ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ЗАБОРА
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Справочное пособие к СНиП

РЕКОМЕНДОВАНО к изданию секцией инженерной гидрогеологии Научно-технического совета ВНИИ ВОДГЕО.

Редактор Э.И.Федотова

РАЗРАБОТАНО к СНиП 2.04.02-84 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения". Рассмотрены общие вопросы использования поверхностных вод для водоснабжения. Изложены основные положения по оценке местных условий забора воды, выбора места расположения, типа, конструктивной схемы водоприемника и элементов водозаборных сооружений.

Для проектировщиков, изыскателей и эксплуатационного персонала, работающих в области водоснабжения.

ВВЕДЕНИЕ

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 нарушения. Местные условия на прилегающих участках избранного водотока или водоема обычно индивидуальны. Они формируются совокупностью сложных взаимно обусловленных топографических, геологических, метеорологических, гидрологических, гидроморфологических, гидротермических, гидробиологических и других факторов и процессов. В первых трех разделах Пособия излагаются основные положения по использованию поверхностных источников, методика расчета местных условий забора воды и другие сведения, необходимые в качестве исходного материала для проектирования.

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 размещали преимущественно на укрытых от интенсивного волнения акваториях - в бухтах, заливах, за выступающими в водоем берегами и т.п. Такой подход является причиной захвата в водоприемные устройства воды с чрезмерно повышенным содержанием наносов, водорослей, мусора, шугольда, их завала продуктами переработки берегов и прибрежных склонов и периодических прекращений ее забора, что приводит к переустройству и даже к повторному строительству водозаборных сооружений.

Обобщение опыта эксплуатации водозаборных сооружений на водоемах с одновременной постановкой поисковых лабораторных исследований показало, 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 явилось причиной упомянутых последствий.

Факторы и процессы, определяющие условия забора воды в прибрежных зонах водоемов, изложены в разд.3 Пособия.

Водоприемное устройство (водоприемник) является одним из основных и наиболее ответственных элементов водозаборного сооружения. Выбор места расположения, типа и конструктивной схемы водоприемника в каждом конкретном случае должен определяться в первую очередь местными условиями источника. Для решения этих вопросов в разд.4 Пособия приведены несколько наиболее перспективных схем водоприемников с методиками их расчета, классификация, категории надежности забора воды и требования, предъявляемые к водозаборным сооружениям.

Рекомендации по выбору места расположения, типов, конструктивных схем и методик расчета водозаборных сооружений на реках изложены в разд.5 Пособия.

В разд.6 изложены принципиально новые положения по выбору места расположения, типа и компоновки элементов водозаборного сооружения. В их основу положен принцип изыскания мероприятий по исключению проникания сосредоточенных течений прибойной зоны к месту размещения водоприемников и нарушения бытового режима прибрежной зоны водоема в районе водозаборного сооружения на период его эксплуатации. Такой подход позволил резко сократить стоимость строительных работ, повысить надежность забора воды и улучшить ее качество.

Вопросам организации забора воды водозаборными сооружениями из водотока с недостаточным стоком посвящен разд.7.

В разд.8 изложен комплекс мероприятий, связанных с организацией рыбозащиты и очистки забираемой в водозаборное сооружение воды от мусора.

В Пособии отражен современный научно-технический уровень использования поверхностных вод для целей водоснабжения. В нем учтены разработанные в последние годы методы оценки природных условий поверхностных источников, наиболее прогрессивных конструктивных схем водоприемников, наносозащитных и рыбозащитных устройств, выбора места расположения, типа и компоновки конструктивных элементов водозаборных сооружений, а также учтен опыт их проектирования и эксплуатации на водотоках и водоемах.

Водозаборные сооружения (водозабор) - комплекс гидротехнических сооружений, обеспечивающих забор воды из источника, ее предварительную очистку и подачу водопотребителям с требуемыми расходом и напором.

Водоприемник (водоприемное устройство) - сооружение, с помощью которого осуществляются забор воды из водотока или водоема и ее предварительная очистка от мусора, рыбы и т.п.

Забор воды - процесс отбора воды из источника водоснабжения.

Глубинный водоотбор - процесс отбора воды из нижних слоев источника водоснабжения.

Источник водоснабжения - водоток или водоем, используемый для водоснабжения.

Место водоотбора - участок источника водоснабжения, в пределах которого забираемая водоприемником вода оказывает влияние на перемещение наносов, мусора, шугольда, планктона, а также на направление течений, возбуждаемых другими факторами.

Местные условия источника водоснабжения - совокупность топографических, геологических, метеорологических, гидрологических, гидроморфологических, гидротермических, гидробиологических и других факторов избранного или заданного участка источника. Поскольку упомянутые факторы взаимосвязаны, то местные условия обычно индивидуальны для каждого избранного участка источника водоснабжения.

Плотностная стратификация - изменение плотности воды по глубине водотока или водоема. Она может возникнуть за счет перепада температур или солености воды между поверхностным и придонным слоями, а также за счет поступления масс воды с повышенным содержанием наносов.

Двухслойная температурная стратификация - расслоение воды на два слоя с разностью температур между ними.

Селективный водоотбор - послойный забор воды из источника за счет разности ее плотности в придонном и поверхностном слоях.

Критическое положение поверхности раздела - предельное положение поверхности раздела, при котором в водоприемник не забирается вода из верхнего слоя.

Большой (крупный) водоем - водоем, в котором высота волн в пределах прибрежной зоны м. При меньших высотах волн в прибрежных зонах обычно развивается водная растительность, отсутствуют вдольбереговые течения, миграция наносов и др.

Глубоководный водоем (глубоководная зона) - участок водоема, в пределах которого глубина воды .

Средний гидродинамический уровень воды - условная линия, проведенная таким образом, что суммарные площади, отсекаемые профилем волны выше и ниже этой линии, равны между собой. При волнении эта линия вследствие появления ветроволнового или волнового нагона смещается в сторону наветренного берега.

Ветроволновое течение - смещение масс воды от действия ветра и волнения.

Компенсационное течение - отток придонных слоев воды, обусловленный перекосом уровня воды, вызванного ветроволновым, дрейфовым или другими разновидностями течений.

Дрейфовое течение - частный случай ветроволнового течения при резком ослаблении или полном исчезновении ветра.

Волновое течение - смещение масс воды вследствие асимметрии орбитального движения частиц жидкости при волнении.

Транзитное течение - смещение масс воды по всей длине водоема, связанное с их втеканием и одновременным вытеканием из него.

Сточное течение - течение, вызванное втеканием или вытеканием масс воды из водоема, а также их оттоком от наветренного берега с прекращением волнения.

Плотностное течение - послойное смещение масс воды, вызванное наличием разности ее плотности по глубине или градиента давления, обусловленного температурой, соленостью или мутностью.

Вдольбереговое течение - смещение масс воды вдоль берега, вызванное и поддерживаемое энергией разрушающихся косоподходящих к берегу волн или масс воды, сбрасываемых в прибойную зону.

Разрывное течение - периодическое смещение масс воды по всей глубине прибрежной зоны водоема, вызванное неравномерностью ветроволнового нагона, течений и волнения.

Градиентное течение - смещение масс воды за счет градиента давления или перепада ее уровня, возникающего от действия косоподходящих волн и сосредоточенных течений.

Инерционное течение - любая из разновидностей течений, вышедшая за пределы зоны действия возбуждающих факторов и продолжающая дальнейшее движение только за счет сил инерции.

Прибойная зона - прибрежная полоса водоема, в пределах которой происходит разрушение волн.

Пособие разработано ВНИИ ВОДГЕО - доктор технических наук, проф. А.С.Образовский (разд.5), А.Н.Ляпин (разд.2), кандидаты технических наук А.А.Смирнов - руководитель темы (разд.1, 2, 3, 4, 6), А.М.Мотинов (разд.4, 5, 8), А.П.Нетюхайло (разд.3, 6), А.В.Шахов (разд.7), А.И.Мадзалевский (разд.1, 5), И.А.Серов (разд.4), Д.И.Алтунин (разд.3), Т.В.Колесникова (разд.5, 8); канд. биолог. наук А.М.Пахоруков (разд.8), инженеры В.Г.Жилин (разд.7), Т.С.Карпенко (разд.1, 5), А.Н.Стрижкин (разд.4) при участии Союзводоканалпроекта - инженеры М.А.Лозовский, Т.В.Маслова, В.В.Титков.

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
 ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. В Пособии отражены следующие вопросы:

оценка местных условий отбора воды в районе намечаемого размещения водозаборных сооружений;

выбор места расположения, типа и компоновки конструктивных элементов водозабора в соответствии с местными условиями водотока или водоема;

изыскание мероприятий, позволяющих исключить или до минимума свести нарушение бытового режима водотока или водоема в процессе строительства и эксплуатации водозабора;

расчет основных факторов, определяющих местные условия водотока или водоема, конструктивных элементов водоприемников и водозаборов, селективного водоотбора в стратифицированном потоке и др.;

изыскание мероприятий по ослаблению заносимости водоприемников, захвата в них воды с повышенным содержанием водной растительности, планктона, шугольда и др., появившихся в процессе эксплуатации водозабора.

1.2. Рассмотрены вопросы строительства и эксплуатации водозаборных сооружений промышленного, хозяйственно-питьевого, теплоэнергетического и сельскохозяйственного назначения на водотоках и водоемах.

1.3. Опыт эксплуатации и лабораторных исследований водозаборных сооружений свидетельствует, что имеющие место затруднения в их работе связаны с завалом водоприемных устройств наносами, захватом в них воды с повышенным содержанием водной растительности, мусора и планктона, местным нарушением стратификации воды и др. В Пособии большое место отведено вопросам, связанным с оценкой местных условий забора воды на избранном участке источника и возможных последствий при их нарушении, так как затруднения в работе водозаборных сооружений обусловлены преимущественно недооценкой в проектах местных условий источника или последующим нарушением в процессе строительства и эксплуатации.

1.4. К поверхностным водам относятся воды водотоков (рек, каналов, ручьев) и водоемов (морей, озер, водохранилищ, прудов).

1.5. Поверхностные воды используются в народном хозяйстве для хозяйственно-питьевого, производственного и теплоэнергетического водоснабжения, орошения, обводнения и гидроэнергетических целей, а также удовлетворения других государственных и общественных надобностей.

1.6. Основы водного законодательства устанавливают общий порядок водопользования, охрану вод, государственный учет и планирование их использования.

Для проектных организаций обязательными являются требования СНиП 2.04.02-84 и других нормативных документов в зависимости от назначения водозаборного сооружения и источника водоснабжения.

1.7. Отбор воды с помощью водозаборов является согласно Водному законодательству СССР специальным водопользованием. В соответствии с этим, при рассмотрении вопросов использования поверхностных вод для целей водоснабжения требуется согласование условий специального водопользования и получение разрешений на него.

1.8. Класс гидротехнических сооружений следует принимать в соответствии со СНиП 2.06.01-86 "Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования".

Общие требования к источнику водоснабжения
и водозаборным сооружениям

1.9. Выбор источника водоснабжения осуществляется на основе геодезических, геологических, гидрогеологических, гидрологических, гидротермических, ихтиологических, гидрохимических, гидробиологических инженерных изысканий, санитарных и других исследований, а также технико-экономических расчетов.

1.10. В качестве источника водоснабжения могут быть использованы поверхностные воды водотоков и водоемов.

1.11. Источник водоснабжения должен удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать отбор воды необходимого количества с учетом роста водопотребления на перспективу;

обеспечивать бесперебойное снабжение водой потребителей;

иметь воду такого качества, которое в наибольшей степени отвечает нуждам потребителей или позволяет достичь его путем экономически оправданной очистки;

обладать объемами, позволяющими производить забор воды из него без нарушения сложившейся экологической системы;

обеспечить возможность подачи воды потребителю с наименьшей затратой средств.

1.12. Выбор источника водоснабжения по нескольким вариантам должен производиться на основании тщательного изучения и анализа перспективного использования водных ресурсов района, в котором он расположен.

1.13. При оценке использования водных ресурсов с учетом требований п.1.11 следует учитывать:

расходный режим, водохозяйственный баланс и устойчивость ложа, поймы или берегов с прогнозом на 15-20 лет;

требования к качеству воды, предъявляемые потребителями;

качественную характеристику воды в источнике с прогнозом возможного ее изменения с учетом поступления сточных вод;

качественные и количественные характеристики мутности, водной растительности, планктона, биообрастателей и сора, их режимы и перемещение донных отложений;

наличие вечномерзлых грунтов, возможность промерзания и пересыхание источника, наличие снежных лавин и селевых явлений, а также других стихийных явлений в водосборном бассейне источника;

осенне-зимний режим источника и шуголедовые явления в источнике;

температуру воды по периодам года и ее стратификацию;

характерные особенности весеннего вскрытия источника, половодья и прохождения паводков;

требования органов по регулированию использования и охране вод, санитарного надзора, охраны рыбных запасов и др.;