ББК 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
Статья посвящена показателям надёжности работы водозаборных сооружений, от которых зависит обеспечение гарантированных уровненных и расходных характеристик в водотоке в створах водозаборов, которые могут быть установлены расчётами или путём строительства регулирующих сооружений.
Водозабор, обильное цветение, наносы, морфологическое исследование, рыбозащита, шуга, лед, горизонт низких вод, заиливание водоема
Водозабор является первым и важным звеном сложной системы водоснабжения водопотребителя. Занимая головное положение в технологии, водозабор играет определяющую роль в ее функционировании. Для снабжения крупного города он представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений, оснащенных энергетическим и механическим оборудованием, системой автоматического и телемеханического управления. Такой водозабор должен работать бесперебойно при любых природных условиях, существенно изменяющихся по сезонам года.
Надежность забора воды заданного расхода и качества, как свидетельствует опыт эксплуатации водозаборных сооружений, зависит в первую очередь от местных природных условий избранного участка водотока или водоема, а также от возможности их последующего изменения. Местные условия на прилегающих участках избранного водотока или водоема обычно индивидуальны. Они формируются совокупностью сложных взаимообусловленных топографических, геологических, метеорологических, гидрологических, гидротермических, гидробиологических и других факторов и процессов. В недалеком прошлом считали, что условия забора воды из водоемов более благоприятны, чем из водотоков (рек). Водозаборные сооружения на водоемах проектировались и строились обычно по аналогии с речными. В расчетах проектов дополнительно учитывались только элементы волн, ожидаемая переработка берега и прибрежного склона, колебания уровня воды и величины придонных орбитальных скоростей. Исходя из условий волнового воздействия, водозаборные сооружения размещают преимущественно на укрытых от интенсивного волнения акваториях - в бухтах, заливах, за выступающими в водоем берегами и т. п. Такой подход приводит к другим проблемам. В частности, происходит заиление этих акваторий, скопление наносов, водорослей, мусора, шугольда, древесины. Всё это требует переустройства и даже поворотного строительства водозаборного сооружения.
На водозаборных сооружениях существует ряд трудностей, связанных с эксплуатацией. Одна из них - обильное цветение воды, в теплые периоды года вызванное цианобактериями. Это влечет за собой не только ухудшение качественных показателей воды, но и возможность засорения дальнейшей линии очистки воды и попадания цианобактерий в водопроводную сеть.
Немаловажной проблемой является защиты рыб от попадания в водозаборные сооружения. Это приводит к сокращению рыбных запасов и увеличивает нагрузку на водопроводные очистные сооружения[2]. Это приводит к дополнительному подбору технологий для очистки воды от органики и др. [3]
Изменение русловых процессов и антропогенное влияние на водные объекты приводит к образованию наносов, что является причиной заиления водоприемных отверстий. Обобщение опыта эксплуатации водозаборных сооружений на водоемах с одновременной постановкой поисковых лабораторных исследований показывает, что условия забора воды из водотоков и водоемов принципиально различны. В отличие от водотоков, в прибрежной зоне водоемов одновременно с волнением появляются сосредоточенные вдольбереговые, инерционные, градиентные, плотностные и другие разновидности течений. Вследствие взаимодействия с сопутствующими факторами и процессами эти течения обычно транспортируют массы воды с чрезмерно повышенным содержанием наносов, водорослей, мусора, а в предледоставные периоды еще и переохлажденные, что и является причиной упомянутых последствий.
Зимний период эксплуатаций водоприёмных сооружений осложняется образованием шуги и льда. Сплывая вниз по течению рек, шуга, которая возникает до ледостава при переохлаждении воды ниже ОС, занимает большие площади и заполняет живое сечение, образуя зажоры, часто приводящие к наводнениям, кроме того, она затрудняет эксплуатацию гидротехнических сооружений, забивая водоприемные отверстия водозаборов. При шугоходе на реке появляются следующие ледовые образования: сало - иглообразные и пластинчатые кристаллы льда; забереги - полосы льда, смерзшиеся с берегами реки при незамерзающей основной части водного пространства; снежура - плывущие комковые скопления рыхлой несмерзающейся массы; внутриводный лед, формирующийся на дне рек с быстрым течением; донный лед - растущие первичные ледяные кристаллы, соприкасающиеся с выступами дна и превращающиеся в рыхлый лед.
Также важнейшим аспектом проблемы водоснабжения является обеспечение надёжности работы водозаборов. На крупных водозаборных объектах широко используются береговые водозаборные сооружения. Многолетние наблюдения показали высокую работоспособность данного типа водозаборов, но выявили недостаточную их функциональную надёжность в современных условиях в связи с тенденцией ежегодного снижения горизонта низких вод (ГНВ) ниже расчётного. За последние 50-60 лет произошли изменения, которые обусловили значительное понижение ГНВ в створах водозаборов в результате, так называемой «посадки» [1] речного русла, причинами которой являются как естественные гидрологические процессы, так и хозяйственная деятельность, проводимая в водном бассейне. Эти факторы проявляют себя по-разному во времени и для различных рек и участков водотоков. Так, снижение ГНВ в русловой части рек, которые являются источниками централизованного водоснабжения городов средней полосы России, Южного Урала и Западной Сибири, в среднем составляет 3-5 см в год.
Природные источники воды являются важнейшей из внешних (ассоциированных) систем водоснабжения, от которой в значительной степени зависит успешное выполнение функции водоснабжения объекта. Потеря воды в источнике влечёт за собой полное нарушение функции водоснабжения, т.е. представляет наиболее серьёзную опасность, чем все возможные отказы элементов самой системы водоснабжения. Поэтому, надёжная оценка и соответствующие мероприятия по обеспечению воды в источнике, намеченного к использованию, является задачей первостепенной важности обеспечения экологической безопасности водоснабжения. Прежде всего, за счёт инженерных мероприятий на участках размещения водозаборов для устранения отказа источника в неблагоприятных условиях водности и дальнейшей тенденции понижения уровней ГНВ.
Для обеспечения перечисленных мероприятий необходим системный подход, который предполагает совместное исследование и моделирование гидрологических и гидравлических закономерностей на расчётном участке, определяющих обеспеченность водными ресурсами систем водоснабжения, а также разработку, анализ и оптимизацию вариантов проектных решений по повышению надёжности источника водоснабжения в соответствии с фактическим водопотреблением и поступлением водного стока. Это также предполагает оценку технико-экономической эффективности и надёжности источника водоснабжения в новых условиях, т.е. после выполнения мероприятий.
1. Михеев, П.А. Рыбозащитные сооружения водозаборов систем водоснабжения / П.А. Михеев, В.Н. Шкура, Е.Д. Хецуриани. - Новочеркасск: НГМА, 2005. - 111 с.
2. Экспресс-методика по определению функциональной эффективности рыбозащитных сооружений на водозаборах. - М.: ЦУРЭН, МИК, 2002. - 43 с.
3. Хецуриани, Е.Д. Импульсное гидродинамическое рыбозащитное устройство машинных водозаборов с расходом до 0,5 м3/с: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.07 / Хецуриани Елгуджа Демурович. - Новочеркасск, 2006. - 23 с.
