Określenie i klasyfikacja ujęć.

OKREŚLENIE I KLASYFIKACJA UJĘĆ

Ujęcia wody są to zespoły urządzeń wraz z budowlami służącymi do pobierania wody dla wodociągów z ewentualnie wstępnym oczyszczeniem na poszczególnych urządzeniach stanowiących integralną część ujęcia (kraty, sita) lecz bez urządzeń do podnoszenia wody. W zależności od miejsca poboru (ujmowania) możemy podzielić na :
1) ujęcia wód powierzchniowych
1.1 ujęcia wód opadowych
1.2 ujęcia wód powierzchniowych płynących
1.2.1 ujęcia wód rzek średnich i dużych
1.2.2 ujęcia wód potoków i małych rzek
1.3 ujęcia wód powierzchniowych stojących ze zbiorników naturalnych
1.4 ujęcia wód powierzchniowych stojących ze zbiorników sztucznych
2) ujęcia wód podziemnych
2.1 ujęcia płytkich wód podziemnych za pomocą ciągów drenażowych
2.2 ujęcia płytkich wód podziemnych za pomocą galerii zbiorczej
2.3 ujmowanie za pomocą studzien kopanych
2.4 ujmowanie za pomocą studzien wierconych
2.5 ujmowanie za pomocą zespołu studzien wierconych
2.6 ujmowanie za pomocą studni promienistych
3) ujęcia wód ze źródeł naturalnych
3.1 ujęcia ze źródeł wstępujących
3.2 ujęcia ze źródeł zstępujących
3.3 ujęcia ze źródeł skupionych
3.4 ujęcia ze źródeł warstwowych


1. Ujęcia wód powierzchniowych – konstrukcja ujęcia wód powierzchniowych zależy od rodzaju wody, jej cech charakterystycznych, topografii i układu terenu; zależy także od wielkości projektowanego wodociągu. W zależności od wymaganej wielkości ujęcia możemy zastosować następujący podział wodociągów :
a) wodociąg mały
Qnmax ≤ 90 m3/s qmax ≤ 25 dm3/s

b) wodociąg średni
Qnmax ≤ 720 m3/s 25 dm3/s < qmax ≤ 200 dm3/s

c) wodociąg duży
Qnmax ≥ 720 m3/s

1.1 Ujęcia wód opadowych – ujęcia tego typu stosujemy gdy na danym terenie występuje deficyt wód powierzchniowych i gruntowych. Woda z tych ujęć stosowana jest do picia oraz do celów bytowo-gospodarczych. Ujęcia stosowane są dla pojedynczych małych obiektów i dla osiedli szczególnie w klimacie gorącym i suchym, na wyspach pozbawionych wody słodkiej. W Polsce nie jest brane pod uwagę.

1.2 Ujęcia wód powierzchniowych płynących – usytuowanie ujęcia wód płynących powinno zapewnić pobór wody możliwie czystej. Ujęcie lokalizujemy w górze rzeki powyżej miasta czy osiedla, najlepiej na brzegu wklęsłym, rys.14, gdzie głębokość nurtu i prędkość przepływu gwarantuje utrzymanie koryta w czystości (nie ma rumowiska), w odróżnieniu od brzegu wypukłego, gdzie tworzą się odkłady i powstaje zamulnie dna koryta i wlotu do ujęcia. Brzeg wklęsły na odpowiedniej długości powyżej i poniżej ujęcia należy umocnić (zabezpieczyć przed podmyciem). Lokalizacja ujęcia nie może stanowić przeszkody przy przepływie wielkich wód powodziowych oraz dla taboru pływającego. Na rzekach i potokach ujęcia zlokalizowane są najczęściej na brzegach, na większych rzekach, gdy nurt jest odsunięty od brzegu wlot ujęcia sytuuje się w nurcie (ujęcie nurtowe).
Okna wlotowe powinny zabezpieczać przed sieryżem oraz dennym i powierzchniowym lodem. Umieszcza się je ok. 1-1,5m poniżej zwierciadła wody przy niskim stanie wody i 1-1,5m ponad dnem rzeki.
Lód denny powstaje gdy płynąca woda z powodu dużej prędkości przepływu nie zamarz na powierzchni, lecz ulega przechłodzeniu w całej objętości. Lód denny osadza się na wszystkich elementach dennych ujęcia np. kratach, elementów betonowych itp. przed lodem dennym chronimy się lokalizując ujęcia w zatokach, w których tworzy się pokrywa lodowa (małe prędkości przepływu). Wloty należy sytuować równolegle do strony płynącej wody lub kierować je ku dolnej wodzie (inny kierunek powoduje zatykanie okien zanieczyszczeniami niesionymi przez wodę).
W oknach umieszcza się kraty rzadkie o prześwitach 50I250mm lub gęste - 10I25mm. Dla zabezpieczenia przed zamarzaniem stosuje się podgrzewanie krat za pomocą pary (para odpadowa z zakładów przemysłowych) lub elektrycznie.
Prędkość wlotowa w oknie 0,1I0,2 m/s. Wszelkie ujęcia muszą posiadać wyznaczone strefy ochrony sanitarnej (ochrony bezpośredniej i pośredniej).
Wybór wielkości ujęcia zależy od wielkości cieku, ilości pobieranej wody, położenia miasta i zakładów przemysłowych, stanów charakterystycznych cieków (niski, średni, wysoki), głębokości cieku przy stanach niskich, warunków geologicznych i hydrogeologicznych (wiatry, stany, oblodzenie).

1.2.1 Ujęcia wód rzek średnich i dużych – mogą być brzegowe, zatokowe, nurtowe, wieżowe.

Ujęcia brzegowe
Są budowane dla wodociągów o wydajności ok. 200 dm3/s w rzekach uregulowanych niosących małe ilości zawiesin o prędkości ≤0,3 m/s. Rozróżniamy :
a) ujęcia brzegowe otwarte – składają się z kanału lub przewodu wlotowego przez który woda płynie grawitacyjnie do studni zbiorczej lub studni rozdzielczej usytuowanej na brzegu lub w pewnym oddaleniu, rys.15,16
b) ujęcia brzegowo-komorowe – rys.17,18 budowane są na brzegu z wysunięciem w koryto rzeki. Budowane są w kształcie skrzynki z komorą przedzieloną wewnątrz ścianką na dwie mniejsze komory – osadową i czerpną.
Komora osadowa do której dopływa woda przez okna czerpne jest zabezpieczona kratą (I stopień oczyszczenia wody) przed dostaniem się pływających lub zawieszonych mechanicznych zanieczyszczeń, które mogłyby zatkać lub uszkodzić pompę. Kraty wykonuje się z rurek lub prętów stalowych (zalecana stal nierdzewna) o prześwicie 50I200mm. Komora ta jest osadnikiem dla drobnych i łatwo opadających zawiesin. Oddzielona jest od źródła wody i komory czerpnej progami. Dno komory wlotowej i czerpnej jest obniżone o około 0,5I1m dla zatrzymania zawiesin wleczonych po dnie.
W komorze czerpnej umieszcza się smoki przewodów ssawnych.
Między komorami, w dzielącej je ścianie, wykonywane są okna zasłonięte kratami gęstymi o prześwicie 10I25mm lub siatkami, które stanowią II stopień oczyszczenia wody.

Ujęcia zatokowe
Stosuje się je gdy wydajność wodociągu jest mniejsza od 200 cm3/s na rzekach o prędkości większej niż 0,3 m/s, na których w okresie zimowym zanim powstanie zwarta pokrywa lodowa, tworzy się śryrz oraz lód denny oraz na rzekach niosących duże ilości mineralnych zawiesin, które zasypują czerpnię. Zatoki mogą być wysunięte z brzegu rys.1a,b lub zrównane z brzegiem rys.1e.
Zatoki wysunięte poza brzeg rzeki zwężają jej koryto. W ten sposób zwiększa się prąd przepływu i tworzą się wiry zmieniające naturalny przepływ rzeki. Wejście do zatoki wykonuje się pod prąd lub z prądem rys.1a,b.
Przy zatoce usytuowanej pod prąd zanieczyszczenia powierzchniowe niesione górnymi prądami będą wpływały do zatoki (linie ciągłe na rys.), natomiast prądy denne będą omijały zatokę (linie przerywane). Przy zatokach usytuowanych z prądem prądy górne będą omijały wejście , prądy denne będą zamulały zatokę, zasypując wejście do zatoki. Można temu zapobiec wykonując obustronne wejście, lokalizując ujęcie wody w środku przy przegrodzie rys.1g.
Ponadto usytuowanie zatoki może być równoległe do kierunku przepływu w rzece lub usytuowane pod kątem rys.1h,i.
W zatoce przy zmniejszonej prędkości przepływu zawiesiny opadają na dno, natomiast na powierzchnię wypływa śryrz tworząc przy dalszym zamarzaniu pokrywę lodową.
Ujęcie zatokowe składa się z zatoki i umieszczonej w niej czerpni po przeciwległej stronie do wlotu, najczęściej typu brzegowego lub nurtowego, oddalonego od brzegu. Prędkość przepływu w kanale wlotowym nie powinna przekraczać 0,2m/s i nie powinna być większa niż 25% prędkości wody w rzece. Taka prędkość zabezpiecza zatokę przed wpływaniem do niej cięższych zanieczyszczeń niesionych z prądem. Głębokość zatoki odpowiada głębokości rzeki zwiększonej od 0,5I1m. Głębokość ta służy do gromadzenia osiadających zawiesin i piasku. Prąd wody w zatoce powinien wynosić 0,05I0,1 m/s i nie powinien być większy od prądu wody w rzece w okresie tworzeni się śryrzu. Okna wlotowe powinny być umieszczone tak, aby dolna krawędź otworu znajdowała się min 0,5 m nad dnem, a górna krawędź 0,2I0,3 m poniżej dolnej powierzchni pokrywy lodowej (grubość pokrywy należy przyjmować 0 1/3 większą od max grubości lodu w rzece na podstawie roczników hydrogeologicznych).
Szerokość zatoki jest proporcjonalna do wymaganej pojemności oraz utrzymania średniego prądu wody w zatoce. Szerokość zatoki powinna uwzględniać gabaryty sprzętu służącego do czyszczenia zatoki (ok. 2 razy do roku). Wlot do zatoki powinien mieć wymiary odpowiednio do tego sprzętu. Wlot do zatoki powinien posiadać zamknięcia, służące do zamykania zatoki (np. szandory lub wrota). Pojemność zatoki powinna uwzględniać czas zatrzymywania w niej wody n okres 0,5I4 godz. Przy stanie powodziowym. Korona obwałowania zatoki powinna być wyprowadzona ponad poziom wody stuletniej, katastrofalnej o 1m. Skarpy zatoki powinny być wzmocnione np. brukiem, dyblami ułożonymi na warstwie filtracyjnej. Niekiedy zamiast zatoki lub równolegle z nią budowane są zbiornikami głębokości 3I5m o pojemności kilku lub kilkunastu dobowemu max zapotrzebowaniu na wodę (zasilenie wodociągu w czasie trwania wysokich stanów wody).

Ujęcia nurtowe
Stosowane są, gdy wydajność jest mniejsza od 200 m3/s (q<200 m3/s) i głębokość przy zmiennym poziomie wody przy brzegu jest mała. Ujęcie składa się z podstawowych części :
1 – z czerpni wody założonej w nurcie wody (głębokość rzeki w miejscu założenia czerpni powinna być większa niż 2,5m)
2 – doprowadzenia wody do studni zbiorczej rurociągami dosyłowymi najczęściej grawitacyjnymi lub za pomocą lewara
3 – studni zbiorczej, zbudowanej na brzegu
4 – komory czerpnej i stacji pomp rys.1I14
Woda przez wlot w nurcie rzeki dopływa grawitacyjnie rurociągiem dosyłowym lub lewarem do studni zbiorczej umieszczonej na brzegu skąd przepływa do komory czerpnej, a następnie jest zasysana przewodami ssawnymi pomp i przetłaczana do następnych elementów wodociągów, najczęściej do stacji uzdatniania wody. Dla uruchomienia lewara oraz usuwania zbierającego się powietrza w górnej części stosowane są pompy próżniowe. Prędkość w przewodzie grawitacyjnym powinna wynosić 0,7I0,9 m/s (nie powoduje dużych strat hydraulicznych, a jednocześnie zapewnia samooczyszczenie rur z zawiesin).
Okresowo przewody czerpalne należy płukać odwrotnym strumieniem wody. Czerpnie zanurzone mogą mieć różny kształt np. w postaci perforowanej rury, kosza ssawnego lub krótko obciętego przewodu zabezpieczonego na wlocie kratami przed napływem części stałych. Kosze ssawne projektowane z blachy perforowanej z otworami okrągłymi Ø10I20mm rozstawionymi w szachownicę w odległości 10I15mm lub otwory szczelinowe (prostokątne). Sumaryczna powierzchnia otworów wlotowych powinna być 10I15 razy większa od przekroju przewodów grawitacyjnych ( najczęściej średnica przewodów grawitacyjnych Ø100mm i stosuje się min przewody). Dość często czerpnie są osadzone na ruchomych odcinkach rur i mogą być łatwo podnoszone (połączenia przegubowe) z wody w celu ich oczyszczenia rys.9. na rzekach spławnych czerpnie powinny być oznakowane bojami oraz tablicami na brzegach rys.11.
Prędkość wlotowa do czerpni powinna być mniejsza niż 0,2m/s. górna krawędź czerpni powinna być zatopiona na głębokości dwóch średnic jej wlotu lecz nie mniej jak 0,5m od najniższego poziomu wody i nie mniej niż 0,3m od dolnej krawędzi lodu. Dolna krawędź wlotu min 0,5m powyżej dna. Przy projektowaniu ujęcia zatopionego należy przewidywać:
tabor wpływający do konserwowania i kontroli czerpni
oznaczenie miejsca smoka (kosz ssawny)
możliwość płukania czerpni odwrotnym strumieniem wody
odpiaszczenia najbliższego sąsiedztwa czerpni w korycie rzeki

Ujęcia wieżowe
Budowane są dla ujęć z dużych głębokości w pewnym oddaleniu od brzegu (duże rzeki, jeziora, zbiorniki retencyjne). Czerpnie umieszcza się na jednym lub kilku poziomach. Ujęcia te stanowią odmianę ujęć brzegowo-komorowych. Różnią się większą liczbą komór, większymi wymiarami. W zależności od lokalizacji kształt ujęcia w nurcie poziomym może być zbliżony do koła, elipsy lub filara zabezpieczonego izbicą od strony napływu wody rys.15,16,17. kołowe przekroje stosowane są przy głębokich i bardzo wolno płynących rzekach. Kształty wydłużone stosujemy przy silnym prądzie i w miejscach narażonych na dynamiczne działanie lodu i spływającej kry. Ujęcia wieżowe powinny mieć min 2 komory krat i sit oraz smoków dla zabezpieczenia ciągłości pracy ujęcia. W ujęciach tych okna i komory wykonane są podobnie jak w ujęciach brzegowo-komorowych.

1.2.2 Ujęcia wód potoków i małych rzek - mogą być źródłem zasilania wodociągów pod warunkiem, że wydajność tych ujęć porywa jego potrzeby, aby stworzyć odpowiednią głębokość niezbędną dla poboru wody oraz dla zatrzymania materiału dennego. Ujęcia wody z potoków mogą być wykorzystywane również w postaci studni kopanej zapuszczonej w grunt wodonośny w korycie potoku, jeżeli warunki lokalne na to pozwalają. Innym sposobem ujmowania wody może być wykonanie ujęcia dennego. Ujęcie wody za pomocą jazu stałego lub ruchomego rys.18,19 – woda z tego rodzaju ujęcia spiętrzona jest za pomocą jazu do głębokości 2,5m.
Ujęcie za pomocą progu spiętrzającego rys.20 – stosowane jest na potokach górskich i małych ciekach nizinnych, których koryto nie jest szersze niż 10I15cm, stosowane jest do pobierania małych ilości wody.
Ujmowanie za pomocą progów dennych nie spiętrzonych – rozwiązanie podobne do ujęć z progami z tą różnicą, że korona progu znajduje się na poziomie dna cieku rys.21. tego typu ujęujęia powinny być budowane z jednoczesnym wybudowaniem powyżej ujęcia łapaczy rumowiska, musimy mieć pewność, że rumosz prowadzony wodami powodziowymi nie spowoduje zamulenia, zasypania ujęcia.
Ujęcie wody denne drenażowe – rys.22,23,24; ujęcie to jest szczególnie podatne na zamulenie, musimy mieć pewność, że rumosz prowadzony wodami powodziowymi niesie zawiesiny ziarniste bez domieszek gliny i iłu (chodzi o to, aby ujęcie nie było zamulone, zasypane). Ujęcie denne na potoku buduje się w formie betonowego zbiornika z ułożonymi na dnie sączkami drenażowymi Ø80I100mm. Zbiornik wypełniony do poziomu (dna) koryta potoku materiałem filtracyjnym żwirowo-piaskowym. Sączki ułożone w poprzek koryta ze zbieraczem Ø150I200mm odprowadzającym wody do studni zbiorczej, skąd woda przepompowywana jest do dalszej obróbki.