Водозаборные сооружения из поверхностных источников

Е.В. Орлов 

20172-å èçäàíèå (ýëåêòðîííîå)

УДК 628.11 
ББК 38.761.1 

 О 66 

Р е ц е н з е н т ы: 
профессор, доктор технических наук И. И. Павлинова, 
заведующая кафедрой коммунального и промышленного водопользования 
 ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия 
коммунального хозяйства и строительства»; 
кандидат технических наук В. А. Харькин, 
генеральный директор ООО «Фирма Прогресс» 

Орлов, Евгений Владимирович 

Водозаборные сооружения  из поверхностных источников  [Электронный ресурс] : учебное пособие / Е. В. Орлов ; М-во образования и науки 
Росс. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т.  — 2-е изд. (эл.). — Электрон. 
текстовые дан. (1 файл pdf : 101 c.). — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 
2017. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 
4.5 ;   экран 10".

ISBN 978-5-7264-1750-9
Приведены основные сведения о поверхностных источниках водоснабжения. 
Рассмотрены различные варианты водозаборных сооружений на водотоках и водоемах, а также в специфических условиях (моря, горные реки и т.д.). Приведена информация по охране природных источников и водозаборных сооружений от загрязнения. 
       Для студентов, обучающихся по программе бакалавриата, направление 08.03.01 
«Строительство», профиль «Водоснабжение и водоотведение». 

УДК 628.11 

ББК 38.761.1

ISBN 978-5-7264-1750-9
     © ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2013 

О 66 

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Водозаборные 
сооружения  из поверхностных источников : учебное пособие / Е. В. Орлов ; М-во 
образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — М. : Издательство 
МИСИ—МГСУ, 2013. — 100 с. — ISBN 978-5-7264-0736-4.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Начало XXI в. характеризовалось интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства, ростом городов, что повлекло за собой 
резкое увеличение потребления воды с забором из поверхностных источников, к которым относятся моря, реки, водохранилища и озера. Например, всем известно, что больше всего воды тратится на промышленность, энергетику, сельское хозяйство. Для производства 1 т бумаги 
необходимо 200 м3 воды. Для получения 1 млн кВт мощности от атомной электростанции необходимо потратить около 3,5—4 км3 воды. Для 
орошения таких сельскохозяйственных культур, как рис, на 1 га поля 
необходимо потратить 17 тыс. м3 воды. Современные города с населением более миллиона человек (Самара, Казань, Волгоград и т.д.) потребляют в сутки не менее 0,6 млн км3 воды. В последнее время в связи 
с тяжелыми экологическими ситуациями в разных городах, находящихся в южных широтах (засуха, загрязнение источников пресной воды), 
встает вопрос о проектировании и строительстве морских водозаборных сооружений совместно с опреснительными установками не только 
на промышленные, но и на питьевые нужды. Данные сооружения помогут получать питьевую воду многим городам Средней Азии, Ближнего 
Востока, Африки и Океании.  
В связи с развитием промышленности и ростом городов уделяется 
большое внимание экономии воды. Стоит сказать, что в настоящее время этот вопрос в полной мере не решен. Необходима более детальная 
проработка решения этой проблемы. 
Для снабжения потребителей качественной водой необходимо правильно запроектировать водозаборные сооружения, что невозможно без 
детального изучения природных источников определенной местности. 
Проблема охраны водных ресурсов от загрязнения с каждым годом 
все острее воздействует на мировое сообщество. Дело в том, что многие реки, моря, а также Мировой океан в целом сильно загрязнены и 
находятся на пределе своих возможностей по самоочищению, и если 
не принять меры по охране природных источников, то, в конечном 
счете, эта проблема выльется в экологическую катастрофу мирового 
масштаба. 
В учебном пособии приведены данные по природным источникам, 
которые широко используются водозаборными сооружениями. Рассмотрены виды забора воды при различных условиях и ее подача потребителям. Приведены сведения по защите водозаборных сооружений 
и природных источников от загрязнения. 

Автор намеренно отказался от упоминания формул по расчету водозаборных сооружений и их элементов, которые можно при необходимости найти в специальной справочной литературе, а также в других источниках, список которых дан в конце издания. 
В настоящем учебном пособии сделана попытка обобщить все данные по водозаборным сооружениям из поверхностных водоисточников. 
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по 
программе бакалавриата, направление 270800 «Строительство», профиль «Водоснабжение и водоотведение». 
Автор благодарит сотрудников кафедры «Водоснабжение» ФГБОУ 
ВПО «МГСУ», особенно проф., д.т.н. Ж.М. Говорову и доц., 
к.т.н. Л.Г. Дерюшева, а также рецензентов, сделавших много ценных 
замечаний. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Виды поверхностных природных  
и искусственных источников, используемых  
для водоснабжения 
 
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДНЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ 
ИСТОЧНИКАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 
 
Для правильного проектирования водозаборных сооружений из поверхностных вод необходимо знать природные условия источников, а 
также процессы, протекающие в них. Полученные знания будут в целом 
определять надежность и срок службы построенных водозаборных сооружений. 
Сегодня в практике водоснабжения используются следующие поверхностные источники: океаны, моря, озера, реки, водохранилища и 
каналы. Все перечисленные источники разбросаны по разным частям 
земного шара, находятся на разных высотах, окружены разным рельефом и т.д. Поэтому процессы, происходящие в них, будут очень разниться. Гидрология северных морей будет резко отличаться от южных, 
поэтому при проектировании водозаборных сооружений на это необходимо обращать внимание и делать определенные выводы при выборе 
определенных технических решений водозаборных сооружений только 
после полного изучения каждого источника. Таким образом, выбор 
конкретного источника водоснабжения, а вследствие этого и определенного типа водозабора может быть сделан только после проведения 
гидрологических, топографических, санитарных, геологических, экономических и других изысканий и исследований. 
Под гидрологическими исследованиями подразумевается получение 
информации о водах, их взаимодействии с атмосферой и литосферой 
(твердая оболочка планеты), а также явления и процессы, протекающие 
в них (например, испарение или замерзание). 
Топографические исследования позволяют получить изображения 
географических и геометрических элементов местности методом съемочных работ и на их основе создать карту и план определенной территории. Также топография является разделом геодезии, позволяющим 
определить геометрические характеристики объектов на земной поверхности. 
Санитарные исследования позволяют определить пригодность поверхностного водотока или водоема для водоснабжения, предугадать 
возможные понижения качества воды, а впоследствии выбрать необходимую степень очистки. 

Геологические изыскания помогут дать ясную картину о составе 
грунтов, о возможности строительства и особенностях возведения будущего сооружения, а также о мероприятиях, позволяющих впоследствии правильно эксплуатировать водозаборное сооружение, не подвергая 
его риску разрушения, например, из-за оползней. 
Экономические изыскания позволяют оценить возможные капитальные вложения средств для возведения водозаборного сооружения в 
конкретном месте, а также экономический эффект на перспективу развития в связи с увеличением водопотребления в конкретной местности 
на 20—25 лет вперед. 
 
1.2. ОКЕАНЫ И МОРЯ КАК ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 
 
Водная оболочка нашей планеты носит название гидросферы. Она 
включает в себя воды Мирового океана, а также воды в жидком и твердом состоянии (лед). 
Гидросфера постоянно взаимодействует с другими оболочками нашей планеты, с которыми непрерывно идет процесс обмена энергией. 
Мировой океан — это основная часть гидросферы, составляющая 
94,2 % всей ее площади. Он окружает материки и острова, а также играет огромную роль в формировании климата Земли. Под действием солнечной радиации вода испаряется и переносится на континенты, где 
выпадает в виде различных атмосферных осадков. Течения переносят 
нагретые или охлажденные воды в другие широты и в значительной 
мере ответственны за распределение тепла по планете. 
Мировой океан состоит из более мелких четырех океанов: Тихий, 
Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый. Иногда (неофициально) также выделяют и Южный океан, под которым подразумевают 
воды трех океанов (Тихого, Атлантического и Индийского), окружающих Антарктиду. Четких очерченных границ островами и континентами такой океан не имеет. 
На рис. 1.1 представлена карта водосборных бассейнов Мирового 
океана, на которой видны области питания и влияния каждого океана (с 
учетом Средиземного моря и Американских средиземных морей, состоящих из Мексиканского залива и Карибского моря) на окружающие 
территории с четко выраженными границами. 
Каждый океан, как правило, делится на более мелкие части, называемые морями, под которыми подразумевают более или менее обособленные и обширные районы океана. Каждый такой район обладает своим собственным и уникальным гидрологическим режимом, создавае

мым под влиянием местных условий, которые необходимо изучить до 
начала проектирования и строительства водозаборных сооружений. 
 

 
 
Рис. 1.1. Карта водосборных бассейнов Мирового океана  
(черным цветом показана бессточная область — часть суши,  
не имеющая связи через речные системы с Мировым океаном) 
 
Все моря имеют также свои уникальные метеорологические и климатические режимы, что связано с их окраинным положением относительно океанов и замедлением водообмена из-за ограниченности связи 
с открытой частью. Моря также отделяют друг от друга в соответствии 
с их флорой и фауной (например, Эгейское море находится в Средиземном море и т.д.). В качестве исключения некоторые озера из-за 
больших размеров относят к морям, хотя по определению они таковыми не являются, так как не соприкасаются ни с одним океаном (Каспийское, Аральское, Мертвое и Галилейское моря). 
На настоящий момент имеются различные классификации морей, 
например: 
− По степени принадлежности морей к океанам. Различают моря, 
принадлежащие Атлантическому океану (Средиземное море, Черное 
море и т.д.), Тихому (Японское море, Южно-Китайское море и т.д.), 
Индийскому (Красное море, Тиморское море и т.д.), Северному Ледовитому (Чукотское море, Норвежское море и т.д.), Южному (море Росса, море Амундсена и т.д.). 
− По степени обособленности от океана и физико-географическим 
условиям различают внутренние моря, которые делятся на средиземные 
и полузамкнутые, окраинные, межостровные. 

Средиземные моря окружены со всех сторон сушей. Сообщение с 
океаном или с другим морем происходит за счет одного или нескольких 
проливов. В качестве примера можно привести Средиземное море. 
Полузамкнутые моря в некоторых местах ограничены материками и 
отделяются от океана некоторым количеством полуостровов или островов, затрудняющих водообмен с ним. Но, несмотря на это, водообмен с 
океаном протекает лучше, чем в средиземных морях. К полузамкнутым 
морям относят, например, Японское море. 
К окраинным морям относятся, в большинстве случаев, арктические 
моря, расположенные на шельфе. Под шельфом подразумевается выровненная область подводной окраины материка, примыкающая к суше 
и имеющая общее с ней геологическое строение. К таким морям можно 
отнести моря арктического типа (Баренцево, Карское), а также Карибское, Желтое, Норвежское. 
Межостровные моря — это части океана, окруженные кольцом островов, поднятие рельефа между которыми ухудшает водообмен с океаном. В качестве примера можно привести Яванское море (рядом с Индонезией). 
− По степени солености различают сильносоленые и слабосоленые 
моря. 
Под сильносолеными морями подразумевают моря, имеющие большую, чем в океане, соленость, благодаря активному испарению. Водообмен в них заключается в оттоке более соленой морской воды в нижние слои и притоке более пресной воды в поверхностные слои от океана. В качестве примера можно привести Красное море. 
Слабосоленые моря имеют меньшую, чем океан, соленость из-за того, что приток пресной воды со стоком рек и осадками не компенсируется испарением. В этом случае водообмен заключается в оттоке менее 
соленой морской воды в поверхностные слои и притоке более соленой 
воды в придонные слои через проливы. Самый известный пример — 
это Черное море. 
Моря также делятся на более мелкие составляющие — заливы, бухты, губы, фьорды, лиманы, лагуны, гавани, проливы. 
Залив — это часть моря, которая впадает в сушу и является открытой 
для воздействия прилегающих вод, т.е. имеет свободный водообмен. 
Достаточно часто местные особенности климата и материковый сток 
могут придавать гидрологическим характеристикам заливов некоторые 
специфические черты. В качестве примера можно привести Финский и 
Анадырский заливы. 
Бухтой называется небольшая часть залива, ограниченная островами или полуостровами, благодаря чему водообмен между бухтой и 

прилегающим заливом затруднен. Часто бывает, что бухта защищена 
выступами скал, островами от волн и ветра. В связи с этим гидрологический режим бухты несколько отличается от режима прилегающих к 
ней вод. Для примера можно привести Геленджикскую бухту в районе 
Черного моря.  
Глубоко впадающие в сушу заливы, в которые, как правило, впадают 
реки, иногда очень крупные, называют губами. На дне их имеются остатки речных отложений, а вода бывает сильно распреснена. Цвет воды 
в губе резко отличается от цвета морской воды. Очень много губ можно 
встретить на севере России. Как правило, такое название употребляется 
только в нашей стране. Самыми известными являются Онежская и Обская Губы. 
Фьорд представляет собой узкий, извилистый, глубоко врезавшийся 
в сушу морской залив. Берега скалистые высотой до 1 км. Длина фьорда 
в несколько раз превосходит ширину. Чаще всего фьорды имеют тектоническое происхождение, благодаря этому глубина их в некоторых 
местах доходит до 700—800 м и более. Фьорды образовались благодаря 
ледниковой эрозии. Большинство фьордов можно встретить в Норвегии, Исландии, на севере России. Одним из глубоких и известных 
фьордов является Согне-фьорд, расположенный в Норвегии. 
Лиман — это мелководный залив при впадении реки в море. Он образуется при затоплении морем равнинных рек. Обычно вода лимана 
имеет промежуточную соленость между водой моря и пресной водой 
реки, но при малом притоке пресной воды он может сильно засоляться 
вследствие испарения. 
Лагуна представляет собой мелкий водоем, отделенный от моря     
узкой полосой намытого песка в результате отложения наносов и      
соединенный с морем узким проливом. Также лагуной может называться участок моря между материком или коралловым рифом, а также 
внутри атолла. Под атоллом понимается возвышение на дне океана, 
увенчанное коралловой надстройкой, образующей риф с группой островков, разобщенных проливами. Эти проливы соединяют океан с лагуной.  
Гаванью называют акваторию порта, непосредственно примыкающую к причалам, где производится погрузка и разгрузка судов, а также 
посадка и высадка пассажиров. Обычно для гавани выбирают место, 
хорошо защищенное от волн и ветра. 
Под проливом понимают водное пространство, расположенное между двумя участками суши и соединяющее смежные водные бассейны 
или их части. Очень часто проливы используют для судоходства (Берингов пролив). 

Вода морей и океанов в условиях отсутствия пресных вод служит 
источником водоснабжения как для целей промышленности, так и 
питьевых нужд. Запасы морской воды поистине огромны, что позволяет 
наращивать темпы ее использования в последнее время. 
 
1.3. ОЗЕРА КАК ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 
 
Озера являются компонентами гидросферы и представляют собой 
естественные водоемы с замкнутым водообменом, которые образовались в результате заполнения водой впадин на поверхности суши. Такую впадину (углубление) называют озерной котловиной. Также озера 
не имеют непосредственного соединения с морем (океаном). Озера могут быть сточными и бессточными. В сточных озерах часть вод сбрасывается в виде речного стока. Также бывает проточный тип озер, когда 
поступление вод равно их стоку. В бессточных озерах сток отсутствует. 
В таких озерах расход воды происходит за счет испарения. В качестве 
бессточных озер можно привести озеро Балхаш и Ван. 
По площади озера бывают от нескольких гектаров до несколько сотен тысяч квадратных километров. Глубина колеблется от нескольких 
метров до 1,5 км (озеро Байкал). По всей нашей планете озера очень 
широко распространены. Как правило, озера пополняются водой из рек, 
морей, подземных источников, в результате выпадения атмосферных 
осадков, таяния ледников. 
По качеству воды могут быть как соленые, так и пресные озера. При 
солености (минерализации) озера более 1 промилле его вода непригодна для питья без дополнительной обработки, такая вода отличается резким вкусом. Соленые озера подразделяются на солоноватые (до 35 
промилле) и соленые (свыше 35 промилле). В подавляющем большинстве соленые озера — это бессточные водоемы, находящиеся в засушливом климате. Самое большое озеро Земли — Каспийское (море) является соленым. Озеро Балхаш в своем роде уникально: часть его содержит пресную воду, а часть соленую. Самое большое пресное озеро в 
нашей стране — это озеро Байкал, которое также является и наиболее 
глубоким. В мире самым большим по площади пресным озером является озеро Верхнее (США). 
При больших размерах озера наиболее активно проявляются процессы воздействия вод на берега и дно (волнения и течения). Одновременно с заселением озера и его берегов животными и растениями происходит и обратный процесс, заключающийся в их отмирании, когда на дне 
озера накапливаются продукты разложения органических веществ 
(формируется ил), что является нормальным процессом. Однако в зави