ρ- величина мутности от руслоформирующих функций, кг/м3;
Н- глубина потока, м.
В реках крупность материала, из которого сложено русло, находится в прямой зависимости от уклона.
Речные потоки можно разделить на пять категорий:
приустьевые участки i ≤ 0,00003 - мелкий песок;
равнинные i ≤ 0,0003 - крупные и средние пески;
предгорные i ≤ 0,003 - гравийно-галечные отложения;
горные i ≤ 0,03 - валунно-галечные отложения;
высокогорные i ≤ 0,03 - скальные породы и крупные глыбы.
В зависимости от соотношения крупности русловых отложений и уклона русла могут быть устойчивые (Пy > 1), равновесные (Пy = 1 ÷ 0,8) и неустойчивые (Пy < 0,8).
Пу - безразмерный параметр устойчивости русла, определяемый отношением средней гидравлической крупности отложений (σ) к динамической скорости и по формуле
гдеH- глубина потока, м;
d- средняя крупность отложений, м;
i- уклон потока;
Y- параметр турбулентности по табл. В.Н. Гончарова
d∙103 м =1,51,31,21,00,80,60,40,20,1
Y =1,01,041,181,291,481,762,273,959,75
2.31. При проектировании следует учитывать изменения в режиме водоисточника, которые произойдут после строительства и во время эксплуатации водозаборного сооружения.
2.32. При бесплотинном водозаборе с боковым отводом рекомендуется предусматривать отвод воды из реки под острым углом к течению (водозабор с лобовым питанием), разделение входа в канал бычками на несколько пролетов для уменьшения водоворотных зон на входе в канал, при большом объеме наносов (ρ ≥ 1,5 кг/м3) - установку струенаправляющих систем, наносоуправляющих сооружений и шпор. Компоновку и тип сооружения рекомендуется устанавливать при проведении модельных гидравлических исследований в соответствии с п. 2.7.
2.33. При больших деформациях русла в районе водозаборного сооружения необходимо производить регулирование русла реки. Рекомендуемые виды регуляционных работ:
поддержание стержня потока у водозаборного сооружения путем дноуглубительных расчисток и устройства специальных шпор и струенаправляющих дамб;
отклонение потока донных наносов струенаправляющими системами и наносоудерживающими сооружениями;
берегоукрепительные работы;
создание сосредоточенного русла на разветвленных участках реки (перекрытие рукавов).
Водозаборы на водохранилищах
2.34. При выборе места для водозаборного сооружения на водохранилищах необходимо руководствоваться следующими положениями:
не допускается располагать водозаборное сооружение в верховьях водохранилищ, где наблюдается интенсивное отложение наносов, а также в местах, которые могут быть отделены от водохранилищ косами наносов;
не допускается располагать водозаборы на судоходном фарватере, а также в мелководной прибрежной зоне, с глубиной менее (0,3 + 0,4)L, где L - наибольшая длина волны. Предпочтение следует отдавать местам, где воздействие волны минимальное;
необходимо учитывать силу и направление ветра и наличие вдольбереговых течений, а также возможность переформирования берегов водохранилища в период эксплуатации сооружений.
Не допускается располагать водозаборы в районе стержня берегового течения.
2.35. При нахождении орошаемого массива рядом с плотиной водоприемник следует располагать в зоне действия промывных отверстий. При компоновке сооружений следует рассматривать варианты размещения здания насосной станции в створе плотины, в бычках (устье) плотины или в нижнем бьефе. В последнем случае всасывающие трубы насосов должны подключаться к донному водовыпуску или специальному водоводу, забирающему воду из верхнего бьефа плотины.
2.36. При больших колебаниях горизонтов воды в источнике забор воды надлежит осуществлять с двух и более горизонтов. При этом водоприемные устройства нижнего яруса следует выносить за пределы образующихся при переработке берегов прибрежной отмели и зоны повышенной мутности.
Водоприемные отверстия верхних ярусов следует располагать вне пределов образования прибойных волн (при глубине воды менее полуторной высоты волны с учетом размыва берега).
Затопленные водоприемные сооружения
2.37. Затопленные русловые водозаборы следует применять двух типов:
облегченные в виде косого или симметричного раструба (применяются при отсутствии опасности повреждения льдом, топляками, якорями и лотами проходящих судов).
массивные - из деревянных ряжей или железобетона.
2.38. Размеры водоприемных отверстий следует выбирать в соответствии с указаниями СНиП 2.04.02-84 и СНиП 2.06.01-86.
2.39. В основании затопленных водозаборов, как правило, устраивается постель из каменно-щебеночной наброски. При скальном основании вместо каменной постели допускается применение выравнивающего слоя бетона. Верх постели из каменной наброски должен располагаться на глубине не менее 1,5∙Н (где Н - расчетная высота волны), и из условия затопления верха водозабора под отметку минимального уровня ледостава в водоисточнике на глубину hл + 0,2 м, где hл - расчетная толщина льда.
2.40. Размер постели в плане должен определяться габаритными размерами основания водозабора и возможной величины размыва русла после его постройки. Для предупреждения размыва русла вокруг постели и ее подмыва укладывают камень. Крупность его определяется расчетом в зависимости от величины придонных скоростей потока.
Русловые водозаборные сооружения
2.41. Русловое водозаборное сооружение следует выполнять в виде пустотелого бычка или круглым. Внешние очертания сооружения и его расположение в русле должны обеспечить благоприятные условия для обтекания потока. Между сооружением и обоими берегами следует оставлять проходы, размеры которых должны соответствовать требованиям СНиП 2.06.01-86 и СНиП 2.06.07-87. Сооружения, расположенные на реках, где толщина льда достигается 30-40 см, должны иметь ледорезы, совмещенные с основным сооружением. Режущее ребро следует покрывать металлической обшивкой толщиной 12-16 мм или естественным камнем.
2.42. Компоновка водоприемных отверстий должна обеспечить забор воды из наиболее осветленных слоев. При расположении водоприемных отверстий в два и более рядов или при заборе воды на нужды водоснабжения перед насосами (входными сечениями труб) необходимо предусматривать мокрые колодцы объемом не менее 15-20 Q (Q - секундный расход насоса).
2.43. Насосные станции русловых водозаборов следует проектировать в соответствии со СНиП 2.04.02-84 и настоящими Нормами.
Водозаборные сооружения ковшового типа
2.44. Для водозаборов первой категории надежности при тяжелых условиях водозабора следует рассматривать возможность применения водоприемных ковшей. Выбор схемы ковша зависит от местных условий.
При большом количестве влекомых (донных) наносов следует применять ковши с верхним питанием; при тяжелых шуговых и ледовых условиях, но при небольшом твердом стоке - ковши с низовым питанием, при особо тяжелых условиях водозабора (наносы, шуга, лед) - ковши с комбинированным питанием.
Как правило, на вогнутых участках рек следует применять ковши с полной или частичной врезкой в берег, а на прямолинейных участках - полностью выдвинутых в бытовое русло реки.
Угол отвода воды в ковшах верхнего питания принимают в пределах 0 - 20˚. При специальном обосновании допускается его увеличение до 60˚.
2.45. Габаритные размеры ковша определяют из условия допустимых скоростей, всплывания шуги и осаждения наносов. Скорость воды при входе в ковш принимают не более 25 % от скорости речного потока.
Отметку дна ковша и его размеры следует назначать из условия водозабора или при минимальных горизонтах воды с учетом объема для аккумулирования осаждаемых наносов, но не менее 0,7 м. Ширину ковша необходимо увязывать с габаритными размерами механизмов, применяемых для его очистки от наносов.
2.46. Речным берегам и ограждающей дамбе, особенно ее головной части, следует придавать плавные, удобообтекаемые формы. Для лучшего обтекания ковшей и отклонения донных наносов от входных отверстий в ковшах с верховым питанием следует предусматривать струенаправляющие сооружения и, при необходимости, шугоотбойные запани.
2.47. Откосы ковша и ограждающей дамбы следует крепить в соответствии с расчетными скоростями течения воды: в ковше - максимальная скорость воды при опорожнении, со стороны реки - двойная скорость речного потока.
Для крепления откосов следует использовать со стороны ковша каменную отсыпку, со стороны реки - каменную отсыпку, бетонные и железобетонные плиты. При этом наиболее тщательно необходимо закреплять головную часть дамбы. При специальном обосновании ограждающую дамбу или ее головную часть допускается выполнять в виде подпорных стенок.
2.48. Речные дамбы необходимо выполнять незатопляемыми, в соответствии с нормами на проектирование земляных плотин.
2.49. При большом объеме наносов (ρ ≥ 5 кг/м3) и относительно небольших глубинах на входе в ковш необходимо предусматривать шлюз-регулятор, который позволяет при установке шандор создавать дополнительный порог.
При расположении ковша на перекатах для подвода воды к нему необходимо проводить дноуглубление при устойчивых грунтах или устройство регулирующих сооружений при слабых грунтах русла реки. В первом случае для борьбы с донными наносами допускается также устройство прорезей. Применять донные полузапруды для отжима донных наносов не допускается.
Береговые водозаборные сооружения
2.50. Береговые водозаборные сооружения, как правило, применяют трех типов: шлюзы-регуляторы, водоприемники камерного типа и забор воды всасывающими трубами из открытых источников.
Шлюзы-регуляторы используют на входе в открытые каналы (проектируются по нормам обычных гидротехнических сооружений). Эти шлюзы открытого или трубчатого типов обычно врезают в коренной берег или совмещают с дамбами обвалования.
Водоприемники камерного типа расположены отдельно от здания насосной станции или совмещены с ним. Число камер, как правило, равно числу всасывающих или самотечных труб. Отдельно стоящие водоприемники камерного типа применяют при колебаниях горизонтов воды до 5 м.
Забор воды всасывающими трубами из общей камеры или из водоисточника применяют на насосных станциях с подачей до 1,5 м3/с.
Выбор оптимального типа и конструкции водозаборного сооружения должен решаться на основе технико-экономического расчета с учетом обеспечения наилучших условий эксплуатации.
2.51. Береговые водоприемные сооружения, совмещенные с насосной станцией первого подъема, следует применять, когда:
отметки заложения фундамента водозаборного сооружения и здания насосной станции практически одинаковы;
нет необходимости в сокращении водоприемного фронта и аванкамеры, что может быть при установке в здании станции вертикальных насосов или при непосредственном водозаборе из открытого водоисточника.
2.52. Отдельно стоящие береговые водоприемные сооружения следует применять, если:
площадь фундамента водозаборного сооружения меньше площади фундамента здания станции в два и более раза или есть возможность существенно уменьшить глубину заложения фундамента здания станции;
конструктивное использование камеры полузаглубленного здания насосной станции требует равномерной засыпки ее со всех сторон;
требуется значительное сокращение ширины аванкамеры.
2.53. Водоприемники всасывающих трубопроводов насосов должны обеспечивать надежный забор воды, независимость работы всасывающих трубопроводов, возможность отключения насосов без перерыва подачи воды другими насосами, а также исключать возможность засасывания воздуха, плавающих предметов и мусора.
2.54. Заглубление верхней кромки входного сечения всасывающего или самотечного трубопровода под минимальный горизонт воды в водоприемнике при скорости входа 0,8 м/с и расходом менее 2 м3/с следует принимать 0,6∙Д (где Д - гидравлический диаметр входного сечения) над верхней точкой входного сечения при острых кромках (расположение входного сечения перпендикулярно потоку); 0,4∙Д - при плавно закругленных кромках, но не менее 0,4 м; 0,8??Д, но не менее 0,5 м для вертикально погруженных всасывающих трубопроводов (входное сечение параллельно поверхности воды, кромки острые).
Минимальное заглубление верхней кромки входного отверстия всасывающих труб насосов на подачу более 2 м3/с следует принимать по формуле
где0,52- при фронтальном подводе воды;
0,7- при косом подводе воды;
V- средняя скорость в сжатом сечении всасывающей трубы насоса, м/с;
H- высота сжатого сечения, м.
При необходимости снижения величины заглубления входных отверстий всасывающих труб следует предусматривать одно из мероприятий:
установку успокоительных решеток, высота стержней которых должна быть не менее 3∙а (где а - величина просвета между стержнями);
установку горизонтальных разделительных балок.
Минимальное расстояние между днищем водоприемной камеры и входным сечением вертикальных всасывающих труб должно быть не менее 0,4∙Д.
2.55. Минимальное расстояние между входными сечениями всасывающих трубопроводов, устанавливаемых без бычков, следует принимать не менее 2 Д (в осях) для горизонтальных трубопроводов и не менее 3∙Д для вертикальных трубопроводов, если обеспечен свободный, без помех, подвод воды к каждой всасывающей трубе. В том случае, если всасывающие трубы расположены на одной оси, совпадающей с направлением потока, расстояние между ними следует увеличивать до 10∙Д.
2.56. Габаритные размеры и форма камеры водоприемника должны обеспечивать благоприятные гидравлические условия входа во всасывающие трубы. Рекомендуемая ширина камеры не более 1,5∙Д, глубина - в соответствии с п. 2.54. Минимальная длина раздельных бычков должна быть не менее 2∙Д (от внешней кромки всасывающей трубы до начала бычка).
Вертикальная всасывающая труба должна быть максимально придвинута к задней стенке камеры.
Водоподводящие сооружения
2.57. В качестве водоподводящих сооружений могут быть применены саморегулирующиеся или несаморегулирующиеся каналы, а также самотечные или сифонные трубопроводы.
