Русловые ковши
Водоприемный ковш представляет собой искусственное инженерное сооружение в сложившейся веками картине естественного течения реки или течений в прибрежной зоне. Его применяют для борьбы с шугой и для частичного осветления воды. Необходимо отметить, что со строительством ковша меняется гидрологическая и гидротермическая обстановка в источнике водоснабжения. Течения в районе ковша вынуждены менять направление, огибая дамбы ковша. При этом в голове ковша отбор воды вследствие узости входа происходит в режиме деления, что приводит к завихрениям течений на входе и образованию «теневых» зон, в которых интенсифицируется процесс выпадения осадка.
Перечисленные обстоятельства требуют специальных подходов и мероприятий для эффективной эксплуатации ковшей, например периодического использования земснарядов или землечерпалок для удаления осадка на дне ковша.
Важную роль в повышении эффективности работы водоприемного ковша играет место его расположения. На средних и малых реках ковш располагают ниже слияния потоков самой реки и ее притоков, а на больших реках с интенсивным шугозажорным режимом могут использоваться обходные протоки.
В зависимости от характера рек существуют различные типы водоприемных ковшей; частично или полностью выдвинутые в русло реки; полностью заглубленные в берег; частично заглубленные в берег; с затапливаемыми и незатапливаемыми дамбами с верхней шпорой; то же с верхней и низовой шпорами; с низовым входом, выдвинутым в русло реки.
Типы водоприемных ковшей
а — частично или полностью выдвинутый в русло реки; б — полностью заглубленный в берег; в — частично заглубленный в берег; г — с затапливаемыми и незатапливаемыми дамбами с верхней шпорой; д — то же с верхней и низовой шпорами; е — с низовым входом, выдвинутым в русло реки; 1 —дамба; 2 — водозаборные сооружения; 3 — ковш; 4 — низовая незатапливаемая дамба; 5 — верховая затапливаемая дамба; 6 — регуляторы (устройства для регулирования подачи воды и задержания мусора); 7 — верховая шпора; 8 — бортовая струенаправляющая стенка; 9 — низовая шпора; 10 — речная незатапливаемая дамба
Шпору (шпунтовую стенку, располагаемую перпендикулярно или под углом к оси потока) устраивают для борьбы с избыточной зависимостью водоприемного ковша от взвешенных наносов у речной дамбы. Необходимо отметить то, что на реках ковши весьма эффективны для борьбы с шугой, поэтому наиболее распространенной является конструкция ковша с низовым входом. На морях используются специальные ковши с волноломом, которые облегчают отбор воды в шторм.
Плавучие и передвижные водозаборные сооружения применяют для временного водоснабжения в условиях значительных колебаний уровня воды в источнике. Передвижной водозабор представляет собой насосную станцию легкого типа, которая может передвигаться соответственно изменению уровня воды в реке по наклонному рельсовому пути, проложенному на берегу, а плавучий — насосную установку, размещенную на плавающих средствах: баржах, понтонах и т.п.
Одной из разновидностей плавучего водозабора является водозабор-осветлитель, в функции которого входит не только забор воды, но и ее предварительное осветление в тонкослойном полочном модуле.
Плавучий водозабор с тонкослойным модулем
С целью улучшения гидродинамических условий подвода потока к осветлителю его донная часть разделена вертикальными перегородками на ячейки. Это позволяет устранить турбулентные возмущения речного потока при входе в межполочное пространство модуля, где скорость движения воды не превышает 0,01 м/с, что в несколько десятков раз меньше скорости течения реки. В тонкослойном модуле происходит быстрый процесс осаждения взвешенных частиц, их агломерация и сползание по наклонным стенкам с последующим рассеиванием и уносом речным потоком.
Достоинствами передвижных сооружений являются независимость приема воды от колебания уровня воды в реке и возможность быстрого их монтажа (демонтажа). Существенные недостатки заключаются в необходимости использования гибких соединений трубопроводов, а также в сложных условиях эксплуатации зимой и в период паводков.
В качестве механических рыбозаградителей применяют: сетчатые барабаны, одеваемые на оголовок и на водоприемные окна берегового колодца; специальные сетчатые камеры с рыбозаградительными сетками, устанавливаемыми перед береговым колодцем; фильтрующие кассеты и фильтрующие пластины на водоприемных окнах и барабанные рыбозаградительные сетки, монтируемые на входе в ковш. В дополнение к этим устройствам рыбозащиты перед фильтрующим элементом может устанавливаться гидравлический или пневматический рыбозаградитель из дырчатых труб с подводом к ним под напором воды или воздуха.
В свою очередь, гидрашшческие рыбозаградители обычно представляют собой дырчатые трубы, уложенные в три ряда по периметру водоприемника или на входе в ковш или береговое сооружение. В дополнение к гидравлическому рыбозаградительному потоку в конструкцию водозаборов встраивают рыбозаградительные отбойные козырьки, запани, жалюзи и глухие открылки. Электрорыбозаградители представляют собой электроды, окольцовывающие водоприемник, или устраиваемые в виде преграды на входе в береговое водозаборное сооружение или ковш.
Для сохранения рыбы, попавшей в систему рыбозаградителей, утраиваются рыбоотводы и рыбоотводящие лотки, на которых монтируются специальные рыбоотводящие насосы. Физиологические ры- бозаградители в виде отпугивающих окрасок, звуков и запахов применяются редко и находятся в стадии апробации.
Отдельного внимания заслуживают вопросы борьбы с биообрастанием водозаборных сооружений, где наиболее эффективными способами являются обратная промывка горячей водой самотечных линий, пропаривание трубопроводов, хлорирование и обработка воды медным купоросом, электрохимическая защита трубопроводов.
Промывка горячей водой и пропаривание самотечных линий требуют реконструкции сооружений со строительством резервных самотечных линий и котельных для приготовления горячей воды и острого пара, а также промывной насосной станции для горячей воды. В процессе реконструкции к существующему водоприемнику с двумя самотечными линиями в новом створе пристраивается второй водоприемник и прокладываются от него к береговому колодцу две новые самотечные линии. Ко всем четырем самотечным линиям присоединяются промывные трубопроводы горячей воды и паропроводы,
Режим промывки горячей водой и пропариванием выбирается в соответствии с рекомендациями гидробиологов, В средней полосе России промывку горячей водой и пропаривание следует проводить не менее трех раз в год, в том числе в летние месяцы для уничтожения перезимовавших личинок моллюска. Пропаривание длится от 10 мин до суток, промывка — в соответствии с расчетом времени промывки или опытом. Самотечные линии обрабатываются по очереди, одна за другой. В южных регионах интенсивность биообработки бывает такова, что обработку и промывку трубопроводов необходимо проводить в течение всего теплого периода. Сначала пропаривают первую самотечную линию и промывают ее, потом вторую, третью, четвертую и снова первую и т.д.
При способе борьбы с биообрастаниями с помощью хлора и медного купороса на существующих водозаборных сооружениях строят хлораторные сооружения для приготовления раствора медного купороса и соответствующие хлоропроводы и трубопроводы для подачи медного купороса к водоприемникам и самотечным линиям. Выход хлоропроводов и труб с медным купоросом организуется на фундаменте водоприемника перед водоприемными окнами.
Для борьбы с быстрорастущими микроорганизмами применяется поочередное хлорирование воды и обработка ее медным купоросом: в течение недели подается хлорная вода на 15 мин с интервалом в час, в следующую неделю — раствор медного купороса. Режим обработки воды продолжается все теплое время года. Для уничтожения в воде планктона, который, отмирая, становится субстратом для бактерий, стимулирующих прилипание обрастаний к стенкам трубопровода, время подачи хлора и медного купороса увеличивается. Одновременно увеличивается интервал между периодами обработки воды.
Для уничтожения в воде ракушек и моллюсков увеличивается доза хлора и медного купороса.
Положительные результаты борьбы с биообрастаниями дает электрохимическая защита. Для этого внутренние стены водоприемно-сеточного отделения берегового колодца окрашиваются пер- хлорвиниловым, этиниловым или цинковым покрытием.
Если существуют технические возможности, то этим же покрытием окрашиваются внутренние поверхности самотечных линий и коллектор водоприемника. По оси самотечного трубопровода подвешивается на текстолитовых изоляторах стальной стержень диаметром 32 мм. Такой же стержень монтируется в водоприемно-сеточном отделении берегового колодца и в коллекторе водоприемника (если коллектор стальной), Эти стержни являются анодом. К стенкам стального трубопровода и арматуре в водоприемно-сеточном отделении крепится отрицательный полюс электрохимической установки (катод). Уничтожение биообрастаний может производиться и с помощью ультразвука и ультрафиолетовых лучей, однако эти способы борьбы с биообрастаниями пока не нашли широкого применения.
Еще одной проблемой, близкой отмеченной выше с биообрастаниями, является предотвращение естественного процесса ухудшения качества отбираемой водозаборным сооружением воды во времени, обрекая при этом очистные сооружения на повышенный расход реагентов. Это происходит по причине того, что в некоторые сезоны года в поверхностных слоях воды водоемов (особенно в южных регионах) как следствие активных биологических процессов наблюдается интенсивный рост колоний синезеленых водорослей. Выходом из данной ситуации служит селективный отбор воды, т.е. со средних по глубине и придонных слоев водотока.
Забирая воду с поверхности, водозаборные сооружения городского водопровода вынуждены повышать расход реагентов, что существенно удорожает очистку воды. Кроме того, от температуры воды, идущей, например, на охлаждение конденсаторов турбин тепловых электростанций, прямо пропорционально зависит расход топлива на выработку электроэнергии.
Так, на тепловой электростанции мощностью 3600 МВт снижение температуры воды, отбираемой из водоема и идущей на охлаждение конденсаторов турбин, всего на 1 °С позволяет уменьшить расход топлива на 240 тыс. т условного теплоносителя в месяц. Если учесть, что при селективном отборе воды летом ее температура в придонных слоях водоема на 10—12 °С, а зимой — минимум на 2-3 °С ниже, чем в поверхностных, то экономия в расходе топлива при выработке электроэнергии на тепловых электростанциях окажется весьма впечатляющей. Аналогичный экономический эффект дает снижение температуры охлаждающей воды в прямоточных системах водоснабжения металлургических комбинатов, химических комплексов и ряда других промышленных предприятий.
В глубинных слоях водоемов не происходит цветения воды, в минимальных количествах наблюдаются моллюски и ракообразные, не образуется шуга и донный лед и отсутствует движение наносов. Инспекция рыбнадзора для глубинных водоприемников не выдвигает требований строительства рабозаградителей, так как рыбная молодь и рыба находятся преимущественно в верхних слоях водоемов, насыщенных кислородом и кормами. Таким образом, представленные обстоятельства могут свидетельствовать в пользу целесообразности устройства водозаборов с высотной температурной стратификацией.