Основные схемы бесплотинных водозаборных гидроузлов и область их применения
Бесплотинные гидроузлы с боковым водозабором (рис. 11.2), Наиболее просты одноголовые и многоголовые нерегулируемые водозаборы в виде открытых каналов, отходящих от реки под некоторым углом к оси ее без регулирующих сооружений в голове, называемые неинженерными (рис. 11.2,а, б, ж). К недостаткам этих водозаборов, сокращающих их применение, следует отнести: несовпадение поступающих в канал расходов с расходами потребления; назначение параметров канала не по расходу потребления, а по максимальному расходу, который может поступать из реки; заиление канала, сокращение его пропускной способности, необходимость непрерывного удаления из него отложившихся наносов; устройство дополнительных головных русл-прокопов при изменении планового очертания русла.
Переход к схеме гидроузла с многоголовым нерегулируемым водозабором позволяет: регулировать забираемый расход; рассредоточить очистку каналов во времени и обеспечить непрерывную подачу воды в магистральный канал путем включения в работу резервных голов; повысить командный уровень, используя расположенные выше по течению реки головы; обеспечить подачу воды в систему при блуждающих руслах. Головы многоголовных водозаборов располагают на различных отметках, на расстоянии 1...3 км друг от друга вдоль реки в зависимости от ее уклона. Каналы-прокопы, идущие от голов, имеют длину до 2...2,5 км и переходят затем в магистральный канал; часто их используют как отстойники. Прокопы очищают средствами гидромеханизации или землеройными механизмами. На реках с неустойчивым руслом головы таких водозаборов, как правило, смещаются (рис. 11.2, м ) из-за размыва берегов и деформации русл самих каналов- прокопов вследствие заиления и изменения скоростей структуры потока. Площадь между отдельными прокопами, общее число которых может быть больше пяти, используют для размещения отвалов («магазинов») наносов, удаляемых при очистке прокопов.
Смещение голов и примыкающих к ним участков берега и дна реки можно предотвратить с помощью берегоукрепительных и регулировочных работ.
Более совершенны регулируемые (инженерные) боковые бесплотинные водозаборы, имеющие регулятор в голове канала на берегу реки или на некотором удалении от входа. Их можно выполнить с отстойниками, промыв-
Схемы с расположением регулятора у уреза воды реки на входе в канал, то есть в голове его (рис. 11.2, г, е), применяют на реках с устойчивыми берегами, с расположением головного регулятора на некотором удалении от реки (рис. 11.2, г, д)—на реках с легкоразмываемыми блуждающими руслами. Устройство регуляторов позволяет исключить поступление в магистральный канал излишних расходов, а при оснащении их средствами автоматизации стабилизировать водоподачу. Пропускная способность регулятора в указанных схемах целиком определяется режимом реки.
На реках с неустойчивым руслом и большим содержанием наносов для исключения отмеченных выше недостатков применяют многоголовый водозабор с 2...4 прокопами-отстойниками длиной по 2...2,5 км, самостоятельно подводящими воду к головному сооружению, расположенному на коренном и устойчивом берегу реки
К достоинствам рассматриваемых схем водозаборов относятся: обеспечение непрерывной подачи потребителю осветленной воды; возможность удаления гидравлическим способом значительного количества наносов без нарушения подачи воды в систему; малая потребность в средствах очистки и равномерная загрузка их работой.
Недостатки этих водозаборов: затруднительность промыва прокопов- отстойников в паводковый период; занесение наносами промывного тракта при пропуске через него малых расходов; потребность в значительных площадях для размещения прокопов- отстойников и отвалов наносов, зарастание прокопов и сбросного канала во время перерывов в их работе. Применение схемы с искусственным подводящим криволинейным каналом повышает эффективность борьбы с наносами с помощью поперечной циркуляции (рис. 11.2, л).
Работу бесплотннных боковых водозаборов можно улучшить следующими мероприятиями: расположением головного сооружения на вогнутом берегу криволинейного участка реки; устройством перед водозабором вы- правительных сооружений, улучшающих гидравлические условия входа-воды в канал; устройством одного или нескольких порогов перед головным сооружением для отклонения донных наносов; отводом воды из реки под острым углом (не более 60...75°) к оси речного потока для создания более спокойных условий входа в головное сооружение и увеличения его пропускной способности и др. Состав этих мероприятий выбирают с учетом местных условий на основе технико-экономического сравнения вариантов.
Бесплотинные гидроузлы с фронтальным (шпорным) водозабором. Водозаборное сооружение этих гидроузлов оборудуют выдвинутой, а русло реки водозахватной шпорой-дамбой (рис. 11.4). В конструктивном отношении они представляют собой усовершенствованные боковые водозаборы и применяются на реках с неустойчивым руслом, резким падением уровней воды в реке при прохождении небольших расходов. В таких условиях бес- плотинный боковой водозабор не может обеспечить необходимую подачу воды. Идея водозахватного устройства (шпоры) заключается в создании с ее помощью некоторого подпора в потоке, что позволяет увеличить расход воды, идущей в канал, и уменьшить объем захватываемых донных наносов. Шпорный водозабор — переходная ступень к плотинным водозаборам.
Шпора обеспечивает фронтальный захват воды и перемещение места водозабора на некоторое расстояние вверх по течению. Конструктивно она представляет собой дамбу прямолинейного, криволинейного или ломаного очертания в плане, выполненную из местных строительных материалов. Наиболее эффективно шпоры работают при ширине подводящего русла.
Фронтальные водозаборы устраивают с регуляторами в голове канала или без них. Для улучшения работы фронтального водозаборного гидроузла устраивают промывной регулятор в пределах шпоры, а также устанавливают направляющие донные пороги, лотки или поверхностные Струенаправляющие системы, отклоняющие донные струи с наносами за пределы шпоры. На рисунках 11.5 и 11.6 показана компоновка фронтального водозаборного гидроузла для устойчивых русл при коэффициенте водозабора от 0,1 до 0,7.
Фронтальные водозаборные гидроузлы имеют определенные преимущества перед боковыми: гарантируют более высокий коэффициент водозабора; улучшают условия борьбы с наносами; обеспечивают высокую надежность водозабора; улучшают условия командования и др. При эксплуатации шпоры требуют постоянного надзора; во время паводков они могут быть повреждены.
Фронтальные бесплотинные водозаборы нельзя применять при: низких бытовых уровнях в реке, недостаточных для самотечного водозабора; водоотводе из реки, составляющем более 15...20 %.ее меженного расхода; необходимости значительного уменьшения захвата донных наносов; небольших расходах водозабора, когда строительство гидроузла экономически не оправдано.