CC BY
58
УДК 626.816
Е.В. Орлов
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ В СТРАНАХ ОКЕАНИИ
Проблема обеспечения населения качественной питьевой водой приобретает все большую актуальность. Особенно остро это ощущается в странах Океании, где из-за сложного рельефа и климатических условий отсутствуют как поверхностные, так и подземные воды. Поэтому строительство морских водозаборов является единственным выходом из ситуации. Рассмотрены особенности строительства водозаборных сооружений и их эксплуатации, с которыми приходится сталкиваться в условиях Тихого океана. Приведены актуальные компоновочные решения сооружений и водоприемного оголовка с самотечными линиями.
Ключевые слова: водозаборное сооружение, самотечные трубопроводы, мол, лагуна, водоприемный канал, водоприемный оголовок, мутность.
В настоящее время на земном шаре имеется много территорий, которые испытывают дефицит питьевой воды. Много таких стран находятся в Африке, Средней Азии, Океании. Нехватка пресной воды приводит к большим проблемам. Это отрицательным образом сказывается на укладе жизни населения этих стран.
Океания — географический регион мира, состоящий преимущественно из сотен небольших островов и атоллов в центральной и западной частях Тихого океана [1]. Самыми большими островами являются Новая Гвинея и Новая Зеландия. Остальные острова-государства имеют меньшую площадь.
На большинстве таких островов отсутствуют не только поверхностные воды, но и подземные. Это объясняется особенностью почв (почвы кораллового происхождения), которые имеют высокую пористость, из-за чего они плохо задерживают влагу. Поверхностные и подземные воды характерны только для Новой Зеландии и Новой Гвинеи, частично для некоторых островов Фиджи. Жители островов собирают в период дождей воду в специальные бочки или канистры, установленные на крышах домов, а затем используют ее для хозяйственно-бытовых целей [2]. Для питья используется вода, которую привозят на кораблях из Австралии. Сельское хозяйство и промышленность очень слабо развиты из-за отсутствия воды, поэтому большинство стран являются зависимыми от других государств-экспортеров питьевой воды. Затраты на покупку воды составляют большую часть бюджета этих стран.
Естественный прирост населения в странах Океании составляет в среднем от 18 до 30 %о (в большинстве стран Европы этот показатель менее 1 %о). Естественно из-за такого прироста населения все острее и острее начинает ощущаться дефицит пресной воды в этих странах [1].
В связи со сложившимися проблемами в данном регионе единственным выходом из ситуации становится строительство морского водозаборного соору-
жения, способного получать воду из моря или океана, а также опреснительной установки, доводящей воду до требуемых параметров питьевой воды в строгом соответствии с СанПином [3]. Варианты опреснения и очистки морской воды описаны в [4, 5]. Таким образом, строительство водозаборного сооружения, а также полноценных систем водоснабжения и водоотведения позволит данным странам наращивать темпы развития сельского хозяйства и промышленности, а также перестать быть зависимыми от стран-экспортеров питьевой воды.
В качестве примера предлагается рассмотреть возможность строительства морского водозабора на острове-государстве Науру с населением около 14 000 человек и площадью около 21 км2 (рис. 1).
Рис. 1. Государство Науру. Вид со спутника (пунктиром показано место возможного размещения водозаборного сооружения)
Берега острова Науру со всех сторон омывает Тихий океан, за исключением восточной части, где находится залив Анибар. Остров со всех сторон окружен лагунами, внутри которых очень много коралловых рифов (рис. 2), за исключением залива Анибар, прибрежная территория которого очищена от рифов и является лучшим пляжем на острове с белым коралловым песком. Имеется всего две гавани: на востоке (в заливе Анибар) и западе острова.
Прежде всего необходимо выбрать место для строительства водозаборного сооружения. Остров окружен со всех сторон неглубокими лагунами, поэтому использовать береговой водозабор не возможно. Единственным решением является русловой тип водозаборного сооружения с выносным оголовком, соединенным самотечными линиями с водоприемным сеточным колодцем и насосной станцией.
Рис. 2. Неглубокая лагуна у берега Науру с кораллами
Залив Анибар на востоке страны не может быть выбран в качестве источника водоснабжения в связи с невозможностью организации зон санитарной охраны и постоянного присутствия людей, яхт и лодок. Наиболее перспективной является юго-восточная часть острова, так как там располагается небольшое углубление, вдающееся внутрь острова. Рядом с ним скорости течения будут меньше, чем на открытой поверхности (см. рис. 1). В данном случае для такого водозаборного сооружения элементы будут следующими: водоприемный колодец на берегу острова, самотечные водоводы, водоприемник в виде незатопляемого (островного) оголовка. Выбор в пользу незатопляемого оголовка неслучаен. Это необходимо в связи с использованием оголовка для забора больших расходов воды, которые пойдут также на промышленные нужды и сельское хозяйство [6].
Отказ от строительства водозаборного сооружения, которое может получать воду из водоприемных каналов, объясняется тем, что есть вероятность быстрого занесения канала песком, приносимым волнами со дна. Во время отлива канал будет осушаться. В связи с падением уровня воды водозаборное сооружение будет работать неэффективно.
Перед началом строительства необходимо произвести очистку береговой линии от коралловых рифов по ширине и длине, чтобы появилась возможность прокладки самотечных трубопроводов от водоприемного колодца до оголовка. Для защиты водоприемного колодца, а также берега от разрушительных действий волн, высота которых достигает в этом регионе 5...10 м, а иногда и выше, приходится сооружать искусственный залив, который слева и справа будет окружен молом требуемой высоты. Волны будут разбиваться о мол, а сама скорость течения воды в данном заливе окажется значительно меньше, чем в океане. Стоянка судов и купание людей в этом месте категорически запрещается с целью предотвращения порчи воды [7] (рис. 3).
Далее необходимо вынести на расстояние 1.1,5 км от берега незатопля-емый (островной) оголовок, который соединяется с водоприемным колодцем на берегу острова тремя самотечными линиями (для большей производитель-
ности). Это позволит забирать воду в месте, удаленном от берега, где мутность, как правило, меньше. Также это делается для исключения трудностей, связанных с заносом водоприемника песком, планктоном.
Водо приемный
I I I Водоприемный
I | I ОГОЛОВОК
Рис. 3. План водозаборного сооружения с элементами
Схема одного из возможных типов водоприемных оголовков приведена на рис. 4. Вода поступает внутрь водоприемника через входные окна, которые располагаются в коническом перекрытии подводной части и в ее цилиндрической стенке.
Г-Г
Рис. 4. Незатопляемый (островной) водоприемник (оголовок): 1 — самотечная труба; 2 — приемный раструб; 3 — входные окна; 4 — цилиндрическая железобетонная шахта
Водоприемный оголовок состоит из трех секций, по которым вода отводится по трем отдельным самотечным трубам через приемные раструбы с затворами. В центральной части водоприемника находится цилиндрическая железобетонная шахта, предназначенная для спуска обслуживающего персонала в подводную часть. Надводная часть представлена решетчатой конструкцией вокруг центральной шахты. Самотечные трубы подводят воду к береговому колодцу, в котором находятся вращающиеся сетки для удаления планктона. Выбор в пользу совмещенной или раздельной насосной станции первого подъема должен происходить только после технико-экономических обоснований. В данном случае, так как берег не является скалистым и возможно образование оползней, то лучше вынести насосную станцию и водоприемный колодец вглубь острова из зоны переработки берегов, что позволит отказаться от берего-укрепляющих мероприятий. При таком решении необходимо предварительно увеличить длину самотечных трубопроводов. Насосную станцию совмещают с водоприемным колодцем для снижения технико-экономических затрат [8, 9].
Одной из больших проблем при эксплуатации водозаборных сооружений на морях и озерах, особенно в теплых поясах (в данном случае экваториальном) является быстрое размножение планктона и ракушек, которые мешают нормальной работе водозаборных сооружений. В целях борьбы с биообрастаниями трубопроводов и оборудования необходимо производить следующие профилактические действия: промывка обратным током воды самотечных линий при температуре от 40 до 60 °С, обработку воды медным купоросом 1 раз в 2 дня дозами около 7 мг/л или механическую очистку трубопроводов и сеток [10].
С целью предотвращения попадания мальков рыбы в водоприемный оголовок применяют рыбозащитные мероприятия. Для такого типа водоприемных оголовков одним из вариантов рыбозащиты является генерирование отпугивающих звуков в интервале от 16 до 13000 Гц, от которых рыба не подплывает к оголовку. Возможные виды рыбозащиты представлены в [10].
Также еще одной проблемой при строительстве водозаборных сооружений является высокая агрессивность морской воды по отношению к материалам, из которых изготавливается водозаборное сооружение. Так как водоприемный колодец и оголовок состоят из железобетона, а самотечные линии принимаются стальными, то предлагается следующее решение.
Повысить коррозионную стойкость самотечных трубопроводов можно путем введения в сталь легирующих добавок (хром, никель, медь и т.д.). Также можно нанести покрытие из цинка и алюминия толщиной 120...250 мкм [10].
Для того чтобы у бетона была хорошая коррозионная стойкость, необходимо применять коррозионно-устойчивое вяжущее.
На основании экономических расчетов было доказано [10], что строительство и эксплуатация морского водозаборного сооружения выходит дороже, чем такого же речного и озерного, но с учетом сложившейся ситуации другого выбора для обеспечения потребителя качественной питьевой водой в этом регионе нет.
Таким образом, после постройки и организации водоснабжения на острове стоит ждать увеличения продуктивности сельскохозяйственных угодий и наращивания производства на промышленных предприятиях, что позволит поднять благосостояние страны и увеличить качество жизни каждого человека.
Библиографический список
1. Все страны мира / Авт.-сост. М.В. Адамчик. Минск : Харвест, 2009. 800 с.
2. Поршнев В.Н., Новикова Л.В. Мероприятия по энергосбережению и снижению потерь воды в системах городского водоснабжения // Энергосбережение. 2005. № 10.С. 78—84.
3. Пугачев Е.А., Исаев В.Н. Эффективное использование воды. М. : Изд-во АСВ, 2012. 432 с.
4. Decentralized systems for potable water and the potential of membrane technology / M. PeterVarbanets, C. Zurbrngg, C. Swartz, W. Pronk // Water Research. 2009. V. 43. Issue 2. Pp. 245—265.
5. Pervov A.G., Andrianov A.P., Efremov R.V. A new solution for Caspian Sea desalination: low pressure membranes. (Presented at the European Conference on Desalination and the Environment: Fresh Water for All, Malta, 4-8 May 2003. EDS, IDA) // Desalination. 2003. Vol. 157, pp. 377—384.
6. Витрешко И.А. Определение поверхности раздела перед водоприемником в водоеме // Вестник МГСУ 2011. № 8. С. 346—348.
7. Сомов М.А., Журба М.Г. Водоснабжение. Т. 1. Системы забора, подачи и распределения воды. М. : Изд-во АСВ, 2010. 262 с.
8. Исаев В.Н. Социально-экономические аспекты водоснабжения и водоотведения // Сантехника. 2007. № 1. С. 8—17.
9. Бродач M.M. Зеленое водоснабжение и водоотведение // Сантехника. 2009. № 4. С. 6—10.
10. Витрешко И.А. Водозаборные сооружения. М. : МГСУ, 2009. 80 с.
Поступила в редакцию в феврале 2013 г.
Об авторе: Орлов Евгений Владимирович — кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)183-36-29, [email protected].
Для цитирования: ОрловЕ.В. Особенности строительства водозаборных сооружений в странах океании // Вестник МГСУ 2013. № 5. С. 162—168.
E.V. Orlov
PECULIARITIES OF CONSTRUCTION OF WATER INTAKE STRUCTURES IN THE COUNTRIES OF OCEANIA
The problem of potable water supply is becoming increasingly relevant. This problem is particularly important in the countries of Oceania, where neither surface, nor subterranean water is unavailable due to the harsh terrain and climate. Therefore, construction of marine water intake structures is the only solution. Peculiarities of construction of water intake facilities and their operation in the environment of the Pacific Ocean are considered by the author. The author provides his layout solutions of water intake structures. The author has given up the idea of a water intake facility capable of taking water from the channels because the sand brought by the waves from the bottom may inflow into the water inlet structure. Besides, channels drain in the low tide period; therefore, water intake facilities remain idle.
Also, high aggressiveness of the sea water constitutes another problem. The sea water may damage any water intake structure, as some of their elements are made of reinforced concrete, while others are made of steel. Steel corrosion resistance may be improved by alloying additives (chromium, Nickel, copper, etc.), or, alternatively, by a zinc and aluminum coating which must be 120—250 microns thick.
Key words: water intake structure, gravity pipelines, embankment, lagoon, water
inlet, channel, bracket, turbidity.
References
1. Adamchik M.V. Vse strany mira [All Countries of the World]. Minsk, Kharvest Publ., 2009, 800 p.
2. Porshnev V.N., Novikova L.V. Meropriyatiya po energosberezheniyu i snizheniyu po-ter' vody v sistemakh gorodskogo vodosnabzheniya [Actions Aimed at Energy Saving and Water Loss Reduction within Urban Water Supply Networks]. Energosberezhenie [Energy Saving]. 2005, no. 10, pp. 78—84.
3. Pugachev E.A., Isaev V.N. Effektivnoe ispol'zovanie vody [Efficient Water Use]. Moscow, ASV Publ., 2012, 432 p.
4. Peter Varbanets M., ZurbrQgg C., Swartz C., Pronk W. Decentralized Systems for Potable Water and the Potential of Membrane Technology. Water Research. 2009, vol. 43, no. 2, pp. 245—265.
5. Pervov A.G., Andrianov A.P., Efremov R.V. A New Solution for Caspian Sea Desalination: Low Pressure Membranes. European Conference on Desalination and the Environment "Fresh Water for All". Malta, 4-8 May 2003. Desalination. 2003, vol. 157, pp. 377—384.
6. Vitreshko I.A. Opredelenie poverkhnosti razdela pered vodopriemnikom v vodoeme [Identification of the Boundary Surface Upstream of the Water Inlet Unit inside a Water Body]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 8, pp. 346—348.
7. Somov M.A., Zhurba M.G. Vodosnabzhenie. T. 1. Sistemy zabora, podachi i raspre-deleniya vody [Water Supply. Vol. 1. Systems of Water Intake, Delivery and Distribution]. Moscow, ASV Publ., 2010, 262 p.
8. Isaev V.N. Sotsial'no-ekonomicheskie aspekty vodosnabzheniya i vodootvedeniya [Social and Economic Aspects of Water Supply and Wastewater Removal]. Santekhnika [Sanitary Engineering]. 2007, no. 1, pp. 8—17.
9. Brodach M.M. Zelenoe vodosnabzhenie i vodootvedenie [Green Water Supply and Wastewater Disposal]. Santekhnika [Sanitary Engineering]. 2009, no. 4, pp. 6—10.
10. Vitreshko I.A. Vodozabornye sooruzheniya [Water Intake Structures]. Moscow, MGSU Publ., 2009, 80 p.
About the author: Orlov Evgeniy Vladimirovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Water Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (499) 183-36-29.
For citation: Orlov E.V. Osobennosti stroitel''stva vodozabornykh sooruzheniy v stranakh Okeanii [Peculiarities of Construction of Water Intake Structures in the Countries of Oceania]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 5, pp. 162—168.
