах больших диаметров — окна-ниши. В остальном устройство этого водозабора аналогично устройству водозаборов предыдущего вида. При использовании труб из пористого бетона и полимербетона не нужны фильтрующие обсыпки или достаточно устройства одного слоя.

Водозаборные галереи строят при глубинах залегания подземных вод до 6-8 м от поверхности при любых геологических и гидрогеологических условиях для крупных потребителей в ответственных системах водоснабжения. Галерею водозабора выполняют из сборных оваловидных или сводообразных железобетонных звеньев, имеющих высоту 1,2-2 м, с учетом возможности прохода по галерее. Лоток в нижней части при глубине не более 0,5 м и ширине 0,2—0,4 м обеспечивает сток собранной воды к месту ее сбора при скоростях, исключающих выпадение взвешенных частиц, Также используются водосборные галереи с водоприемными элементами из пористого бетона.

Водозаборная галерея

а — овоидального сечения с отверстиями в стенке; б—сводообразная; 1 — боковые отверстия для входа грунтовых вод; 2,5— крупный песок; 3,4 — соответственно гравийная засыпка и щебень; 6 — бревенчатое основание

Лучевые водозаборы — это система горизонтальных или наклонных скважин, которые собирают воду из водоносного пласта и отводят ее в центральную водосборную камеру (шахту), откуда ведется откачка. Водозабор этого типа является разновидностью шахтного колодца и устраивается как в маломощных пластах (до 5 м), так и в пластах мощностью до 20 м, кровля которых находится на глубине до 15-20 м от поверхности земли.

В зависимости от условий расположения лучевые водозаборы бывают различных типов: подрусловой (под дном реки с шахтой на берегу или в русле); береговой, когда водозабор находится на берегу недалеко от реки; комбинированный, когда водозабор размещается На берегу реки, а лучевые фильтры — в береговой зоне и под руслом; водоразделенный — при расположении водозабора вдали от открытых водоемов.

Лучевой береговой водозабор

1 — железобетонный шахтный колодец: 2 — глухая (не перфорированная) часть лучевых дрен; 3 — перфорированные стальные трубы; 4 — павильон с насосной станцией; 5 — насыпной грунт; 6 — плотный суглинок; 7 — песок и галька; 8 — глина

Лучевой водозабор, расположенный на берегу реки, состоит из бетонного шахтного колодца и системы горизонтальных скважин. Оптимальное число лучей принимают равным 3—7. При выборе основных параметров лучевого водозабора необходимо учитывать, что его дебит не пропорционален увеличению длины лучей. Увеличение приводит к росту гидравлических сопротивлений, уменьшающих дебит водозабора. Однако взаимовлияние лучей с ростом их длины уменьшается. Изменение диаметра лучевых дрен и наружного диаметра водосборного колодца оказывает меньшее влияние на дебит водозабора, чем изменение длины, числа и заглубления дрен.

В зависимости от способа устройства сборного колодца и расположения лучей в водоносном пласте они подразделяются на водозаборы с горизонтальными, наклонными восходящими и нисходящими и многоярусными скважинами. Они могут быть комбинированными, если предусматривается устройство как наклонных лучей — скважин, так и горизонтальных.

Приемный колодец, расположенный в центральной части водозабора, предназначен не только для приема воды и установки соответствующего насосного оборудования, но и для проведения работ по устройству лучей скважин. Обычно колодец устраивают опускным способом, а в особо тяжелых условиях — кессонным способом. Его высота зависит от глубины залегания водоупорного пласта, а также от глубины заложения лучей. Внутренний диаметр колодца принимается в пределах 1,5-6 м в зависимости от оборудования для устройства лучей и условий эксплуатации. Колодцы выполняют из сборного и монолитного железобетона, а для колодцев малых диаметров можно использовать стальные трубы.

Число лучевых скважин, их длина, направление и глубина расположения назначаются в зависимости от гидрогеологических, строительных, инженерных и эксплуатационных условий.

Существуют различные способы устройства горизонтальных лучей-скважин. Для большинства этих способов используется бестраншейный метод продавливания отдельных звеньев труб с помощью домкратных установок, размещаемых в шахте. Учитывая метод производства работ по прокладке дрен, не рекомендуется устройство лучевых водозаборов в водоносных грунтах из крупного галечника, с вкраплениями валунов или подверженных сильной кольматации.

Длину вдавливаемых звеньев, определяемую размерами шахты, принимают равной 1-2,5 м. Диаметр вдавливаемых труб составляет 50-300 мм, а полная длина луча — 5-80 м. Подъем воды из колодцев (шахт) лучевых водозаборов осуществляют горизонтальными или вертикальными насосами; кроме того, возможно использование вакуумных систем с подключением вакуум-насосов к устью горизонтальных скважин. Последнее особенно важно для водозаборов, работающих в грунтах с низкой водоотдачей и в маловодообильных пластах.