Транспортирование воды. Основные типы транспортирующих сооружений

Выбор метода транспортирования воды и соответственно типов транспортирующих сооружений зависит от характера природного источника, степени его удаленности от объекта, местных топографических условий и количества транспортируемой воды.

Все практически используемые типы транспортирующих воду сооружений могут быть разделены на две основные группы: а) нагнетательные водоводы; б) гравитационные (или самотечные) водоводы и каналы. В сооружениях первой группы подача воды осуществляется насосами. В сооружениях второй группы движение воды происходит иод действием силы тяжести.

В некоторых случаях взаимное расположение источника и объекта водоснабжения, а также характер рельефа местности вызывают необходимость использования того или иного принципа подачи воды на отдельных участках трассы водовода.

По характеру движения воды  (по характеру гидравлической работы) все транспортирующие воду сооружения могут быть разделены на напорные водоводы  (работающие полным сечением)  и безнапорные водоводы (имеющие свободную поверхность воды).

Безнапорные водоводы могут быть выполнены в виде открытых ка» налов, вырытых в земле, или в виде закрытых каналов (различныхконструкций и из различных материалов), работающих неполным сечением.

Использование гравитационного метода подачи воды дает большие экономические преимущества, так как позволяет значительно снизить расходы на эксплуатацию системы водоснабжения. Очевидно, что применять этот метод транспортирования воды для водовода в целом можно лишь при условии, если отметка уровня воды используемого водоема превышает отметку точки, в которую должна быть подана вода. Однако и при соблюдении этого условия наличие значительных возвышенностей по трассе водовода может потребовать подъема воды насосами для переброски ее через эти возвышенности.

Для схемы, представленной на III.64, где отметка уровня используемого водоема А значительно превышает отметку земли у объекта Б, гравитационная подача воды потребовала бы устройства весьма длинных туннелей (аа или аа2), сильно удорожающих строительство. Подъем воды насосами до резервуара б, установленного на наивысшей точке пересекаемой возвышенности, позволит избежать устройства туннелей. При таком решении на участке аб будут нагнетательные водоводы, а от точки б до объекта — гравитационные водоводы.

В ряде случаев удается использовать гравитационный метод подачи воды на всем протяжении трассы  водовода. При этом применение безнапорных  каналов  возможно лишь при  относительно  равномерном и незначительном уклоне местности вдоль трассы водовода. В этих условиях можно обеспечить требуемый постоянный уклон безнапорного канала без устройства дорогостоящих глубоких выемок и сооружений для перехода пониженных мест.

Выбор типа и конструкции безнапорного канала определяется экономическими соображениями и местными условиями, а в известной степени и требованиями к качеству воды.

Открытые каналы представляют собой относительно дешевые  (на единицу длины)   сооружения   для   транспортирования   больших   количеств воды.

Для подачи питьевой воды (чистой природной или очищенной) открытые каналы не должны применяться.

Закрытые безнапорные каналы являются более дорогими сооружениями, но потери воды в них значительно меньше, они предохраняют воду от загрязнения и развития растительности и обеспечивают почти постоянную температуру воды на всем пути ее подачи от источника к объекту.

При наличии достаточной для обеспечения движения воды разности отметок в начальной и конечной точках водовода, но в условиях относительно пересеченного рельефа местности часто оказывается более рентабельным использование напорных гравитационных водоводов, т. е. водоводов, работающих полным сечением. По условиям своей гидравлической работы эти водоводы аналогичны нагнетательным водоводам, их конструкция должна обеспечить сопротивление разрывающим усилиям от внутреннего давления воды.

Так как напорные водоводы допускают практически любое изменение уклона по длине трассы, использование их часто позволяет значительно сократить общую длину водовода.

В современной практике водоснабжения местные природные источники воды часто оказываются недостаточными для удовлетворения потребностей крупных городов и промышленных предприятий (особенно в относительно маловодных местностях) и приходится использовать весьма удаленные источники, расположенные за десятки, а иногда и сотни километров от объектов. В этих условиях значение транспортирующих воду сооружений и удельный вес затрат на их строительство в общей стоимости системы водоснабжения значительно возрастают. Выбор наиболее экономичного варианта подачи воды приобретает особо важное значение. Этот выбор производится, как правило, на основе тщательного изучения местных условий (топографии и геологии по возможным трассам водовода) и технико-экономического сравнения различных вариантов.

При  всех условиях транспортирующее   воду   сооружение   должно обеспечивать надежность и бесперебойность снабжения объекта водой. Для этого необходимо, чтобы его конструкция сводила к минимуму опасность возникновения аварий. Длинные водоводы, как правило, прокладывают в одну линию. Поэтому в конце водовода должны быть устроены запасные емкости такого объема, который может обеспечить питание объекта водой во время ликвидации аварии или проведения ремонта.

При относительно малой длине водовода требуемая надежность водообеспечения потребителей может быть достигнута с меньшими затратами путем строительства его из двух параллельно работающих линий (вместо устройства запасных емкостей). В ряде случаев наличие двух или нескольких параллельно работающих линий водовода является следствием постепенного развития системы водоснабжения в соответствии с ростом водопотребления объекта.

Практика транспортирования воды дает примеры широкого использования всех перечисленных здесь типов сооружений.

Для обеспечения водой промышленности и населенных мест центрального района Донбасса построен открытый водопроводный канал, забирающий воду из р. Северский Донец. Канал имеет длину 132 км и рассчитан на подачу расхода 25 м3/с. Рельеф местности вызвал необходимость устройства на канале четырех насосных станций, поднимающих воду на общую высоту около 250 м. Вода, забираемая из канала для городских водопроводов, подвергается соответствующей очистке.

В 1961 г. закончено строительство другого крупного открытого водопроводного канала, подающего воду из р. Днепр (от Каховского водохранилища) для нужд промышленности и населения Криворожья. Канал протяжением 57 км рассчитан на подачу расхода до 41 м3/с.

Еще более мощный водопроводный открытый канал построен для подачи воды из р. Иртыш в центр Карагандинского района. Его общая протяженность около 500 км и расчетный расход около 75 м3/с. На канале устроен ряд перекачивающих насосных станций и ряд водохранилищ.

Как уже было-сказано, современная система водоснабжения Москвы включает канал им. Москвы (длиной 128 км), который служит одновременно для нужд судоходства и для подачи воды из р. Волги. Канал этот подает воду в подмосковные водохранилища, откуда она по специальным водопроводным открытым каналам поступает к очистным станциям.

Примером весьма большого безнапорного закрытого канала может служить Баку-Шолларский водовод, пущенный в эксплуатацию в 1917 г. Водовод использует воды Шолларских родников. Общая его протяженность от источника до городских резервуаров 185 км. Из них первые 147 км выполнены в виде закрытого безнапорного бетонного канала овоидального сечения (1,2X1.7 м). Далее вода подается насосами по нагнетательному водоводу длиной 18 км в распределительную камеру и по самотечным бетонным водоводам (длиной 20 км) подводится к городским резервуарам.

В 1951 г. был введен в эксплуатацию второй бакинский безнапорный закрытый водовод, идущий почти параллельно первому и подающий подземные воды из района Хачмас.

В качестве примера широкого использования безнапорных закрытых каналов для городского водоснабжения в зарубежной практике может служить система самотечных водоводов Парижа (протяженность каждого 100—130 км), подающих подземные воды из различных районов.

Развитие технологии производства напорных труб обусловливает все более широкое применение напорных гравитационных водоводов. Подобные водоводы   значительной   протяженности   использованы   при строительстве ряда крупных систем водоснабжения у нас и за рубежом.