6.Виды стратификации в потоках. Определения положения кривой поверхности раздела у водоприемных сооружений

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.

В озерах и прудах умеренных широт термический режим определяется хорошо известным физическим явлением — вода обладает максимальной плотностью при 4°С. Вода в них четко делится на три слоя: верхний — эпилимнион, температура которого испытывает резкие сезонные колебания; переходный, слой температурного скачка, —металимнион, где отмечается резкий перепад температур; глубоководный (придонный) — гиполимнион доходящий до самого дна, где температура в течение года изменяется незначительно.

Летом наиболее теплые слои воды располагаются у поверхности, а холодные — у дна. Данный вид послойного распределения температур в водоеме носит название прямой стратификации Зимой, с понижением температуры, происходит обратная стратификация. Поверхностный слой воды имеет температуру близкую к 0°С. На дне температура около 4°С, что соответствует максимальной ее плотности. Таким образом, с глубиной температура повышается. Это явление называют температурной дихотомией. Наблюдается в большинстве наших озер летом и зимой. В результате нарушается вертикальная циркуляция, образуется плотностная стратификация воды, наступает период временного застоя — стагнация. С дальнейшим повышением температуры верхние слои воды становятся все менее плотными и уже не опускаются — наступает летняя стагнация.

Осенью поверхностные воды снова охлаждаются до 4°С и опускаются на дно, вызывая вторичное в году перемешивание масс с выравниванием температуры, т. е. наступлением осенней гомотермии.

высота слоя температурного скачка

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

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

7. Условия приема воды из рек с недостаточными глубинами. Конструкции водозаборных сооружений.

Иногда глубина воды в пределах всего поперечного сечения русла реки оказывается недостаточной для забора воды надлежащего качества. В таких случаях приходится прибегать к мероприятиям, позволяющим увеличить глубину воды в реке у места водозабора. Эти мероприятия можно разделить на две основные группы: осуществление мероприятий

первой группы приводит к созданию подпора у места водозабора, т. е. к местному повышению уровня воды в реке, мероприятия второй группы заключаются в углублении дна реки у водоприемника и обеспечении стабильности полученных глубин. Наконец, некоторые мероприятия ведут как к повышению уровня воды, так и к углублению дна в месте водозабора.

К специальным мероприятиям по углублению дна реки в месте водозабора относится устройство прорезей (подводных каналов) и различных регуляционных сооружений, обусловливающих такое переформирование потока, при котором обеспечиваются достижение требуемых глубин и стабильность дна. Прорези устраивают при помощи землечерпательных машин. Для большей устойчивости прорези направление ее выбирают в соответствии с направлением струи весеннего паводка (период наиболее сильного размывающего действия реки и наиболее высокого содержания в воде наносов); следует учитывать направление потока и при меженных уровнях. Прорезь делают сквозной. В большинстве случаев прорезь располагают у вогнутого берега реки. В процессе эксплуатации приходится периодически очищать прорезь от наносов.

Другим способом увеличения глубины у водоприемника является строительство водоподъемных плотин. К их сооружению приходится прибегать в тех случаях, когда глубина реки недостаточна для забора воды надлежащего качества и когда другие устройства для ее увеличения очень дороги или вовсе неприемлемы по местным условиям. Водоподъемные плотины, применяемые для обеспечения требуемых глубин в месте водозабора, могут быть глухими, т. е. с переливом воды через гребень (без затворов) или разборчатыми.

Плотина первого типа, обеспечивая требуемый уровень воды в реке, не позволяет регулировать уровень при сезонных изменениях расхода воды в реке. Кроме того, при глухих плотинах осложняется борьба с заилением верхнего бьефа. Глухие плотины применяют только при условии устройства промывного шлюза у водоприемника. Строительство водоподъемных плотин позволяет также повысить величину возможного водозабора и, в некоторых случаях, обеспечивает сезонное регулирование стока. Типы и конструкции плотин, применяемых для указанных целей, весьма разнообразны. Разумеется, схема и конструкция плотинного узла сооружений должны учитывать характер использования реки для лесосплава, судоходства и рыбоводства.

Водоприемное сооружение может быть устроено отдельно или конструктивно объединено с плотиной.

При конструктивном объединении водоприемника с плотиной он чаще всего совмещается с одним из устоев плотины или непосредственно к нему примыкает.

8-9. Условия приема из горных рек. Конструкции водозаборных сооружений.

Горные реки широко используются для целей водоснабжения. Малая загрязненность воды в их верхнем течении сточными водами дает им значительные преимущества при использовании в качестве источников питьевого водоснабжения. Кроме того, прием воды из горных рек иногда позволяет подавать ее потребителям самотеком. В ряде случаев при этом осуществляется регулирование и аккумуляция стока этих рек.

В то же время особенности режима течения горных рек создают часто значительные трудности для забора из них воды. Большие продольные уклоны верхних участков горных рек обусловливают наличие в них больших скоростей течения и относительно малых глубин. Горные реки влекут большое количество донных (относительно крупных) наносов, а также взвешенных наносов. Реки эти довольно часто обладают большой шугоносностью. На некоторых из них в период ливней наблюдаются сели. В отдельные периоды горные потоки несут много плавника. Расход их подвержен большим и резким колебаниям (иногда даже в течение суток). В предгорных участках нередко наблюдается значительная изменчивость русла рек.

Перечисленные особенности привели к необходимости создания водоприемных сооружений, специально приспособленных к работе в указанных условиях.

В большинстве случаев водоприемные сооружения на горных реках должны обеспечивать бесперебойное получение воды в условиях малых глубин, большого количества относительно крупных наносов и значительной шугоносности. Вследствие этого водоприем из горных рек весьма часто сопровождается созданием искусственного подпора и специальных устройств, препятствующих вовлечению наносов в водоприемник, а также осаждению вовлеченных наносов.

К числу специфических для горных рек типов водоприемных сооружений следует отнести донные решетчатые водоприемники.

Пример устройства такого водоприемника, построенного на Кавказе. Русло реки перегорожено низкой бетонной глухой водосливной плотиной, образующей своеобразный водосливной порог. Между бычком и левобережным устоем в плотину врезана горизонтальная галерея, перекрытая решеткой. Вода, проходящая над этой галереей, поступает («проваливается») через решетку и отводится в водоприемную камеру, расположенную в левобережном устое. Конструкция водоприемной камеры предусматривает возможность ее промывки от задерживаемых в ней наносов. Водоприемная камера имеет обычно аварийные входные окна для забора воды на случай засорения или обмерзания решетки водоприемной галереи. Из приемной камеры вода по водоводам подается в первичные отстойники для осветления.

Конструкция такого водоприемника позволяет обеспечить прием воды при любых изменениях расхода и любых глубинах. Он может быть рекомендован для приема воды, содержащей относительно крупные наносы.

Этот тип водоприемника используют в широком диапазоне расходов (от 0,1 до 8 м³/с).

В целях предотвращения забивки решеток камнем, их устраивают из стали таврового сечения (ребром вниз).

Галерея имеет поперечное сечение в виде прямоугольника со скошенными углами. Ширину ее обычно принимают в пределах 1—2 м, начальную глубину — в зависимости от расчетного расхода. Дно галереи имеет продольный уклон i = 0,2—0,4. Средняя скорость в конечном сечении галереи достигает 2—2,5 м/с.

Рассмотренный тип водоприемного сооружения применяется в различных вариантах и видоизменениях. Иногда перед донным водоприемником для снижения количества поступающих в него наносов устраивают специальную наносоперехватывающую галерею, располагаемую параллельно водоприемной галерее. Наносоперехватывающие галереи имеют различные конструкции, обеспечивающие их промывку от задержанных наносов.

В некоторых сооружениях конструкция донного водоприемника предусматривает возможность одновременного приема речной и подрусловой воды.