Результат интеллектуальной деятельности: ПОДРУСЛОВОЙ ФИЛЬТРИРУЮЩИЙ ВОДОЗАБОР КОМБИНИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к водозаборным сооружениям, используемым для забора воды на участках рек со сложными гидрологическими условиями.

Известен фильтрирующий придонный русловой водоприемник с вихревыми камерами [1], содержащий водоприемные отверстия, фильтрирующие кассеты и самотечные трубы. Основными недостатками данного технического решения являются сложность конструкции и низкая эффективность работы.

Известны также и подрусловые водприемники, которые даются в этом же источнике [1]. Конструктивно такие водоприемники выполняют в виде дрен, галерей, лучевого водозабора и т.п. (рекомендуются для забора воды из периодически промерзающих водотоков, или для забора воды на горных участках рек с периодическим отсутствием поверхностного стока). Основными недостатками данных водоприемников являются низкая эффективность и надежность работы, а также сложность их использования на равнинных и предгорных участках рек.

Цель изобретения - повышения эффективности и надежности работы подруслового водозабора в условиях горных, предгорных и равнинных участков рек.

Указанная цель достигается тем, что в подрусловом фильтрирующем водозаборе, поверху водосборной галереи устроен фильтрирующий водоприемник, состоящий из металлической решетки, сверху которой уложены в два плотные ряда фильтрирующие гибкие тюфяки, выполненные из легких фашин, завернутых в геосетку, при этом первый ряд тюфяков уложен вдоль продольной оси галереи, а второй ряд - в поперек галереи и по направлению руслового потока, а также с уклоном, большим уклона русла реки. Перед водоприемной галереей под руслом реки с одной его стороны и по направлению потока устроен дополнительный трубчатый водоприемник, состоящий из перфорированных труб и уложенных вокруг них аналогичных гибких тюфяков, при этом концевая часть трубчатого водоприемника с уклоном входит в водосборную галерею на уровне уреза воды.

На фиг.1 показано сечение сооружения по оси водосборной галереи; на фиг.2 - то же самое в плане; на фиг.3 - поперечное сечение сооружения по оси трубчатого водоприемника; на фиг.4 - гибкий тюфяк из легких фашин; на фиг.5 - фрагмент перфорированной трубы с ребрами жесткости.

Подрусловой фильтрирующий водозабор состоит из водосборной галереи 1 и водоприемника, выполненного из металлической решетки 2 и гибких тюфяков 3, уложенных в два ряда сверху решетки. В первый ряд 4 гибкие тюфяки 3 плотно уложены по всей ширине галереи и по направлению ее продольной оси, а второй ряд 5 - в поперек галереи и по направлению поверхностного потока воды. При этом второй ряд 5 тюфяков уложен с уклоном и большей длиной, перекрывающей ширину водосборной галереи 1 с двух сторон. В верхнем бьефе перед водоприемными тюфяками 3 предусмотрен направляющий порог 6. На глубине под порогом 6 по направлению русла устроен трубчатый водоприемник 7, концевая часть которого с уклоном входит в водосборную галерею 1 на уровне уреза воды. Трубчатый водоприемник состоит из перфорированных труб 8, гибких тюфяков 3 и жестких ребер 9. В конце водосборной галереи устроен отводящий канал 10.

Подрусловой фильтрирующий водозабор комбинированной конструкции строится следующим образом.

Вначале выбирается место строительства водозабора и осуществляется привязка основных элементов сооружения. Также заранее заготавливаются необходимый объем сухого камыша, из него изготавливают легкие фашины и из них выполняют гибкие тюфяки 3 в необходимом количестве. После выполняются работы по отводу реки от места строительства. Затем разрабатываются котлован под водосборную галерею 1 и траншею под трубчатый водоприемник 1, и планируют земляные их основания. Сначала строится водосборная галерея 1 из монолитного бетона или железобетона, а после этого сразу строится трубчатый водоприемник 7. Для этого вначале по уклону укладываются (заранее подготовленные) перфорированные трубы 8 с ребрами жесткости 9, вокруг которых продольными и плотными рядами укладывают гибкие тюфяки 3 до уровня жестких ребер 9. Вокруг труб 8 с гибкими тюфяками 3 обтягивается габионная сетка по всей их длине до водосборной галереи 1. После чего над водосборной галереей возводится водоприемник из металлической решетки 2 и гибких тюфяков 3, укладываемых в два ряда. Первый ряд 4 тюфяков 3 укладывается по направлению продольной оси, а второй ряд 5 - в поперек галереи и по направлению потока воды, с уклоном i=0,05…0,1, большим, чем уклон русла реки. Вместе с тем, длина тюфяков 3 второго ряда 5 должна перекрывать ширину галереи с двух сторон. Далее засыпается местным грунтом котлован вокруг галереи 1 и траншея с трубчатым водоприемником 7. Основные нагрузки на трубчатый водоприемник от вышележащего грунта воспринимают ребра жесткости 9 через габионную сетку, обтянутую вокруг водоприемника 7. Сверху трубчатого водоприемника и перед поверхностным водоприемником галереи 1 устраивается направляющий порог 6 с целью отклонения крупных (влекомых) наносов в сторону основного русла реки. И в конце строится отводящий канал 10, с плотным сопряжением по отметкам с водосборной галереей 1, так чтобы вода из галереи 1 самотеком (без образования подпора) поступала в канал.

Подрусловой фильтрирующий водозабор комбинированной конструкции работает следующим образом.

На участках рек в период половодий основной водный поток свободно протекает сверху водоприемника галереи, а часть воды под действием напора проходит через гибкие тюфяки верхнего 5 и нижнего 4 рядов в водосборную галерею, так как легкие фашины из камыша, из которого сделаны гибкие тюфяки, обладают хорошими дренирующими свойствами. При этом одновременно происходит и очистка воды от взвешенных частиц, гибкие тюфяки 3 водоприемника работают и как дренажи и как фильтры. Из-за высокого уклона верхнего ряда 5 тюфяков водоприемника, наносы, которые туда попадают с потоком воды, большая часть не задерживается, уносится и смывается водой, только небольшая часть наносов проникает в фашины гибких тюфяков (в основном взвешенные наносы). Через определенное время паводкового периода реки, мутный поток воды может привести к забивке (засорению) взвешенными наносами легких фашин верхнего ряда 5 тюфяков 3. В результате эффективность работы водоприемника (пропускная способность) может уменьшиться в два раза и более. Поэтому через 10-15 дней работы водоприемника в условиях мутного потока воды, необходимо заменить верхний ряд 5 тюфяков новыми тюфяками. Затем снятые тюфяки 3 можно под действием напорной струи потока воды промыть и очистить от наносов, чтобы их повторно можно было использовать. Для обеспечения эффективной работы водоприемника в запасе должно быть достаточное количество гибких тюфяков 3, для их неоднократного использования. Сухой и созревший камыш, из чего сделаны легкие фашины и тюфяки, является достаточно прочным и надежным материалом, который работает в условиях водной среды до 12-15 лет и более без разложения. В связи с чем, гибкие тюфяки 3 могут быть использованы сотни раз и более, партиями заменяя их по мере засорения, новыми очищенными. А что касается трубчатого водоприемника, то он находится относительно глубоко под землей, куда поступает только грунтовая вода. Поэтому он будет работать без замены фильтрирующих гибких тюфяков 12 лет и более. Через 10-12 лет необходимо будет заменить полностью фильтрирующие тюфяки 3 в трубчатом водоприемнике 7. И в случае полного промерзания реки трубчатый водоприемник позволяет забрать минимально необходимое количество воды из-под русловых грунтовых вод. Основное назначение трубчатого водоприемника обеспечения поступление воды в водосборную галерею 1 в меженный (осенне-зимний) период. Необходимый минимальный расход трубчатого водоприемника 7 можно регулировать размерами и конструкцией перфорированной трубы 8 (длиной, диаметром и площадью перфорации).

Подрусловой водозабор комбинированной конструкции может быть эффективно использован и на горных, и на предгорных, и на равнинных участках малых рек со сложными гидрологическими и климатическими условиями. Наличие у предлагаемого водозабора двух водоприемников, поверхностного и подземного (трубчатого), повышает надежность его работы и позволяет использовать его для питьевого водоснабжения небольших населенных пунктов, отдельных предприятий и учреждений, частных хозяйств, а также - в качестве резервного водозабора, в случае чрезвычайных ситуаций в крупных населенных местах.

Источник информации

1. Справочник проектировщика. Гидротехнические сооружения. / Под редакцией д.т.н., проф. В.П.Недриги. - М.: Стройиздат, 1983. - с.434-435.