3.3.6. Головные водозаборы. Типы водозаборов, особенности применения
Головные водозаборы – сооружения для забора воды из источника и подачи ее в оросительную сеть. Конструкции водозаборов должны быть устойчивыми и надежными, иметь водомерные устройства, средства автоматического управления, обеспечивать возможность удобного ремонта, задерживать крупные наносы и плавающие предметы, защищать оросительную сеть от паводковых вод.
Тип головного водозабора зависит от вида источника орошения, уровней и напоров воды в нем, высотного положения головного участка оросительной сети. При заборе воды из реки в открытую сеть наиболее экономичен самотечный бесплотинный водозабор. Он возможен, если в течение всего периода работы оросительной сети уровень воды в реке превышает уровень воды в голове магистрального канала на значение, не меньшее, чем потери напора в сооружении.
Типы бесплотинных водозаборов
1. Нерегулируемые водозаборы.
Под нерегулируемым водозабором понимают водозабор, при котором вода из реки поступает в канал при бытовом состоянии ее уровней. При минимальном уровне воды в реке в канал должен поступать расчетный расход, соответствующий графику водопотребления (рис.3.3.20).
Рис.3.3.20. Схема бесплотинного нерегулируемого водозабора
1 - река; 2 - магистральный канал
Недостатки нерегулируемого водозабора сводятся к следующему:
1) несовпадение поступающих в канал расходов с расходами потребления, так, например, при минимальном потреблении воды в канал могут поступить максимальные расходы;
2) необходимость пропуска излишка воды по сравнению с потреблением по всей системе каналов и сброса его в их концевой части;
3) необходимость назначения размеров канала с учетом пропуска не расходов потребления, а максимальных расходов, поступающих через водозабор;
4) сокращение пропускной способности канала из-за быстрого заиления его головной части, что препятствует обеспечению расходов потребления;
5) необходимость в непрерывном удалении наносов, откладывающихся в головной части канала;
6) необходимость в выполнении срочных работ по устройству дополнительных прокопов при изменении положения головы водозабора вследствие изменения планового очертания русла.
Из-за всех этих недостатков этот тип водозаборов мало применим.
2. Многоголовые нерегулируемые водозаборы.
Переход к нескольким головам для забора воды из реки значительно повышает обеспеченность поступления воды в магистральный канал (рис.3.3.21).
Рис.3.3.21. Схема многоголового нерегулируемого водозабора:
1 - река; 2 - магистральный канал; 3 - каналы-прокопы, используемые как ирригационные отстойники
Головы многоголовых водозаборов располагают на различных отметках и на различных расстояниях вдоль реки, что обеспечивает поступление воды из реки при разных уровнях в ней:
- при низких уровнях воды в реке вода поступает через несколько голов или через наиболее удаленную вверх по течению реки голову;
- при высоких уровнях используют головы, расположенные ниже по течению реки.
Использование многоголовых водозаборов позволяет:
1) обеспечить непрерывную подачу воды в магистральные каналы в необходимом количестве путем включения в работу резервных голов после заиления работающих голов и каналов-прокопов, к ним примыкающих;
2) повысить командный уровень воды путем использования расположенных выше по течению реки голов;
3) не прекращать подачу воды в период очистки заилившихся каналов-прокопов;
4) забирать из реки любые расходы, включая в работу несколько голов.
В многоголовом водозаборе используют до шести голов. Расстояние между головами принимают 1 - 3 км в зависимости от уклона реки.
Для выключения голов из работы используют грунтовые перемычки, намываемые земснарядами или насыпаемые землеройными машинами.
При включении голов в работу перемычки разбирают или разрушают взрывом.
Каналы-прокопы целесообразно использовать и как отстойники, принимая в них небольшие скорости, при которых уменьшается мутность потока. Очищают их средствами гидромеханизации или землеройными машинами.
3. Регулируемые водозаборы
Такие водозаборы называют ошлюзованными, т.к. в них используют шлюзы-регуляторы, при помощи которых осуществляют изменение подаваемых в магистральный канал расходов в соответствии с графиком водопотребления.
Применяются две схемы расположения шлюзов-регуляторов;
- на берегу реки у уреза воды (рис.3.3.22);
- в некотором удалении от реки (рис.3.3.23).
Рис.3.3.22.Схема бесплотинного регулируемого водозабора со шлюзом-регулятором у уреза воды:
1 - река; 2 - магистральный канал, 4 - шлюз-регулятор
Эта схема применима на реках, имеющих прочные и устойчивые берега и незамываемые русла.
Рис.3.3.23. Схема бесплотинного регулируемого водозабора с удаленным расположением шлюза-регулятора:
1 - река; 2 - магистральный канал; 3 - канал-прокоп, 4 - шлюз-регулятор
Схема, приведенная на рис.3.3.23, используется на реках с блуждающими руслами и легкоразмываемыми берегами. В этой схеме воду к шлюзу-регулятору подают от реки каналом-прокопом, для которого свойственны все недостатки нерегулируемого одноголового водозабора, но его использование в качестве отстойника улучшает условия подачи воды в магистральный канал.
Преодолевает недостатки такого водозабора многоголовый регулируемый водозабор, представленный на рис.3.3.24.
Рис.3.3.24. Схема многоголового регулируемого водозабора с удаленными шлюзами-регуляторами:
1 - река, 2 - магистральный канал; 3 - канал-прокоп, 4 - шлюз-регулятор
Многоголовый водозабор с централизованным управлением рекомендуется применять на участках рек с неустойчивыми размываемыми берегами и блуждающим руслом (рис.3.3.25).
Рис.3.3.25. Схема бесплотинного регулируемого многоголового водозабора с централизованным управлением:
1 - река, 2 - магистральный канал; 3 - канал-прокоп, 4 - шлюз-регулятор, 5 - промывной канал
Водозабор состоит из нескольких каналов-прокопов, шлюза-регулятора, удаленного от реки, и примыкающего к нему промывного канала, по которому сбрасывается гидросмесь во время промывки каналов-прокопов.
В шлюзе-регуляторе для каждого канала-прокопа предусматривается самостоятельное отверстие, что позволяет подавать воду потребителю как из одного канала, так и из нескольких в любом сочетании.
Шпорные водозаборы
Низкие уровни воды в реке при небольших расходах в ней осложняют работу бесплотинных водозаборов.
В такие периоды переходят к водозаборам шпорного типа, являющимся переходной ступенью к плотинным водозаборам (рис.3.3.26).
5 6
Рис.3.3.26. Схема шпорного водозабора:
1 - река, 2 - магистральный канал, 4 - шлюз- регулятор; 5 - шпора, 6 - отверстия для смыва наносов
На рис.3.3.27 представлена схема шлюза-регулятора, представляющего в гидротехническом отношении небольшую плотину с низким флютбетом и затворами.
Для гидравлического смыва отложившихся наносов в пороге шлюза-регулятора предусматривают донные промывные отверстия, через которые гидросмесь поступает в промывной канал.
Гидравлический смыв наносов обеспечивается при пропуске по каналу-прокопу повышенных расходов.
Рис. 3.3.27. Схема шлюза-регулятора:
1 - магистральный канал; 2 - распределительный канал, 3 - затворы, 4 - флютбет и водобой; 5 - глиняный понур, 6 – шпунт; 7 - рисберма с креплением из камней и обратным фильтром
Если расчетный уровень воды в реке в месте предполагаемого водозабора ниже требуемого для самотечной подачи воды в магистральный канал, то рассматривают другие варианты водозаборов, например, плотинный водозабор.