2. Расчет основных элементов водозабора

Размеры элементов водозабора определяют применительно к нормальным условиям работы, а расчёты потерь напора и допустимой отметки оси насосов выполняют применительно к особым условиям [Сомов М.А., Николадзе Г.И. Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1998. - 600 с.].

Гидравлические расчёты водозаборов выполняют для определения:

• гидравлических характеристик режима работы;

• размеров водоприёмных отверстий, диаметров самотечных или сифонных водоводов, размеров сеточных устройств и других конструктивных элементов;

• потерь напора в элементах;

• наивысшей допустимой отметки оси насосов первого подъема.

Размеры водоприёмных отверстий (окон) определяются по скорости втекания воды в отверстия решёток или поры фильтров.

Допустимые входные скорости втекания воды в решетках водоприемных окон, для средних и тяжелых условий забора воды с учётом повсеместных требований рыбозащиты, не следует принимать выше минимальных скоростей в водотоках.

Условия втекания	Скорость втекания vвт, м/с
	для береговых	для русловых
без учета требований рыбозащиты
для средних и тяжелых условий забора воды*	0,2-0,6	0,1-0,3
с учетом требований рыбозащиты
со скоростью течения реки > 0,4 м/с	не более 0,25
со скоростью течения реки < 0,4 м/с	не более 0,1
для очень тяжелых шуголедовых условий	не более 0,06

* – меньшие значения принимают для тяжелых шуголедовых условий

Для тяжелых шуголедовых условий скорость входа воды в решетках снижается до 0,05 м/с, в фильтрующих водоприемниках – до 0,03-0,04 м/с.

Скорость течения воды в плоских съёмных сетках всасывающих отделений береговых колодцев принимается 0,2-0,4 м/с, для вращающихся – 0,4-0,8 м/с.

Площадь водоприемных отверстий (брутто) одной секции водозабора (оборудованной решетками): , м²

где Q_р – расчетный расход воды одной секции водозабора, м³/с; v_вт – средняя скорость втекания воды в водоприемные отверстия, м/с; η_ст – коэффициент стеснения площади водоприемного отверстия стержнями решетки, показывающий площадь отверстий, которые остаются свободными для протекания воды после стеснения отверстия стержнями решетки; η_з – коэффициент засорения решетки.

В СНиП 2.04.02 – 84 формула приведена к виду: , м²

где К₁ = 1/η_з , К₂ = 1/η_ст.

Для нормальных условий эксплуатации, при n = 2, Q _в = 0,447 м³/с:

м³/с,

для аварийных условий:

м³/с,

где n – число секций водозабора, 2; р – допустимое уменьшение подачи воды в аварийном режиме (для первой категории водозаборных сооружений), 30 %; _в – условная средняя скорость входа в водоприемное отверстие, исчисляемая по площади отверстия в свету.

Скорость входа принимается в зависимости от шуголедовых условий забора воды и от типа применяемых рыбозаградительных устройств.

При применении рыбозащитных сеток в фильтрующем оголовке и в тяжелых шуголедовых условиях скорость втекания _в = 0,01 м/с (для реки);

Площадь решеток определяется по формуле

к₁ – коэффициент, учитывающий загрязнение решетки сором, 1,25; к₂ – коэффициент увеличения, учитывающий заполнение водоприемного отверстия стержнями решетки при оборудовании отверстий рыбозащитными сетками и определяемый по формуле:

,

а – расстояние между стержнями в свету, 0,4 см; d – диаметр стержня (толщина), 0,2 см.

м ².

Площадь плоских водоочистных сеток, располагаемых под минимальным расчетным уровнем воды в водоприемно-сеточном отделении водозаборного сооружения совмещенного типа, определяют по формуле:

, м ².

_с = 0,1 м/с – скорость течения воды в ячейках сеток;

_ст = 1/К₂ = 1/2,25 = 0,44; _з = 1/1,25 = 0,8.

м².

Принимаем размеры одной секции (отверстия) В  Н = 2500х3000 мм².

Тогда, размеры сетки – В  Н = 20003000 мм².

Фактическая скорость течения воды в сетке по принятой площади: м/с.

1.6.3. Определение потери напора во всасывающих (для руслового водозабора)

и напорных трубопроводах

1.6.4. Расчет отметок уровней воды

в приемном и всасывающем отделениях берегового колодца

Рассчитать отметки уровневой воды в приёмном (Z_пр) и всасывающем (Z_вс) отделении берегового колодца руслового водозабора при максимальном уровне воды в реке (Z_свув) и, определите производительность водозабора Q(л/с), если известно:

- длина каждой из двух самотечных линий L = 100 м;

- гидравлический уклон стального трубопровода i = 6,5 м/км;

- местные потери напора по пути движения воды от оголовка до берегового колодца принять 20 % от линейных;

- потери в сетках h_с = 0,12 м;

-приведенное удельное гидравлическое сопротивление одной нитки водозабора S_о = 0,2 (для расхода в м³/с).

Максимальный уровень воды в реке равен Z_свув = 80,0 м.

Для того чтобы рассчитать отметку уровня воды в приемном (Z_пр) отделении берегового колодца руслового водозабора, необходимо знать суммарные потери напора по пути движения воды от водоприемника до берегового колодца.

Суммарные потери напора равны:

Σh = h_л + h_м = 0,65 + 0,13 = 0,78 м.

где h_л – линейные потери напора, определяемые по выражению:

h_л = i∙L/1000 = 6,5 ∙ 100/1000 = 0,65 м

h_м – местные потери напора, определяемые по формуле:

h_м = 0,2∙ h_л = 0,2 ∙ 0,65 = 0,13 м

Отметка уровня воды в приемном отделении берегового колодца: Z_пр = Z_свув – Σh, м,

где Z_свув – максимальный уровень воды в реке (уровень высоких вод УВВ), м; Σh – суммарные потери напора, м.

Z_пр = 80,0 – 0,78 = 79,22 м

Отметка уровня воды во всасывающем отделении берегового колодца будет равна:

Z_вс = Z_пр – h_c= 79,22 – 0,12 = 79,1 м