ледостойкое водозаборное сооружение

Формула изобретения

1. Ледостойкое водозаборное сооружение, включающее фильтрующую каменно-набросную насыпь и водоприемное устройство с перфорированными водоприемными трубчатыми коллекторами, отличающееся тем, что в фильтрующую каменно-набросную насыпь, которая сформирована сразу на всю высоту торцевой отсыпкой из несортированного каменного материала, включающую два яруса: нижний водоприточный, состоящий из крупных фракций, и верхний слабопроницаемый, состоящий из мелкозернистых фракций, уложены в наклонном положении перпендикулярно бровке насыпи водоприемные трубчатые коллекторы с находящимися в них погружными насосами, при этом концевые перфорированные участки этих коллекторов заглублены в нижний водоприточный ярус фильтрующей каменно-набросной насыпи, покрытый от засорения защитным слоем песчано-гравийного или геосинтетического материала.

2. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что на боковых откосах фильтрующей каменно-набросной насыпи в пределах наката волн и навала ледовых полей установлены противоволновые покрытия, например железобетонные плиты, а для защиты водоотводящих трубчатых коллекторов на гребне этой насыпи расположен железобетонный капонир.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидротехники, в частности к инженерным средствам водоснабжения, а именно к речным водозаборным сооружениям и может быть использовано для забора воды из поверхностных водоемов в условиях Сибири и Крайнего Севера.

Известно водозаборное сооружение, включающее фильтрующую каменно-набросную дамбу, возведенную торцевой отсыпкой несортированного каменного материала (горной массы), которая ограждает выделенный участок акватории с характерной глубинно-температурной стратификацией и насосную станцию, централизованно подающую профильтровавшуюся через дамбу воду в систему водообеспечения потребителя (Жиленков В.Н. Опыт разработки фильтрационно-селективного водозабора в системе техводоснабжения Печорской НРЭС. - Электрические станции, 2002, №8, с. 25).

Недостатком аналога является то, что при размещении сооружения на берегу реки с высоким подъемом воды во время весеннего половодья и тяжелым ледовым режимом, фильтрующая дамба должна быть достаточно высокой, чтобы ограждаемый ею участок акватории защитить от проникновения в него льда. Это приведет к увеличению объема каменной наброски в теле ограждающей дамбы и стоимости ее строительства.

Известно фильтрующее водозаборное сооружение, выполненное в виде прибрежной насыпи из отсортированного каменного материала с уложенными внутри нее перфорированными водоприемными трубами, в которые поступает профильтровавшаяся в тело насыпи вода, перетекающая далее по самотечным трубопроводам к насосной станции первого подъема. (Аверкиев А.Г., Макаров И.И., Синотин В.И. Бесплотинные водозаборные сооружения. - Л.О.: Энергия, 1969, с. 107).

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа, не позволяющим достичь поставленной нами цели, является то, что в процессе строительства водозаборного сооружения возникают технологические затруднения, когда необходимо осуществлять под водой укладку и стыковку коллекторов и самотечных водоводов, заглубленных в береговой массив, около которого необходимо размещать на той же глубине водоприемник сооружения из более дорогого сортированного по крупности каменного материала.

Предлагаемым изобретением решается задача упрощения технологического обустройства ледостойкого водозаборного сооружения и уменьшение материальных и финансовых затрат при его строительстве.

Для достижения указанного технического результата в ледостойком водозаборном сооружении, содержащем фильтрующую каменно-набросную насыпь и водоприемное устройство с перфорированными водоприемными трубчатыми коллекторами, в фильтрующую каменно-набросную насыпь, которая сформирована сразу на всю высоту торцевой отсыпкой из несортированного каменного материала, включающую два яруса: нижний водоприточный, состоящий из крупных фракций, и верхний слабопроницаемый, состоящий из мелкозернистых фракций, уложены в наклонном положении перпендикулярно бровке насыпи водоприемные трубчатые коллекторы с находящимися в них погружными насосами, при этом концевые перфорированные участки этих коллекторов заглублены в нижний водоприточный ярус фильтрующей каменно-набросной насыпи, покрытый от засорения защитным слоем песчано-гравийного или геосинтетического материала.

Кроме того, заявленное решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай, а именно на боковых откосах фильтрующей каменно-набросной насыпи в пределах наката волн и навала ледовых полей установлены противоволновые покрытия, например железобетонные плиты, а для защиты водоотводящих трубчатых коллекторов на гребне этой насыпи расположен железобетонный капонир.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что профильтровавшаяся вода поступает к насосам первого подъема не по открытому каналу или акватории, а непосредственно через нижний водоприточный ярус фильтрующей каменно-набросной насыпи, в котором размещены перехватывающие фильтрационный поток водоприемные трубчатые коллекторы с находящимися в них погружными насосами. При этом водоотводящие коллекторы вместе с арматурой, регулирующей дебит подаваемой воды, защищены снаружи железобетонным капониром, расположенным на гребне фильтрующей каменно-набросной насыпи и способным, благодаря специально подобранному очертанию своих наружных граней, выдержать силовое воздействие ледовых полей.

Предлагаемое ледостойкое водозаборное сооружение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 схематически показано ледостойкое водозаборное сооружение в продольном разрезе. На фиг.2 - поперечный разрез, по сечению А-А. Позициями на чертежах обозначены:

1 - верхний слабопроницаемый ярус фильтрующей каменно-набросной насыпи;

2 - нижний водоприточный ярус фильтрующей каменно-набросной насыпи;

3 - водоприемные трубчатые коллекторы, концевые участки которых имеют перфорацию;

4 - погружные насосы в водоприемных трубчатых коллекторах;

5 - защитный слой из разнозернистого материала на откосах фильтрующей каменно-набросной насыпи;

6 - противоволновое покрытие откоса фильтрующей каменно-набросной насыпи;

7 - железобетонный капонир на гребне фильтрующей каменно-набросной насыпи;

8 - водоотводящие трубчатые коллекторы.

Фильтрующая каменно-набросная насыпь, являющаяся основным конструктивным элементом данного ледостойкого водозаборного сооружения, возводится сразу на всю ее высоту обычными средствами способом торцевой отсыпки в направлении от берега к руслу реки из несортированного каменного материала. Вследствие происходящей при этом сегрегации (фракционирования) материала в этой насыпи формируются два яруса: верхний слабопроницаемый 1, состоящий из мелкозернистых фракций, и нижний водоприточный 2, состоящий исключительно из крупных фракций материала (горной массы).

В процессе формирования фильтрующей каменно-набросной насыпи, непосредственно на промежуточных торцевых естественных ее откосах крутизной от 1:1,3 до 1:1,5, укладывают в наклонном положении перпендикулярно бровке насыпи водоприемные трубчатые коллекторы 3, имеющие перфорацию на концевых участках, находящихся в нижнем водоприточном ярусе 2 данной насыпи. Причем диаметр, количество и взаимное расположение водоприемных трубчатых коллекторов 3 предварительно определяется расчетами или моделированием фильтрационного потока, исходя из заданного дебита ледостойкого водозаборного сооружения, крупности каменного материала в нижнем водоприточном ярусе 2 фильтрующей каменно-набросной насыпи и глубины реки в месте ее расположения, а также выбранного типа погружных насосов 4, размещаемых внутри водоприемных трубчатых коллекторов 3.

Для предотвращения от засорения нижнего водоприточного яруса 2 фильтрующей каменно-набросной насыпи снаружи он покрыт защитным слоем 5 из разнозернистого материала, при наличии которого также происходит частичная очистка воды, фильтрующейся из реки в нижний водоприточный ярус 2.

Кроме того, сверху откосы фильтрующей каменно-набросной насыпи защищены от воздействия волн противоволновыми покрытиями 6, например железобетонными плитами, сочлененными с расположенным на гребне этой насыпи железобетонным капониром 7, в котором находятся начальные участки водоотводящих трубчатых коллекторов 8 с запорной арматурой и регулирующими работу погружных насосов 4 устройствами.

При выходе погружных насосов 4 в рабочий режим внутри фильтрующей каменно-набросной насыпи произойдет понижение уровня воды, в связи с чем возникнет стабильное ее поступление в нижний водоприточный ярус 2 этой насыпи, как со стороны боковых ее граней, так и снизу - из основания (дна реки). При отсутствии противосуффозионной защиты основания, например в виде его покрытия слоем песчано-гравийного или геосинтетическим материалом, допустимый перепад уровней внутри и вне фильтрующей каменно-набросной насыпи определяется по величине выходного градиента напора фильтрационного потока со стороны основания и при наличии в нем мелкозернистых грунтов эта величина не должна превышать единицы.

Вследствие небольших входных скоростей потока, втекающего в каменную наброску, водозабор не засоряется транзитной шугой, появляющейся в реке в предзимний период. Кроме того, каменная призма фильтрующего водозаборного сооружения, благодаря значительной массе, оказывается устойчивой при навале на нее ледовых полей во время весеннего половодья.