Водосборы инфильтрационного типа

Если русло реки сложено водопроницаемыми породами, речная вода насыщает их, образуя своеобразный грунтовый поток, медленно движущийся в том же, что и река, направлении. Этот грунтовый поток называют обычно подрусловым потоком или подрусловыми водами. Границы его (нижняя и боковые) определяются в основном характером залегания водонепроницаемых пород. Подрусловые воды движутся в галеч-никовых и песчано-гравелистых породах и частично питаются грунтовыми водами из водоносных пластов береговых склонов, примыкающих к пойме реки.

Для отбора воды из подруслового потока используются водоприемные сооружения инфильтрационного типа. Эти сооружения по характеру своей работы весьма близки к рассмотренным выше сооружениям для приема подземных вод, а по конструктивному оформлению часто полностью аналогичны последним. Для забора подрусловых вод могут применяться трубчатые и шахтные колодцы, горизонтальные водосборы (дрены, галереи), а также особый тип сооружения — лучевые водосборы (см. далее).

Водосборы инфильтрационного типа могут быть расположены вдоль русла реки, а горизонтальные водосборы, кроме того, и под руслом реки. На IV. 69 показана схема работы водосбора,    расположенного вдоль русла реки. В данном случае в качестве водоприемного сооружения использован ряд трубчатых колодцев А.

Отбор воды из насыщенного водой грунта приводит к усиленному поступлению воды из реки в грунт. Таким образом, фактически колодец. не только забирает воду, насыщающую грунт, но и подсасывает речную воду, которая предварительно фильтруется через грунт. Этот характер работы отразился и на самом названии водосборов — инфильтраци-онные.

Поступающий из реки в грунт инфильтрат может вызвать интенсификацию процесса заиления (кольматации) поверхности ложа реки взвесью, содержащейся в речной воде. Поэтому скорости фильтрации воды из реки в грунт не должны.быть значительными. Так как уровень подрусловых вод связан с уровнем воды в реке, условия работы водоприемных сооружений будут меняться при сезонных колебаниях последнего. На рисунке схематически показано расположение линии депрессии при откачке воды из колодца в период наивысшего уровня воды в реке. Характер правой ветви линии депрессии определяется условиями питания подруслового водоносного слоя грунтовыми водами.

Использование водоприемников инфильтрационного типа для получения речной воды имеет весьма большие преимущества. Во-первых, получаемая вода аочти полностью освобождается от взвеси, содержашейся в речной воде, и цветность ее понижается; во-вторых, фильтрация воды через грунт часто значительно повышает ее санитарные качества; в-третьих, исключаются затруднения, связанные с приемом воды из шугоносных рек. Кроме того, инфильтрационные водоприемники позволяют успешно забирать воду из рек с малой глубиной, а также из рек с неустойчивым руслом.

Следует отметить, что проектированию инфильтрационных водосборов, как и других типов сооружений для приема подземных вод, должны предшествовать тщательные гидрологические и гидрогеологические изыскания. В частности, необходимо оценить вероятность поступления в водоприемное сооружение грунтовых вод. В отдельных случаях качество их (высокая минерализация, содержание солей железа и др., наличие привкусов) делает нежелательным их захват (или ограничивает их количество в процентном отношении к речной воде).

Конструкции трубчатых колодцев, применяемых для инфильтрационных водоприемников, типы применяемых фильтров, сифонов, насосов те же, что и при приеме подземных вод.

На IV. 70 показана схема водосбора инфильтрационного типа„ осуществленного на реке в том месте, где она делает большую петлю. Благодаря этому скважины, расположенные вдоль русла, оказалось возможным объединить четырьмя сифонными линиями (/—4), подающими воду к почти центрально расположенной насосной станции 5. Недостаточная устойчивость русла реки привела к необходимости укрепления берегов 6, устройства бун 7 и дамб 8. Насосная станция 5 шахтного типа подает воду потребителям по напорным водоводам 9.

Горизонтальные водосборные сооружения находят применение в инфильтрационных водоприемниках как в виде водосборных галерей, так и в виде перфорированных труб (в частности, железобетонных) с устройством вокруг них обратного фильтра.

Реже применяются в инфильтрационных водоприемниках шахтные колодцы.

На IV. 71 показана насосная станция инфильтрационного водосбора своеобразного типа (трубчатая). Вода из скважин по сборным коллекторам 1 поступает к насосной станции, выполненной в виде двух стальных трубчатых колодцев 2 диаметром по 800 мм. В колодцах располагаются погружные насосы, подающие воду по трубам S в напорный водовод 4. При высоких уровнях воды сборные коллекторы / работают как самотечные. При низком стоянии уровней воды эти трубы, присоединенные к кольцевому пространству между трубами 2 и 3 колодца насосной станции, начинают работать как сифонные. Устья колодцев и электродвигатели насосов располагаются в наземном павильоне станции 5, построенном на насыпном полуострове в целях защиты от затопления в паводки.

Такие трубчатые насосные станции весьма просты    и    компактны.

Лучевой водосбор представляет собой оригинальное и эффективно работающее водоприемное сооружение, с успехом применяемое для приема подрусловых вод. Вода отбирается расположенными в пределах водоносных пород горизонтальными трубчатыми дренами, радиально присоединенными к сборному шахтному колодцу (IV. 72).

На рис, IV.73 показана схема лучевого водосбора в плане. Дрены могут располагаться как вдоль русла реки (в водонасыщенных грунтах), так и под самым ее руслом.

Лучевые водоприемники используются также для забора подземных вод, не имеющих питания из открытых водоемов» при условии, что водоносные пласты относительно небольшой мощности лежат на глубине не более 15—20 м.

Лучевые дрены выполняются из перфорированных (щелевых) стальных труб и устраиваются способом продавливания (звеньями) изнутри шахтного колодца (или бурением). Некоторые методы производства работ по укладке лучевых дрен включают предварительное продав-ливание обсадных труб, в которые затем вводят дренажные трубы. После установки последних обсадные трубы удаляют. При других методах продавливают непосредственно дренажные трубы, снабженные параболической головкой, к которой под напором подводится вода, выходящая через щели в головке и осуществляющая размыв грунта. Пульпа удаляется по отводной трубе в шахту.

При длине лучей больше 60 м они могут устраиваться телескопическими. В водообильных водоносных пластах лучевые дрены могут располагаться в несколько ярусов. На лучах (при входе в колодец)  устанавливаются задвижки. Л чевые   водоприемники   позволяют   наиболее полно использовать водоносные слои даже малой мощности. Развитие техники подземных проходок облегчает их практическое осуществи дение.

Учитывая методы производства работ по прокладке дрен, нельзя рекомендовать устройство лучевых водоприемников в водоносных пластах из крупного галечника, или из мелкозернистых пород со значительными вкраплениями валунов, или из пород, подверженных интенсивной кольматации.

Для расчета применяемых в инфильтрационных водосборах горизонтальных водосборных дрен и галерей, трубчатых и шахтных колодцев используются те же методы, что и для расчета сооружений, служащих для приема обычных подземных вод. В обоих случаях названные сооружения имеют то же конструктивное оформление, те же типы и конструкции фильтров и требуют тех же методов производства работ. Некоторую специфику имеет расчет лучевых водосборов. Кроме факторов, влияющих на поступление воды в любое сооружение для приема подземных вод, приток воды к лучам зависит от их расположения по отношению к реке (под руслом, вдоль русла, под углом к руслу). Кроме того, на количество воды, собираемое лучевой дреной, будет влиять степень заиления поверхности ложа русла реки, а также совместная работа лучей. Опыт эксплуатации лучевых водосборов дает основание полагать, что суммарное количество воды, забираемое лучами, снижается вследствие их взаимного влияния более чем на 20%.

 При проектировании лучевых дрен применяют приближенные методы расчета, используя формулы для обычных дрен и горизонтальных водосборов с введением в них различных уточняющих коэффициентов.

В практике водоснабжения встречается еще один своеобразный метод применения инфильтрационных водосборов: речная вода подается в специальные отрытые в грунте фильтрационные бассейны, насыщает грунт и отбирается от него дренами, колодцами и т. п. В некоторых случаях задача   фильтрационных бассейнов несколько видоизменяется и расширяется, и они используются для искусственного создания грунтовых вод или обогащения (подпитки) существующих, но маломощных запасов естественных подземных вод. В последние годы подобное использование поверхностных вод получило довольно широкое распространение в ряде стран.

Так, в Швеции в настоящее время из общего количества подземных вод, идущих на хозяйственно-питьевые нужды, около 7з составляют искусственные подземные воды, получаемые путем подачи в грунт речной или озерной воды.

Наиболее часто в качестве таких инфильтрационных сооружений используются открытые неглубокие бассейны, вырытые в хорошо проницаемых грунтах. В целях снижения безвозвратных потерь подаваемой в грунт воды желательно, чтобы водоносные грунты покоились на относительно неглубоко залегающих водонепроницаемых породах. Иногда вместо бассейнов используются вертикальные инфильтрационные сооружения — поглощающие колодцы или скважины.

На IV. 74 приведена схема устройства фильтрационного бассейна. Поверхностная вода подается насосами по водоводу 1 и поступает в бассейн через стояки 2. Фильтруясь через дно и стенки бассейна, вода насыщает грунт (что ведет к повышению уровня грунтовых вод) и движется в сторону движения грунтового потока (в соответствии с уклоном поверхности подстилающих пород).

Забор воды из грунта, как было сказано, осуществляется водоприемными сооружениями различных типов, обычно применяемыми при использовании подземных вод.

В ряде случаев во избежание быстрого заиления дна фильтрационных бассейнов речная вода подвергается предварительному осветлению на очистных сооружениях.