Какие типы водозаборных сооружений для приема подземных вод используются в практике водоснабжения?

В водозаборах подземных вод применяются следующие водоприемные сооружения: водозаборные скважины, шахтные колодцы, горизонтальные водозаборы, комбинированные водозаборы, лучевые водозаборы, каптажи родников.

Водозаборные скважины применяют при залегании водоносных пластов на глубине более 10 м и значительной их мощности (более 5-6 м) и устраивают как в безнапорных, так и в напорных водоносных пластах.

В зависимости от местных условий и оборудования устье скважины располагают в наземном павильоне или подземной камере, габариты которых в плане принимают из условия размещения электродвигателя, электрооборудования и контрольно-измерительных приборов.

Водозаборные скважины состоят из следующих основных конструктивных элементов: кондуктора, технической колонны труб, эксплуатационной колонны, цементной защиты, водоприемной части (фильтра) отстойника, надфильтровой колонны, сальника.

В качестве обсыпки фильтров применяется песок, гравий и песчано-гравийные смеси. В многослойных гравийных фильтрах толщина каждого слоя обсыпки должна приниматься для фильтров собираемых на поверхности земли не менее 30 мм, создаваемых в забое скважины – не менее 50 мм. Длина рабочей части фильтра в напорных водоносных пластах мощностью до 10 м принимается равной мощности пласта, в безнапорных – мощности пласта за вычетом эксплуатационного понижения уровня воды в скважине (фильтр как правило, должен быть затоплен) с учетом установки рабочей части фильтра на расстоянии от кровли и подошвы водоносного пласта не менее 0,5-1,0 м.

При использовании нескольких водоносных пластов рабочие части фильтров устанавливаются в каждом водоносном пласте и соединяются между собой глухими трубами, перекрывающими слабоводопроницаемые слои. Бесфильтровые конструкции скважин для забора подземных вод из рыхлых песчаных отложений принимаются при условии залегания над ними устойчивые породы.

Шахтные колодцы применяют, как правило, в первых от поверхности безнапорных водоносных пластах, сложенных рыхлыми породами и залегающих на глубине до 30 м. При мощности водоносного пласта до 3,0 м принимаются шахтные колодцы совершенного типа с вскрытием всей мощности пласта, при большей мощности допускаются совершенные и несовершенные колодцы с вскрытием части пласта.

При расположении водоприемной части в песчаных грунтах на дне колодца предусматривается обратный песчано-гравийный фильтр или фильтр из пористого бетона, а в стенках водоприемной части колодцев – фильтры из пористого бетона или гравийные. Обратный фильтр выполняется толщиной 0,4-0,6 м из нескольких слоев песка и гравия по 0,1-0,15 м каждый, с укладкой в нижнюю часть фильтра мелких, а в верхнюю – крупных фракций.

Горизонтальные водозаборы предусматриваются, как правило, на глубине до 8,0 м в безнапорных водоносных пластах, преимущественно вблизи поверхностных водотоков. Они проектируются в виде каменно-щебеночной дрены, трубчатой дрены, водосборной галереи или водосборной штольни.

Водозаборы в виде каменно-щебеночной дрены рекомендуются для систем временного водоснабжения. Трубчатые дрены проектируются на глубине до 5,0-8,0 м для водозаборов II-III категорий. Для водозаборов I и II категорий принимаются, как правило, водосборные галереи.

Для исключения выноса частиц породы из водоносного пласта при проектировании водоприемной части горизонтальных водозаборов предусматривается обратный фильтр из двух-трех слоев толщиной не менее 0,15 м.

Для водозабора в виде каменно-щебеночной дрены прием воды производится через щебеночную призму размером 30.30 или 50.50 см, уложенную на дно траншеи с уклоном 0,01-0,05 в сторону водосборного колодца, с устройством обратного фильтра.

Водоприемная часть водозаборов из трубчатых дрен выполняется из керамических, асбестоцементных, железобетонных и пластмассовых труб с круглыми или щелевыми отверстиями с боков и в верхней части трубы; нижняя часть трубы (не более 1/3 по высоте) должна быть без отверстий. Минимальный диаметр труб 150 мм.

Водоприемные галереи принимаются из сборного железобетона с щелевыми отверстиями или окнами с козырьками. Под железобетонными звеньями галереи предусматривается основание, исключающее осадку их относительно друг друга. С боков галереи в пределах ее водоприемной части устраивается обратный фильтр.

Комбинированные водозаборы используются в двухпластовых системах с верхним безнапорным и нижним напорным водоносными пластами.

Водозабор следует предусматривать в виде горизонтальной трубчатой дрены, каптирующей верхний безнапорный пласт, к которой снизу или сбоку подключены патрубки фильтровых колонн вертикальных скважин-усилителей, заложенных в нижнем пласте.

Лучевые водозаборы состоят из системы горизонтальных лучей скважин, радиально присоединенных к водосборному колодцу. Они применяются в водоносных пластах мощностью до 20 м, кровля которых расположена от поверхности земли на глубине не более 15-20 м. В неоднородных или мощных однородных водоносных пластах применяются многоярусные лучевые водозаборы с лучами, расположенными на разных отметках. В галечниковых грунтах при крупности фракций D60-70 мм, при наличии в водоносных породах включений валунов в количестве более 10% и в илистых мелкозернистых породах лучевые водозаборы применять не рекомендуется.    

Каптажные устройства (водосборные камеры или неглубокие опускные колодцы) применяются для захвата подземных вод из родников. Захват воды из восходящего родника осуществляется через дно каптажной камеры, из нисходящего – через отверстия в стене камеры. При каптаже родников из трещиноватых пород прием воды в каптажной камере допускается осуществлять без фильтров, а из рыхлых пород – через обратные фильтры.

Для освобождения воды родника от взвеси каптажная камера разделяется переливной стенкой на два отделения: одно – для отстаивания воды с последующей очисткой его от осадка, второе – для забора воды насосом. При наличии вблизи нисходящего родника нескольких выходов воды каптажная камера выполняется с открылками.

Рис. 4. Схема горизонтального водосбора (а) и конструкции дрен из щебня (б):

I - смотровые колодцы; 2 - водосборный колодец: 3 - дренажные трубы; 4-

насосная станция; 5 - насыпной грунт; 6 - глиняный экран; 7 - песок; 8 -

гравий; 9 - щебень; 10 - труба с отверстиями для входа воды;