1.5. VODOZAHVATI

Vodozahvati su građevine kojima se zahvaća vode iz izvorišta i usmjerava prema potrošačima.

Vrsta vodozahvata ovisi o karakteru izvorišta, tako da razlikujemo:, j

(1) vodozahvate atmosferskih izvorišta,

(2) vodozahvate površinskih izvorišta,

(3) vodozahvate podzemnih izvorišta.

1.5.1. VODOZAHVATI ATMOSFERSKIH IZVORIŠTA1.5.1. VODOZAHVATI ATMOSFERSKIH IZVORIŠTA

Primjena ovih vodozahvata je najčešća na krškim terenima i primjerena za manja naselja.

Osnovu vodozahvata atmosferskih izvorišta čini zahvatna građevina čija je površina obrađena dag j j pprihvati i usmjeri pale oborine prema jednoj točki, slika 1.5::01.

Slika 1.5::01 Vodozahvat atmosferskih izvorišta(a) zahvatna građevina; (b) cisterna

1 sabirna površina; 2 odvod sakupljene vode; 3 muljni ispust; 4 ograda; 5 obodni kanal; 6 sabirna komora1 – sabirna površina; 2 – odvod sakupljene vode; 3 – muljni ispust; 4 – ograda; 5 – obodni kanal; 6 – sabirna komora (vodosprema); 7 – dovod sakupljene vode; 8 – zahvatna komora; 9 – pješčani filtar

Izraz čatrnja ili gustirna upotrebljava se kao sinonim za vodozahvat koji se sastoji od zahvatnegrađevine (sabirne površine) i cisterne za vodu. Cisternom se rješava varijacija u potrošnji vode uodnosu na prispjelu količinu palih oborina.

Funkcionalne dimenzije ovih građevina načelno se određuju pomoću računa vjerojatnosti zanajdužu sušu i najmanje godišnje oborine u projektnom razdoblju (15 do 30 godina). No, u praksise pristup pojednostavljuje pretpostavljajući da najdulja suša traje m [d] (obično m = 90 [d]), ase pristup pojednostavljuje pretpostavljajući da najdulja suša traje m [d] (obično m 90 [d]), apodatak o najmanjoj godišnjoj visini oborina, Hg,min [mm], za usvojeno projektno razdoblje dobije seobradom podataka s najbliže kišomjerne stanice.

Ako je Nk [stanovnik] broj stanovnika na kraju projektnog razdoblja, qsp [l stanovnik-1 d-1] specifičnat š j d i [1] k fi ij t tj j bi ši d j j i i i l t b

365 spk qNA

potrošnja vode i c [1] koeficijent otjecanja sa sabirne površine, onda je njezina minimalno potrebnaveličina, Ap [m2], definirana izrazom:

(1.5-01)min,g

p HcA =

Volumen cisterne, Vc [m3], treba biti dostatan za cjelokupnu potrošnju u vrijeme suše, tj. m [d], tako

(1.5 01)

Volumen cisterne, Vc [m ], treba biti dostatan za cjelokupnu potrošnju u vrijeme suše, tj. m [d], takoda je definiran izrazom:

mqNV spkc310−= (1.5-02)

Sabirne površine i cisterne izvode se od vodonepropusnog betona. Također je potrebno sabirnupovršinu zaštiti ogradom visine barem 1 5 [m] a cisternu zatvoriti (iz zdravstvenih razloga) ipovršinu zaštiti ogradom visine barem 1.5 [m], a cisternu zatvoriti (iz zdravstvenih razloga) iugraditi pješčani filtar ispred zahvatne komore (radi dobivanja filtrirane vode). Kod cisterne seizvodi i termička izolacija koja se uglavnom postiže nasipavanjem sloja zemlje debljine cca 0.5 [m].

1.5.2. VODOZAHVATI POVRŠINSKIH IZVORIŠTA

Vodozahvate površinskih izvorišta možemo klasificirati na:

(1) vodozahvate na rijekama (prirodnom ili reguliranom stanju),

(2) vodozahvate na (2a) jezerima (prirodnim akumulacijama) (2b) umjetnim akumulacijama i(2) vodozahvate na (2a) jezerima (prirodnim akumulacijama), (2b) umjetnim akumulacijama i(2c) kanalima,

(3) vodozahvate na morima.

Pored ovih postoje i vodozahvati površinskih izvorišta koji se u samoj tehnici zahvaćanja vode vrlomalo razlikuju od navedenih, ali sadrže određene specifičnosti, kao npr.:

(i) vodozahvati na planinskim potocima koji su u pravilu nezagađeni i predstavljaju idealna(i) vodozahvati na planinskim potocima, koji su u pravilu nezagađeni i predstavljaju idealnarješenja za opskrbu vodom. Nedostatak im je što su često vrlo udaljeni od potrošača,

(ii) vodozahvati na plitkim riječnim tokovima.

1.5.2 – 1. Vodozahvati na rijekama

Kod projektiranja riječnih vodozahvata potrebno je da uz prethodno navedene opće značajke:

(i) položaj vodozahvata osigurava ravnomjerno optjecanje vode oko samog objekta(i) položaj vodozahvata osigurava ravnomjerno optjecanje vode oko samog objekta,

(ii) suženje korita rijeke uvjetovano prisustvom vodozahvata bude minimalno, kako ne bi dolazilodo deformacija riječnog korita,

(iii) vodozahvat bude smješten uzvodno od mjesta upuštanja otpadnih voda u vodotok(iii) vodozahvat bude smješten uzvodno od mjesta upuštanja otpadnih voda u vodotok,

(iv) vodozahvat bude izveden na mjestu u riječnom koritu na kojemu se ne primjećuje intenzivnotaloženje riječnog nanosa i ne dešava rušenje obale (kao rezultat odronjavanja ili klizanja),

(v) vodozahvat ne bude lociran na mjestu gdje se formira ili nagomilava led(v) vodozahvat ne bude lociran na mjestu gdje se formira ili nagomilava led,

(vi) vodozahvat na plovnim rijekama bude smješten izvan plovnog puta.

Prema tome pravilan izbor riječnog vodozahvata moguć je jedino na osnovi detaljne analizePrema tome, pravilan izbor riječnog vodozahvata moguć je jedino na osnovi detaljne analizespomenutih značajki i njihovom kompleksnom sagledavanju.

Danas još ne postoji sasvim određena i opće prihvaćena klasifikacija vodozahvata na rijekama.Razlog tome leži u činjenici što postoje značajne specifičnosti projektiranih i izvedenih riječnihg j p j j p p j jvodozahvata.

Međutim, generalno se ipak mogu nazrijeti četiri osnovne vrste riječnih vodozahvata:

(1) fiksni priobalni vodozahvati,

(2) vodozahvati u riječnom koritu,

(3) plovni vodozahvati,

(4) pokretni priobalni vodozahvati.

U praksi su najčešći slučajevi prve dvije vrste vodozahvata.

(1) Fiksni piobalni vodozahvati slika 1 5::02 lociraju se na obalnom pokosu i zahvaćaju vodu(1) Fiksni piobalni vodozahvati, slika 1.5::02, lociraju se na obalnom pokosu i zahvaćaju voduneposredno iz riječnog korita. Crpke, pomoću kojih se voda transportira do uređaja zakondicioniranje vode, mogu biti smještene u posebnoj zgradi crpne stanice, kao što je prikazanona slici 1.5::02(a), ili u samom vodozahvatu, slika 1.5::02(b), (c), i (d).

Slika 1.5::02 Sheme fiksnih priobalnih vodozahvata(a) sa crpkama u posebnoj zgradi; (b), (c) i (d) sa crpkama u vodozahvatu

1 zahvatna komora; 2 ulazni otvori s rešetkama; 3 mreža; 4 pregrada; 5 usisna cijev; 6 crpni spremnik; 7 crpka;1 – zahvatna komora; 2 – ulazni otvori s rešetkama; 3 – mreža; 4 – pregrada; 5 – usisna cijev; 6 – crpni spremnik; 7 – crpka; 8 – zgrada crpne stanice; 9 – potisni cjevovod; NV – niski vodostaj; VV – visoki vodostaj; Hst,us – usisna statička visina dizanja

Osnovni dio ove vrste vodozahvata je zahvatna komora, obično armiranobetnoska, čiji prednji zidzalazi neposredno u riječno korito U zahvatnu komoru voda ulazi kroz otvore s rešetkamazalazi neposredno u riječno korito. U zahvatnu komoru voda ulazi kroz otvore s rešetkama,smještenim u prednjem zidu, i zahvaća crpljenjem kroz usisnu cijev. Rešetke su ugrađene radisprečavanja ulaska u zahvatnu komoru relativno krupnijih predmeta koje pronosi rijeka.

Time se istovremeno obavlja i prethodno grubo mehaničko čišćenje vode. Također, radizadržavanja nečistoća koja se nalazi u vodi (npr. planktoni, vodno bilje), odnosno zbog zaštiteusisnih cijevi i crpnih agregata u pregradi koja dijeli zahvatnu komoru od crpnog spremnikausisnih cijevi i crpnih agregata, u pregradi koja dijeli zahvatnu komoru od crpnog spremnika(crpnog bazena) dodatno se ugrađuju mreže.

Fiksni priobalni vodozahvati s crpkama u samom vodozahvatu, slika 1.5::02 (b), (c), i (d),primjenjuju se u slučaju povoljnih geomehaničkih prilika. Zgrada crpne stanice može bitiprislonjena uz vodozahvat, slika 1.5::02(b), ili s njima konstrukcijski činiti cjelinu, slika 1.5::02(c) i(d).

Da bi se osigurala neprekidna opskrba vodom potrebne su barem dvije zahvatne komore s po dvacrpna bazena s crpkamacrpna bazena s crpkama.

Kod rješenja vodozahvata prikazanih na slici 1.5::02(c) i (d) potrebno je za smještaj crpki izvestivodonepropusne komore.

Primjena vertikalnih (centrifigalnih) crpki slika 1 5::02(d) omogućuje znatno smanjenje volumenaPrimjena vertikalnih (centrifigalnih) crpki, slika 1.5::02(d), omogućuje znatno smanjenje volumenaobjekta.

(2) Vodozahvati u riječnom koritu, slika 1.5::03, karakterizirani su lociranjem zahvatne građevine(vodozahvatne glave) u riječnom koritu.

Ova vrsta vodozahvata najčešće se primjenjuje kod relativno blago nagnutih obala, gdje sepotrebne dubine za zahvaćanje vode nalaze na većoj udaljenosti od obale.

Slika 1.5::03 Shema vodozahvata u riječnom koritu(a) vodozahvat; (b) detalj vodozahvatne betonske glave

1 – vodozahvatna glava; 2 – gravitacijski tlačni cjevovod; 3 – sabirna komora; 4 – usisna cijev; 5 – crpni spremnik; 6 – crpna stanica; 7 – potisni cjevovod; 8 – rešetka; 9 – ulazni difuzor

(difuzor = završni, prorupčani ili rešetkom opremljeni dio cjevovoda)

U koritu rijeke, na odabranom mjestu zahvaćanja vode, izvodi se vodozahvatna glava na koju se(do sabirne komore) nastavlja gravitacijski tlačni cjevovod. Cjelokupna konstrukcija i oprema(do sabirne komore) nastavlja gravitacijski tlačni cjevovod. Cjelokupna konstrukcija i opremavodozahvata ove vrste je u biti istovjetna fiksnom priobalnom vodozahvatu sa slike 1.5::02, srazlikom što voda ne ulazi kroz otvore nego gravitacijskim cjevovodom.

Radi neprekidnosti vodoopskrbe potrebna su barem dva gravitacijska cjevovoda s po dvije crpke.

U određenim uvjetima (obalni profil, amplitude vodnih razina) moguće je kod visokih vodostajavodu zahvaćati i kroz otvore predviđene u prednjem zidu sabirne komore, slika 1.5::04, dakle, kaoi kod fiksnog priobalnog vodozahvata.

Slika 1.5::04 Shema kombiniranog vodozahvata u riječnom korituSlika 1.5::04 Shema kombiniranog vodozahvata u riječnom koritu(a) vodozahvat; (b) detalj armiranobetonske vodozahvatne glave

1 – vodozahvatna glava; 2 – gravitacijski tlačni cjevovod; 3 – sabirna komora; 4 – usisna cijev; 5 – crpni spremnik; 6 – ulazni otvor s rešetkom; 7 – rešetka; 8 – ulazni difuzor

(3) Plovni vodozahvati, slika 1.5::05, sastoje se od crpki postavljenih na baržu ili ponton, tako dase visinski položaj crpki mijenja s oscilacijama vodostaja, pri čemu usisna visina ostaje stalna, dokse potisna visina mijenja promjenom vodostaja (niži vodostaj – veća potisna visina, i obrnuto).

O d h t t b č l j titi ij č i lj i dj li i i ćOve vodozahvate treba uz načelu smjestiti u riječnim zaljevima gdje su eliminirana mogućaoštećenja vodozahvata prouzrokovana udarom leda ili balvana koje pronosi voda.

Slika 1.5::05 Shema plovnog vodozahvata1 – usisna cijev; 2 – crpna stanica; 3 – barža ili ponton; 4 – elastični potisni cjevovod1 – usisna cijev; 2 – crpna stanica; 3 – barža ili ponton; 4 – elastični potisni cjevovod

Radi zadržavanja plovne crpne stanice na jednom mjestu potrebno je njeno osiguranje sidrima.

(4) Pokretni priobalni vodozahvati su rješenja tipa uspinjače slika 1 5::06 Crpke su smještene na(4) Pokretni priobalni vodozahvati su rješenja tipa uspinjače, slika 1.5::06. Crpke su smještene nakolicima ili vagonu koji se u granicama promjene vodostaja kreću po kolosijeku položenomokomito na riječni tok. Voda se zahvaća crpkama iz rijeke kroz krajeve usisnih cijevi zaštićenihsitima.

Uzduž kolosijeka se polaže fiksni potisni cjevovod s vertikalnim odvojcima na koje se priključujeelastični potisni cjevovod. Pri potiskivanju vode u jedan od odvojaka, ostali su zatvoreni.

Slika 1.5::06 Shema pokretnog priobalnog vodozahvata1 – pokretna crpna stanica; 2 – vitlo; 3 – usisna cijev; 4 – fiksni potisni cjevovod; 5 – vertikalni odvojci;

6 – elastični potisni cjevovod; 7 – kolosijek

Vrijeme zadržavanja vagona ili kolica na jednom mjestu vertikalne pozicije istovjetno je trajanjupripadnog vodostaja.

1.5.2 – 2. Vodozahvati na jezerima, umjetnim akumulacijama i kanalima

Kod zahvaćanja vode iz jezera, umjetnih akumulacija i kanala (voda stajaćica) mogu se u načelukoristiti vodozahvati većine vrsta ranije opisanih. Određene posebnosti su uvjetovane spoznajamakoristiti vodozahvati većine vrsta ranije opisanih. Određene posebnosti su uvjetovane spoznajamada kod ovih vodozahvata treba izbjegavati njihovo lociranje na mjestima (zonama):

(i) naglih promjena obalnih pokosa,

(ii) nepovoljnih geomehaničkih uvjeta(ii) nepovoljnih geomehaničkih uvjeta,

(iii) intenzivnog taloženja nanosa,

(iv) pojave leda,

(v) skupljanja naplavina i akvatičnog bilja,

(vi) izraženijih temperaturnih oscilacija vode,

(vii) onečišćenja (zagađenja) vodnog bazena otpadnim vodama, u kom slučaju treba pažljivo( ) j ( g j ) g p j p janalizirati strujanja vodnih masa koja nastaju u bazenima i izazivaju nepovoljno premještanjeonečišćenja koje dospijeva u vodu.

Dakle, vodozahvat se nastoji smjestiti tamo gdje je moguće dobiti najčistiju (najkvalitetniju) vodu.

Općenito, voda u jezerima, umjetnim akumulacijama i kanalima je u odnosu na riječnu vodukarakterizirana manjom mutnoćom, ali zato često puta izraženijom bojom i mirisom (kao posljedicabiljnog i životinjskog svijeta)biljnog i životinjskog svijeta)

(1) Vodozahvati na jezerima se u odnosu na riječne vodozahvate uglavnom razlikuju po rješenjuzahvatne građevine.

Za manje cjevovode je na slici 1.5::07(a) prikazana vodozahvatna glava izvedena od čeličnih iliplastičnih cijevi, zaštićena rešetkom i izdignuta od dna 5 do 6 [m].

Kod zahvaćanja većih količina vode moguće je kao zahvatnu građevinu koristiti vodozahvatnitoranj, slika 1.5::07(b), gdje su ulazna okna za vodu postavljena na nekoliko visina kako bi se usvako doba godine mogla zahvaćati najkvalitetnija voda.

Ovakva vrsta zahvatne građevine koristi se i kod akumulacija.

(2) V d h ti k l ij t k đ biti i k lik č l h ć j(2) Vodozahvati na akumulacijama također mogu biti zasnovani na nekoliko načela zahvaćanjavode, od kojih su najčešći prikazani na slici 1.5::07(b) i (c). Ovaj potonji princip zahvaćanja vodeodnosi se na slučaj kada je zahvatna građevina izvedena u sklopu betonske pregrade (brane).

(3) Vodozahvati na kanalima su po konstrukcijskim osobinama većinom analogni s riječnimvodozahvatima.

Zahvatne građevine su najčešće obalnog tipa, slika 1.5::07(d1), ili smještene na dnu kanala, slika1 5::07(d2)1.5::07(d2).

Slika 1.5::07 Shema zahvatnih građevina(a) na jezeru; (b) na jezeru i akumulaciji; (c) na akumulaciji; (d) na kanalu( ) j ( ) j j ( ) j ( )

1 – gravitacijski tlačni ili usisni cjevovod; 2 – ulazna okna s rešetkama; 3 – rešetka; 4 – ulazni difuzor

NV – niski vodostaj; SV – srednji vodostaj; VV – visoki vodostaj

1.5.2 – 3. Vodozahvati na morima

Prilikom izbora načina zahvaćanja morske vode neophodno je sagledati specifičnosti morskogpriobalja:

(i) utjecaj djelovanja morskih valova, morskih struja i promjena morskih razina,( ) j j j j , j p j ,

(ii) geološke i geomehaničke prilike priobalnog pojasa i eventualni donos nanosa,

(iii) prisustvo akvatične flore i faune u morskoj vodi (obraštanje),

(iv) korozivno djelovanje morske vode(iv) korozivno djelovanje morske vode.

Zahvat morske vode može biti smješten na:

(a) otvorenoj obali,

(b) prirodno zaštićenom zaljevu,

(c) unutar (lučkog) akvatorija zaštićenog građevinom tipa lukobranom ili valobran.

U pogledu sigurnosti konstrukcije vodozahvata (dinamičko djelovanje morskih valova i struja),najveće pogodnosti pruža smještaj morskih vodozahvata u akvatoriju. Međutim, ako se radi olučkom akvatoriju, to su u pravilu i zone najveće koncentracije zagađenja, što može bitilučkom akvatoriju, to su u pravilu i zone najveće koncentracije zagađenja, što može bitieliminatornim u smislu korištenja takve lokacije za vodoopskrbu.

Bez obzira koja se vrsta i mjesto morskog vodozahvata odabire, dobro poznavanje tehnologijeizvođenja pomorskih radova i ponašanja objekta u uvjetima eksploatacije (s obzirom na specifičniizvođenja pomorskih radova i ponašanja objekta u uvjetima eksploatacije (s obzirom na specifičnikarakter morske sredine), ostaju temeljni parametri uspješnog zahvaćanja morske vode.

1 5 3 VODOZAHVATI PODZEMNIH IZVORIŠTA1.5.3. VODOZAHVATI PODZEMNIH IZVORIŠTA

Vrsta građevine za zahvaćanje podzemnih voda prvenstveno ovisi o dubini njihovog rasprostiranja,dubini (toka) podzemne vode i njegovoj izdašnostidubini (toka) podzemne vode i njegovoj izdašnosti.

Sukladno ovim pokazateljima, vodozahvati podzemnih izvorišta se mogu svrstati u tri skupine:

(1) horizontalni vodozahvati,

(2) vertikalni vodozahvati: (2a) kopani, (2b) bušeni i (2c) zabijeni zdenci,

(3) građevine za kaptažu izvora.

1.5.3 – 1. Horizontalni vodozahvati

Ova vrsta vodozahvata, slika 1.5::08, se koriste kada je tok podzemne vode sa slobodnim vodnimlicem relativno plitko (5 do 7 [m] ispod površine terena ) i manje dubine (toka) podzemne vode.

Slika 1.5::08 Definicijska shema horizontalnog vodozahvataSlika 1.5::08 Definicijska shema horizontalnog vodozahvata1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – statička razina podzemne vode; 5 – horizontalni vodozahvat;

6 – sabirni zdenac; 7 – razina vode u sabirnom zdencu; 8 – usisna cijev; 9 – crpka; 10 – potisni cjevovod; 11 – smjer strujanja podzemne vode

Horizonatlni vodozahvati se prvenstveno izvode kao drenažne cijevi i vodozahvatne galerije,položene u donjoj zoni vodonosnog sloja (obično neposredno na podinu) i najčešće okomito nasmjer strujanja podzemne vode. U cijevi i galerije voda dotječe gravitacijski i otječe sa slobodnimvodnim licem u sabirni zdenac, odakle se dalje potiskuje crpkama.vodnim licem u sabirni zdenac, odakle se dalje potiskuje crpkama.

Oko drenažnih cijevi i vodozahvatnih galerija ugrađuje se pješčano – šljunčani filtar. Njegova jezadaća da spriječi unošenje (u cijevi i galerije) čvrstih čestica iz vodonosnog sloja.

Konstrukcije horizontalnih vodozahvata možemo klasificirati na:

(1) rovovske vodozahvate,

(2) cijevne vodozahvate,

(3) d h l ij ili l ij k d h(3) vodozahvatne galerije ili galerijske vodozahvate.

(1) Rovovski vodozahvati, slika 1.5::09(a), su horizontalni vodozahvati s kamenom (tucaničkom)ispunom filtarskim pješčano šljunčanim zasipom i nepropusnim glinenim slojem (ekranom) kojiispunom, filtarskim pješčano – šljunčanim zasipom i nepropusnim glinenim slojem (ekranom), kojiima funkciju zaštite vodozahvata od onečišćenja s površine terena.

(2) Cijevni vodozahvati, slika 1.5::09(b), se najčešće izvode od keramičkih, betonskih,armiranobetonskih ili plastičnih cijevi, prorupčanih na gornjoj polovini. Cijevi su kružnog ili jajolikogprofila, s filtarskim pješčano – šljunčanim zasipom i glinenim ekranom.

(3) Vodozahvatne galerije se obično izvode od betona i armiranog betona. Služe za zahvaćanje( ) g j g jrelativno većih količina vode. Uglavnom su prohodne, kružnog ili jajolikog profila. Stoga suminimalne dimenzije jajolikih profila, B/H = 700/1 600 [mm], a kružnih, D = 1 000 [mm].

Na slici 1.5::09 (c) prikazan je poprečni presjek prohodne, jajolike, armiranobetonske galerije sb č i t i tj k U i i i t j i d filt k šlj č i i t bibočnim otvorima u stjenkama. U visini otvora je izveden filtarsko – šljunčani zasip, a po po potrebise ugrađuje i nepropusni glineni ekran.

Slika 1.5::09 Sheme horizontalnog vodozahvata(a) rovovski vodozahvat; (b) cijevni vodozahvat; (c) vodozahvatna galerija

1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – kamena (tucanička) ispuna; 5 – prorupčana cijev; 6 – galerija; 7 – bočni otvori; 8 – šljunčani zasip; 9 – pješčani zasip; 10 – nepropusni glineni sloj; 11 – materijal od iskopa

Proračun dotoka u horizontalne vodozahvate (galerije) položene na vodoravnomvodonepropusnom sloju, odnosno u donjoj zoni toka podzemne vode sa slobodnim vodnim licem,slika 1.5::10, zasniva se na Dupuitovoj postavci i analizi ustaljenog strujanja kada je količinaslika 1.5::10, zasniva se na Dupuitovoj postavci i analizi ustaljenog strujanja kada je količinacrpljenja u ravnoteži s dotokom.

Slika 1.5::10 Strujanje podzemne vode prema galeriji1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – statička razina podzemne vode; 5 – depresijska ploha

(dinamička razina podzemne vode)

Tada je dotok, Q [m3 s-1], u horizontalnu galeriju pravokutnog poprečnog profila za slučaj njenogdvoranskog prihranjivanja dan izrazom:

o

oogdvo B

hHLkQQ

22 −==

a za slučaj jednostranog prihranjivanja izrazom:

(1.5-03)

a za slučaj jednostranog prihranjivanja izrazom:

o

oogdvo B

hHLkQQ

2

22 −== (1.5-04)

o

gdje su:

k koeficijent procjeđivanja [m s-1]k - koeficijent procjeđivanja, [m s-1],

Lg - duljina galerije, [m],

Ho - dubina (toka) podzemne vode, [m],

ho - dubina vode u galerijskom vodozahvatu, [m],

Bo - širina utjecaja galerije, [m].

1.5.3 – 2. Vertikalni vodozahvati

Ovi se vodozahvati izvode kao:

(1) kopani zdenci,

(2) bušeni zdenci,

(3) zabijeni zdenci.

Za javne je vodovode najraširenija primjena bušenih zdenaca, a u nekim slučajevima i kopanihzdenaca. Zato će se ovdje analizirati ove dvije skupine zdenaca. Zabijeni zdenci su primjereni zazdenaca. Zato će se ovdje analizirati ove dvije skupine zdenaca. Zabijeni zdenci su primjereni zaindividualnu vodoopskrbu.

(1) Kopani zdenci se obično koriste radi dobivanja podzemne vode sa slobodnim vodnim licemkoja se nalazi na dubinama do 20 (iznimno do 40) [m].j ( ) [ ]

Samo u rijetkim slučajevima ovi se zdenci koriste za dobivanje arteških i subarteških voda podmanjim tlakom.

Kopani zdenci se pretežno izvode kao nepotpuni, tako da je dotok kroz dno i kroz otvore up p p p , jstjenkama zdenca, slika 1.5::11.

Slika 1 5::11 Shema nepotpunog kopanog zdencaSlika 1.5::11 Shema nepotpunog kopanog zdenca1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – statička razina podzemne vode;

5 – dinamička razina podzemne vode; 6 – nož; 7 – pješčano–šljunčani filtar; 8 – popločenje; 9 – glinena brtva; 10 - otvori

Unutarnji promjer zdenca, D [m], uglavnom ne prelazi 3 do 4 [m], dok dubina vode u zdencu, ho

[m], treba (radi njenog zahvaćanja) iznositi najmanje 1 (bolje 2) [m].[ ], ( j g j ) j j ( j ) [ ]

Kod manjih dubina podzemne vode izvode se i potpuni zdenci.

Ako izdašnost jednog zdenca ne zadovoljava, umjesto povećanja njegovoga promjera povećavase broj zdenaca, dakle, izvodi se grupa zdenaca.j , , g p

Tada se zdenci obično raspoređuju uzduž linije okomito na smjer strujanja podzemne vode, slika4.5::11, i međusobno spajaju:

(i) sifonskim cjevovodom (ako je do razine vode u zdencu najviše 7 [m]),( ) j ( j j [ ]),

(ii) gravitacijskim tlačnim cjevovodom (za slučaj arteških i subarteških voda),

(iii) potisnim cjevovodom (posredstvom podvodnih crpki, ako je do razine vode u zdencu višenego što je usisna visina sifonskog cjevovoda).g j g j )

Promjer dovodnog cjevovoda se idući prema sabirnom zdencu sukcesivno povećava.

Radi samočišćenja profila, sifonski se cjevovodi polažu s neznatnim usponom prema sabirnomd it ij ki i ti i t i dzdencu, a gravitacijski i potisni s neznatnim padom.

Zahvaćanje prispjele vode ostvaruje se u pravilu iz sabirnog zdenca, koji se često koristi i kaoobjekt u kojemu su smještene crpke za daljnje potiskivanje vode, slika 1.5::12.

Pri tome položaj sabirnog zdenca i crpne stanice može biti rubno (na kraju grupe zdenaca), slika1.5::12(A) ili centralno, slika 1.5::12(B).

Slika 1.5::12 Situacijska shema spojenih kopanih zdenacaSlika 1.5::12 Situacijska shema spojenih kopanih zdenaca(A) rubni položaj sabirnog zdenca i crpne stanice; (B) središnji položaj sabirnog zdenca i crpne stanice

(a) spajanje zdenaca pomoću sifonskih ili gravitacijskih tlačnih cjevovoda

(b) spajanje zdenaca pomoću potisnih cjevovoda i podvodnih crpki

( 1) (b1) k bi d ( 2) (b2) b t i(a1), (b1) s crpkom u sabirnom zdencu; (a2), (b2) sa zasebnom crpnom stanicom

1 – kopani zdenac; 2 – kopani zdenac s podvodnom crpkom; 3 – sabirni zdenac; 4 – sabirni zdenac sa crpkom; 5 – zasebna crpna stanica; 6 – sifonski ili gravitacijski tlačni cjevovod; 7 – dovodni potisni cjevovod;

8 – usisna cijev; 9 – odvodni potisni cjevovod

Kopani zdenci se mogu izvoditi:

(a) na licu mjesta,

(b) montažno.

(a) Izvedba kopanih zdenaca na licu mjesta je primjerena ako podzemna voda nije duboko, akokod iskopa nema obrušavanja materijala i u slučaju većih promjera zdenacakod iskopa nema obrušavanja materijala i u slučaju većih promjera zdenaca.

Nakon iskopa zidanje se vrši mjesnim materijalom (lomljenim kamenom ili opekom), u gornjemdijelu u mortu, a u donjem dijelu, koji prima vodu, u suho, slika 1.5::13(a).

Kopani zdenci se na licu mjesta mogu izvoditi i od kalupnog betona i armiranog betonaKopani zdenci se na licu mjesta mogu izvoditi i od kalupnog betona i armiranog betona.

(b) Izvedba kopanih zdenaca montažno predstavlja suvremeni način gradnje ovih zdenaca. Sastojise u spuštanju gotovih (montažnih) betonskih ili armiranobetonskih prstenova, najčešćepostupkom potkopavanja,

Slika 1.5::13 Izvedba kopanih zdenaca(a) na licu mjesta; (b) montažno

1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – zidanje u suho; 5 – zidanje u mortu; 6 – betonski prsten; 7 – nož

Ovaj se postupak sastoji u tome da se na mjestu izvedbe zdenca postavi prvi (najdonji) prsten, kojid j b d i i d lij ž lj i č lič i ili i b t ki ž čij j f k ijna donjem obodu ima izveden lijevanoželjezni, čelični ili armiranobetonski nož, čija je funkcija

lakše prodiranje prstenova u tlo. Zatim se zdenac po cijelom unutarnjem obodu lagano iravnomjerno potkopava tako da postavljeni prsten polagano tone uslijed vlastite težine.

Kada prvi prsten bude potpuno utisnut u tlo, nad njim se postavlja slijedeći i postupak se ponavljaKada prvi prsten bude potpuno utisnut u tlo, nad njim se postavlja slijedeći i postupak se ponavljasve dok se ne postigne projektirana dubina.

Ako prilikom izvedbe kopanog zdenca sile trenja nadvladaju opterećenje vlastitom težinomprstenova, postavlja se dodatno opterećenje (npr. vrećama cementa, čeličnim profilima i sl.)p , p j p j ( p , p )

U prstenovima koji su u zoni toka podzemne vode izvode se otvori za ulazak vode u zdenac.Duljina prstenova je obično 1 [m].

Razlozi postavljanja filtra i glinene brtve istovjetni su onima kod horizontalnih vodozahvata.p j j g j

(2) Bušeni zdenci se primjenjuju za dobivanje podzemne vode na većim dubinama rasprostiranja

njezinog toka, od desetak do nekoliko stotina metara, i njegove veće dubine (debljine).

Ova se vrsta zdenaca može koristiti za dobivanje podzemnih voda sa slobodnim vodnim licem ipod tlakom (arteških i subarteških voda). U oba slučaja zdenci mogu biti izvedeni kao potpuni inepotpuni.

Prednosti bušenih zdenaca pred ostalim zahvatima podzemnih voda su između ostalog:

(i) (praktički) neograničena dubina zahvaćanja vode,

(ii) neovisnost o geološkom sastavu tla,

(iii) dobivanje relativno većih količina vode uz maksimalnu pogonsku sigurnost(iii) dobivanje relativno većih količina vode uz maksimalnu pogonsku sigurnost,

(iv) besprijekornost u sanitarnom pogledu zbog vrlo male mogućnosti vanjskog onečišćenja vode,

(v) ekonomičnost.

Bušeni zdenci se izvode bušenjem u tlu vertikalnih cilindričnih bušotina zaštićenih (najčešće)čeličnim cijevima koje automatski formiraju zdenac. Promjer bušenih zdenaca je reda veličine 0.3do 1.0 [m].

Osnovni dijelovi bušenog zdenca, slika 1.5::14, jesu:

(a) glava zdenca,(a) glava zdenca,

(b) tijelo zdenca,

(c) filtar.

Slika 1.5::14 Osnovni dijelovi bušenog zdenca1 – glava; 2 – tijelo; 3 – filtar

(a) Glava zdenca u konstrukcijskom pogledu predstavlja vezu ušća bušotine s tijelom zdenca priizlazu na površinu tla. Njena je temeljna zadaća zaštita zdenca od prodiranja površinskihp j j j p j ponečišćenja u zdenac. U širem smislu pod glavom zdenca podrazumijevamo i ostale elemente kojisluže za mjerenje i kontrolu (razine vode, tlaka, temperature, uzimanje uzoraka) te za odvod vode(potisne cijevi, fasonski komadi, crpni agregati).

(b) Tijelo zdenca se sastoji od jednog ili više koncentričnih nizova cijevi čija je glavna zadaća da(b) Tijelo zdenca se sastoji od jednog ili više koncentričnih nizova cijevi, čija je glavna zadaća daomoguće dovod vode na površinu terena. Dodatno, tijelo zdenca pruža efikasnu zaštitu protivobrušavanja stijenki bušotine, štiti usisnu cijev i kućište podvodne crpke te sprječava gubitak vodeu druge (suhe) slojeve na njenom putu do površine.

(c) Filtar je dio zdenca koji ima zadaću da prihvati podzemnu vodu iz vodonosnog sloja iistovremeno onemogući unošenje čvrstih čestica tla u zdenac. To je najvažniji i najosjetljiviji diozdenca o kojemu bitno ovisi izdašnost (kapacitet) i pogonska trajnost zdenca.

U konstrukcijskom pogledu filtre možemo podijeliti na:

▪ mrežaste filtre, koji se sastoje od prorupčane cijevi omotane specijalnim mesinganim, bakrenim,(nehrđajućim) čeličnim ili plastičnim mrežama. Perforacije su kružne, ovalne ili četvrtaste, a gustoćamreže je u funkciji dominantnog promjera čvrstih čestica vodonosnog sloja,

▪ prorupčane filtre, koji se sastoje od prorupčanih čeličnih cijevi. Ovisno o konstrukciji prorupčanjapostoji više vrsta ovih filtara,

▪ šljunčane filtre, koji se sastoje od prorupčane cijevi oko koje je postavljen šljunčani omotačodgovarajuće granulacije, izveden u jednom ili više slojeva. Odnos srednjeg promjera zrna šljunka imaterijala vodonosnog sloja treba iznositi 5 do 10. Ovaj se odnos primjenjuje i za susjedne slojevešljunčanog omotača, čija debljina ne smije biti manja od 50 [mm].

Prilikom odabira konstrukcije filtra treba voditi računa da hidraulički otpor filtra bude što manjiPrilikom odabira konstrukcije filtra treba voditi računa da hidraulički otpor filtra bude što manji.

Načini izvedbe bušenih zdenaca, slika 1.5::15, ponajviše ovise o dubini rasprostiranja podzemnevode, karakteru geoloških slojeva kroz koje prolazi bušotina i od potrebne dubine zdenca.

Slika 1.5::15 Shema izvedbe bušenih zdenaca(a) s jednom zaštitnom cijevi; (b) s nizom zaštitnih cijevi

(a1) nakon spuštanja zaštitne i radne cijevi; (a2) nakon ugradnje filtra i izvlačenja radne cijevi

(b1) nakon spuštanja niza zaštitnih cijevi; (b2) nakon ugradnje filtra i odsijecanja zaštitnih cijevi

1 – površina terena; 2 – statička razina podzemne vode; 3 – zaštitna cijev; 4 – radna cijev; 5 – filtar; 6 – brtva; 7 – vodonepropusni sloj

U slučaju manjih dubina (40 do 50 [m]), koriste se relativno jednostavne konstrukcije poput one naslici 1 5::15(a) gdje se cilindrična bušotina učvršćuje čeličnom zaštitnom cijevi Ta se cijevslici 1.5::15(a), gdje se cilindrična bušotina učvršćuje čeličnom zaštitnom cijevi. Ta se cijevpribližno spušta do gornje granice toka podzemne vode. Nakon toga se u bušotinu spušta radnacijev manjeg promjera, koja seže do donje granice vodonosnog sloja i donekle se utiskuje uvodonepropusni sloj. Zatim se spušta jedan od tipova filtra, manjeg promjera od radne cijevi.Poslije ugradnje filtra uklanja se iz bušotine radna cijev a prstenasti prostor između filtarske cijevi iPoslije ugradnje filtra uklanja se iz bušotine radna cijev, a prstenasti prostor između filtarske cijevi izaštitne cijevi brtvi s pomoću ugrađenih brtvi.

Pri većim dubinama rasprostiranja podzemne vode, uslijed povećanja otpora pobijanju zaštitnihcijevi, koristi se niz zaštitnih cijevi s postupno sve manjim promjerom, slika 1.5::15(b). Nakon štose s cijevi promjera D1 [mm] dosegne najveća moguća dubina h1 [m], spušta se u bušotinu cijevnajbližeg manjeg promjera D2 na dubinu h2, koja trpi otpor zemljišta samo na visini h2 - h1. Akopotrebna dubina nije dosegnuta drugom cijevi, nastavlja se trećom cijevi još manjeg promjera D3,itd. Na kraju, na donjem dijelu posljednje cijevi postavlja se filtar, a cijev se povlači prema gore navisinu koja odgovara visini filtra. Preostale zaštitne cijevi, izuzev vanjske, odsijecaju se iznutrasjekačem cijevi, a prstenasti prostor između susjednih cijevi se brtvi.

Pojedinačna visina zaštitnih cijevi ovisi o načinu bušenja i sastavu tla, tako da pri udarnombušenju iznosi 20 do 25 [m] a pri rotacijskom bušenju i do 500 [m]bušenju iznosi 20 do 25 [m], a pri rotacijskom bušenju i do 500 [m].

Prilikom zahvaćanje većih količina vode izvodi se grupa zdenaca i objedinjuje u jedinstveni sustavvodozahvatnih objekata, međusobnog rasporeda kao što je za slučaj kopanih zdenaca prikazanona slici 1.5::12. Naravno, raspored zdenaca se može razlikovati od prikazanog.

Načini spajanja bušenih zdenaca su također istovjetni načinima spajanja kopanih zdenaca.

Proračun dotoka u pojedinačne vertikalne vodozahvate (zdence) ovisi o osnovnimp j ( )slučajevima strujanja podzemne vode prema zdencima, a koji se razlikuju prema:

(I) vrsti strujanja: (Ia) zdenci u strujanju sa slobodnim vodnim licem (obični zdenci),

(Ib) d i t j j d tl k ( t ški ili b t ški d i)(Ib) zdenci u strujanju pod tlakom (arteški ili subarteški zdenci).

(II) dubini prorupčanog dijela zdenca: (IIa) potpuni zdenci,

(IIb) nepotpuni zdenci.

▪ Dotok prema običnom zdencu promatra se kao dotok prema (a) potpunom običnom zdencu i prema(b) nepotpunom običnom zdencu, slika 1.5::16.

Slika 1.5::16 Strujanje podzemne vode prema običnom zdencu(a) potpuni zdenac; (b) nepotpuni zdenac

1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – statička razina podzemne vode; 5 – depresijska ploha

(a) Dotok, Qpo [m3 s-1], prema potpunom običnom zdencu, slika 1.5::16(a), dobiven je pod(a) Dotok, Qpo [m s ], prema potpunom običnom zdencu, slika 1.5::16(a), dobiven je podanalognim pretpostavkama (Dupuit) kao i dotok u galeriju. Dan je izrazom:

oopo R

hHkQQ

22 −== π (1.5-05)

o

opo

r

RQQ

ln

gdje su:

(1.5 05)

Ro – radijus utjecaja zdenca, [m],ro – unutarnji radijus zdenca, [m].

(b) Dotok, Qno [m3 s-1], prema nepotpunom običnom zdencu, slika 1.5::16(b), ne može biti dobivenna temelju Dupuitove postavke, jer postoji strujanje i s izrazitim vertikalnim komponentama brzine,koje nije zanemarivo. Radi toga je izvod formula za dotok prema ovome tipu zdenca vrlo složenj j g j p p(može se npr. upotrijebiti teorija potencijalnog strujanja), tako da se za praktične potrebe koristigotovim formulama kao npr. formulom Girinskog:

ooo sshkQQ

)2( −== π (1 5 06)

o

oono

r

shkQQ

2.1

2ln

−π

gdje je so [m] sniženje razine podzemne vode u zdencu.

(1.5-06)

Formula vrijedi ako je ho < Ho/3.

▪ Dotok vode prema arteškom ili subarteškom zdencu također se promatra kao dotokprema (a) potpunom arteškom ili subarteškom zdencu i prema (b) nepotpunom arteškom iliprema (a) potpunom arteškom ili subarteškom zdencu i prema (b) nepotpunom arteškom ilisubarteškom zdencu, slike 1.5::17.

Slika 1.5::17 Strujanje podzemne vode prema arteškom ili subarteškom zdencu(a) potpuni zdenci; (b) nepotpuni zdenac( ) p p ( ) p p

(a1) i (b1) arteški zdenac; (a2) i (b2) subarteški zdenac

1 – površina terena; 2 – vodonepropusni krovinski sloj; 3 – vodonosni sloj; 4 – vodonepropusni sloj; 5 – statička razina podzemne vode; 6 – depresijska ploha

N i lik 1 1 j či d j hid lički č šk ili b šk dNaime, sa slike 1.5::17 je očito da je za hidraulički proračun arteškog ili subarteškog zdencasasvim nevažno da li je razina podzemne vode u zdencu iznad površine terena (arteški zdenac) iliunutar visine krovinskog vodonepropusnog sloja (subarteški zdneac). Zato će se naredne analizeodnositi na oba ova tipa zdenaca.

(a) Dotok, Qpas [m3 s-1], prema potpunom arteškom, slika 1.5::17(a1), ili potpunom subarteškomzdencu, slika 1.5::17(a2), analogno kao i kod potpunog običnog zdenca, dan je izrazom:

hH

o

o

oopas

r

RhH

MkQQln

2−

== π

gdje je M [m] debljina sloja podzemne vode pod tlakom, a Ho [m] označava visinu koja odgovara

(1.5-07)

tlaku podzemne vode u vodonosnom sloju.

(b) Dotok, Qnas [m3 s-1], prema nepotpunom arteškom, slika 1.5::17(b1), ili nepotpunomsubarteškom zdencu, slika 1.5::17(b2), također ne može biti dobiven na temelju Dupuitovesubarteškom zdencu, slika 1.5::17(b2), također ne može biti dobiven na temelju Dupuitovepostavke, tako da se za proračun takovog zdenca može koristiti npr. formula Babuškina:

onas

sakQQ

2612π== (1.5-08)

o

nas

r26.1

ln(1.5 08)

gdje je a [m] dubina uronjenja prorupčanog dijela zdenca u vodonosnom sloju.

Formula vrijedi ako je a < M/3.

▪ ▪ ▪

Naglasimo da svi prethodni izrazi vrijede za proračun dotoka samo prema jednom zdencu, pričemu je kod zdenaca pod tlakom sniženje razine podzemne vode linearno proporcionalno sčemu je kod zdenaca pod tlakom sniženje razine podzemne vode linearno proporcionalno sdotokom, dok je kod zdenaca u strujanju sa slobodnim vodnim licem ta veza nelinearna.

Ova je činjenica bitna za proračun dotoka prema grupi zdenaca, jer se u slučaju linearne ovisnostidotoka i sniženja može primijeniti načelo superpozicije na kojemu se onda dalje izvode formule zadotok prema zdencima.

Međutim, kod nelinearne ovisnosti proračun dotoka prema grupi zdenaca je osjetno složeniji.

1.5.3 – 3. Građevine za kaptažu izvora

Izvori predstavljaju prirodno izlaženje podzemnih voda na površinu terenaIzvori predstavljaju prirodno izlaženje podzemnih voda na površinu terena.

Zbog (u pravilu) visoke zdravstvene kvalitete izvorske vode, kao i relativno jednostavnog načinanjenog zahvaćanja, nastoji se uvijek za vodoopskrbu, ako je ikako moguće, koristiti izvorsku vodu.

Najopćenitije, postoje dvije vrste izvora:

(1) uzlazni izvori,

(2) silazni izvori(2) silazni izvori.

(1) Uzlazni izvori se formiraju probijanjem u površinske slojeve tla podzemnih voda pod tlakom, akao rezultat narušavanja čvrstoće vodonepropusnih krovinskih slojeva.

(2) Silazni izvori nastaju kao rezultat isklinjavanja na površinu tla vodonosnih slojeva koji leže navodonepropusnoj podlozi i sadrže vodu bez tlaka.

Građevine za zahvaćanje izvorske vode nazivaju se kaptaže, a proces sakupljanja izvorske vodenaziva se kaptiranje izvora.

Ove građevine se različito izvode, ovisno o vrsti izvora.

(a) Kaptiranje uzlaznih izvora, slika 1.5::18(a), se provodi kaptažnom građevinom u vidu vodnekomore (vodospreme) koja se izvodi nad mjestom najjačeg izviranja vode. Ako voda izvire krozispucali stjenski površinski sloj, tada taj sloj treba očistiti i u slučaju iznošenja čvrstih česticaugraditi filtar Filtar treba izvesti i ako voda izvire kroz površinski pjeskovito–šljunčani slojugraditi filtar. Filtar treba izvesti i ako voda izvire kroz površinski pjeskovito–šljunčani sloj.

Slika 1.5::18 Sheme kaptiranja(a) uzlaznog izvora; (b) silaznog izvora(a) uzlaznog izvora; (b) silaznog izvora

1 – vodna komora; 2 – zasunska komora; 3 – filtar; 4 – kosa krila; 5 – ventilacijska cijev; 6 – normalna (radna) razina vode; 7 – najviša dozvoljena razina vode; 8 – odvodni cjevovod; 9 – preljevna cijev; 10 – ispusno–preljevna cijev;

11 - otvori; 12 – površina terena; 13 – nepropusni glineni sloj

(b) Kaptiranje silaznih izvora također se ostvaruje posredstvom vodne komore smještene namjestu najjačeg izviranja vode. U većini slučajeva, radi što potpunijeg zahvaćanja vode, izvode sej jj g j j , p p j g j ,građevine u obliku brana ili uspornih zidova, okomito na osnovni smjer strujanja podzemne vode.

Na slici 1.5::18(b) prikazan je primjer kaptažne građevine za zahvaćanje vode silaznih izvora.Voda ulazi u vodnu komoru kroz otvore u prednjem zidu, zasute s vanjske strane (šljunčanim)filtrom Prema vodnoj komori se obostrano priključuju kosa krila koja pregrađuju vodni tokfiltrom. Prema vodnoj komori se obostrano priključuju kosa krila koja pregrađuju vodni tok.

Radi odvođenja vode potrošačima, mogućnosti njenog prelijevanja i pražnjenja vodne komore,predviđena je kod obje kaptažne građevine izvedba zasunske komore opremljena cijevima ipredviđena je kod obje kaptažne građevine izvedba zasunske komore, opremljena cijevima ivodovodnim armaturama.

Mogućnost prelijevanja vode iz vodne komore je potrebno osigurati da bi se isključilo eventualnoformiranje uspora vode, jer bi to moglo izazvati smanjenje izdašnosti izvora, a u nepovoljnijemj p j g j j p j jslučaju čak i pojavu da izvor nađe drugi izlaz na površinu, zaobilazeći kaptažnu građevinu.

▪ ▪ ▪

Konstrukcije kaptažnih građevina mogu imati, u odnosu na prethodno opisane, i brojnej g g jposebnosti, pošto lokalni geološki, hidrogeološki i topografski uvjeti u svojim kombinacijamanalažu u pojedinačnim slučajevima posebne mjere kod njihove izvedbe.