Схемы групповых водопроводов

Такие водопроводы одной системой охватывают несколько населенных пунктов, иногда различного назначения (рисунок 3).

 

 

1 – узел головных сооружений; 2 – нагнетательный напорный водовод;

3 - резервуары; 4 – самотечный напорный водовод; 5 – насосная станция подкачки; 6 – водонапорная башня; 7 – населенный пункт

 

Рисунок 3 – Схемы группового водопровода

 

В схему группового водопровода входят следующие сооружения: водозаборные скважины, запасно-регулирующие резервуары, насосная станция перекачки воды, водоводы, разводящие сети внутри населенных пунктов. При поступлении воды в населенный пункт по одной линии водовода в схеме предусматривают внутрихозяйственные водопроводы, которые состоят из запасно-регулирующих резервуаров для хранения запаса воды на пожаротушение, аварийный случай и объема для регулирования работы сети, насосной станции, объемов для внутрихозяйственной водопроводной сети и водонапорной башни.

Целесообразность устройства такого водопровода обосновывают детальными технико-экономическими расчетами.

 

2 Источники водоснабжения

 

2.1 Требования к источникам водоснабжения

Суммарные водные ресурсы России для среднего по водности года оцениваются приблизительно в 5000 км /год, из них 80 % приходится на поверхностный сток и около 20 % - на подземные воды.

Выбор водоисточника является важнейшей задачей при проектировании системы водоснабжения, т. к. он определяет характер самой системы, технологическую схему и состав водопроводных сооружений, а следовательно, строительную и эксплуатационную стоимости водопроводного комплекса. При выборе источника водоснабжения того или иного объекта требуются всестороннее изучение и тщательный анализ водных ресурсов региона, где расположен проектируемый объект.

Используемые для целей водоснабжения природные источники могут быть подразделены на поверхностные (реки, моря, водохранилища и озера) и подземные (грунтовые и артезианские воды и родники). Для водоснабжения населенных мест и большинства промышленных предприятий наиболее подходящими являются подземные (особенно артезианские и родниковые) слабоминерализованные воды.

На выбор водоисточника влияют следующие основные факторы:

- удаленность источника от объекта водоснабжения;

- санитарная гидрогеологическая характеристика источника (необходимость регулирования речного стока и условия его осуществления, качество и количество воды в выбираемых источниках);

- высота подъема воды от источника до объекта водоснабжения и стоимость ее кондиционирования.

Перечисленные факторы взаимодействуют в различных сочетаниях, поэтому, как правило, необходимо технико-экономическое обоснование выбора источника.

Качество вод природных источников – самостоятельно.

 

2.2 Подземные воды, условия залегания и формирования.

Зона санитарной охраны подземных вод

 

Отличительными особенностями подземных вод являются постоянные температуры (5-12 С), отсутствие мутности и цветности, высокая санитарная надежность, значительная минерализация, а иногда повышенное содержание железа, фтора, солей жесткости, марганца и сероводорода. Они образуются в результате проникания в глубь земли атмосферных осадков и поверхностных вод, а так же вследствие конденсации водяного пара из атмосферы.

Подземные воды, заполняя поры тез или иных пород, образуют так называемые водоносные пласты; в трещинах и пещерах они находятся в виде подземных водотоков. Водоносный пласт подстилается водоупорным пластом, называемым водоупорным ложем или просто водоупором. Пласты породы, перекрывающие водоносный пласт, называются его кровлей.

Безнапорные подземные воды насыщают водоносный пласт не на всю его толщину, а имеют свободную поверхность, называемую зеркалом подземных вод (рисунок 4). Уровень воды в колодцах, сооруженных в таком пласте, устанавливается на той же отметке, на которой вода была встречена при вскрытии пласта. Давление над свободной поверхностью грунтовых вод, т. е. над их зеркалом, равно атмосферному. Мощность водоносного пласта определяется слоем водовмещающей породы от водоупора до зеркала подземных вод.

 

1,2 – область питания артезианских вод; 3 – «верховодка»;

4 – грунтовые воды; 5 – пьезометрическая линия; 6 – нисходящий

источник; 7 – река; 8,10 – область разгрузки напорных вод;

9 – восходящий источник; 11 – артезианские воды;

12 – межпластовые безнапорные воды;

13 – водопроницаемые грунты; 14 – водоупорные породы;

А и Б - артезианские скважины

 

Рисунок 4 – Схема залегания подземных вод

 

Подземные воды, полностью насыщающие водоносный пласт, перекрытый сверху водонепроницаемыми грунтами, и обладающие пьезометрическим напором, называют напорными или межпластовыми. При напорных водах уровень в колодцах поднимается выше отметки, на которой вода может быть встречена при устройстве колодца. Давление под кровлей напорного пласта больше атмосферного. В местах выхода водоносных пластов на поверхность земли образуются родники или ключи.

В верхних припочвенных слоях иногда встречаются воды, обычно называемые «верховодкой», которые характеризуются непостоянством и неопределенностью залегания.

При решении вопроса об использовании подземной воды необходимо своевременно установить, залегает она в виде грунтового потока, т. е. водоносного пласта, по порам которого непрерывно движется вода, или грунтового бассейна, т. е. водоносного пласта, содержащего в своих пустотах некоторый запас неподвижной воды, пополняемой различными путями. В грунтовом потоке свободная или напорная поверхность подземных вод имеет некоторый уклон в направлении движения потока. Свободная поверхность вод грунтового бассейна горизонтальная.

Зона санитарной охраны подземных вод делится на два пояса. Границы первого пояса необходимо устанавливать на расстоянии от водозабора:

- для надежно защищенных горизонтов – не менее 30 м;

- для незащищенных, недостаточно защищенных горизонтов и инфильтрационных водозаборов – не менее 50 м.

Очевидно, что для инфильтрационных водозаборов в зону первого пояса необходимо включать прибрежную территорию между водоемом и водоприемным сооружением.

Для одиночных колодцев, расположенных на территории, где исключено загрязнение почвы, расстояние от них до ограждения допускается 15-25 м в зависимости от местных условий.

Второй пояс (зона ограничений) представляет собой территорию, для которой вводятся определенные ограничения ее использования с тем, чтобы предотвратить возможность загрязнения эксплуатируемого водоносного слоя. Границы второго пояса устанавливают в зависимости от санитарных и гидрогеологических условий, характера использования подземного потока и определяют расчетом.

На территории второго пояса должны быть осуществлены следующие предупредительные мероприятия:

- выявлены и затампонированы старые и неработающие скважины;

- приведены в порядок дефектные скважины;

- выявлены и ликвидированы имеющиеся поглощающие колодцы;

- проведено благоустройство населенных пунктов, расположенных на территории зоны с целью защиты используемого водоносного пласта от всевозможных загрязнений с поверхности.

Во втором поясе зоны санитарной охраны не допускается проведение каких-либо работ, связанных с нарушением пород, перекрывающих сверху используемый водоносный слой. Запрещается размещение животноводческих ферм и стойбищ, в том числе и выпас скота, на расстоянии менее 100-300 м от границ первого пояса.

 

2.3 Поверхностные источники водоснабжения, особенности

формирования качества воды в них. Зона санитарной охраны

 

В настоящее время централизованные системы хозяйственно-питьевого водоснабжения получают воду в более чем 80 % из поверхностных источников. В сложившейся практике из поверхностных водоисточников наиболее часто используют реки.

Как правило, средние и крупные реки по своему дебиту (максимально возможному расходу) удовлетворяют потребности в воде обычных объектов водоснабжения, в противном случае производят зарегулирование их стока.

Рекам свойственны сезонные колебания их расхода и качества воды, поэтому при выборе реки нужно проверять возможность получения необходимых количеств воды в период наименьшего ее дебита и при изменении очертаний ее русла. Следует помнить, что в периоды паводков речная вода характеризуется высокой цветностью и низкой щелочностью, большим количеством взвешенных веществ, наличием различных ядохимикатов (в результате смыва с полей), значительной бактериальной загрязненностью, наличием привкусов и запахов, что осложняет ее очистку. Как правило, речные воды отличаются малым содержанием минеральных солей и небольшой жесткостью.

Особую трудность представляет собой использование для целей централизованного водоснабжения горных рек, отличающихся не только резкими колебаниями дебита, но и качеством воды.

Воды озер характеризуются различной степенью минерализации, незначительной мутностью, цветностью и наличием солей железа в периоды паводков.

Воды водохранилищ отличаются малой мутностью(за исключением прибрежной зоны, где она увеличивается вследствие сработки берегов), высокой цветностью и окисляемостью, наличием планктонов в теплое время года, низкой минерализацией, небольшим щелочным резервом и малой жесткостью. Указанные особенности этих вод представляют известные трудности при решении задачи улучшения их качества.

Зона санитарной охраны поверхностного источника водоснабжения представляет собой территорию, которая охватывает используемый водоем и частично бассейн его питания. На этой территории устанавливают режим, гарантирующий надежную защиту источника водоснабжения от загрязнения и обеспечение требуемой санитарной надежности воды. Зона санитарной охраны устанавливается в два пояса: для водозаборных сооружений и площадок водоочистных сооружений она состоит из первого пояса, для водоводов – из второго пояса.

Первый пояс («строгого режима») охватывает водоем в месте забора воды и территорию размещения головных водопроводных сооружений (водоприемников, насосных станций, резервуаров). Территорию этого пояса ограждают от доступа посторонних лиц и окружают зелеными насаждениями. Постоянное проживание людей не допускается. Границы первого пояса зоны санитарной охраны для реки или водоподводящего канала устанавливают:

- вверх по течению – не менее 200 м от водозабора;

- вниз по течению – не менее 100 м от водозабора;

- по прилегающему к водозабору берегу – не менее 100 м от линии уреза воды при максимальном уровне;

- в направлении от прилегающего к водозабору берега в сторону водоема: при ширине реки или канала до 100 м – вся акватория и противоположный берег полосой 50 м от уреза воды при максимальном уровне, при ширине реки или канала свыше 100 м – полоса акватории шириной не менее 100 м.

Границы первого пояса зоны санитарной охраны водохранилища или озера, используемых в качестве водоисточника, устанавливают:

- по акватории во всех направлениях – не менее 100 м от водозабора;

- по прилегающему к водозабору берегу – не менее 100 м от линии уреза воды при максимальном уровне. На водозаборах ковшового типа в первый пояс входит вся акватория ковша.

Второй пояс зоны санитарной охраны включает источник водоснабжения и бассейн его питания, т. е. все территории и акватории, которые оказывают влияние на формирование качества воды источника, используемого для водоснабжения. Границы второго пояса реки или канала определяют исходя из возможности загрязнения водоема стойкими химическими веществами:

- вверх по течению – исходя из пробега воды от границ пояса до водозабора при расходе 95%-ой обеспеченности в течение 3-5 суток;

- вниз по течению – не менее 250 м;

- боковые границы - по водоразделу.

Для водохранилища или озера границы второго пояса устанавливают исходя из пробега воды от них до водозабора в течение не менее 5 суток при максимальной скорости течения. При наличии судоходства в зону второго пояса включается акватория, прилегающая к водозабору в пределах фарватера.

Зона второго пояса должна обеспечивать условия для формирования качества воды, соответствующей стандарту: для рек и каналов на расстоянии

1 км вверх по течению, для озер и водохранилищ – на расстоянии 1 км в обе стороны.

Граница первого пояса зоны санитарной охраны площадки водоочистных сооружений должна совпадать с ее ограждением, которое располагают на расстоянии: не менее 30 м от стен запасных и регулирующих емкостей, фильтровальных сооружений и насосных станций; не менее 10 м от стен или конструкций ствола водонапорной башни; расстояние от стен остальных помещений – согласно действующему СНИПу.

При прокладке водоводов по незастроенной территории ЗСО надлежит предусматривать в виде полосы шириной в обе стороны от крайних линий: при отсутствии грунтовых вод или движению их по направлению от водоводов диаметром до 1000 м – шириной 10 м, диаметром более 1000 м – шириной 20 м, а при движении грунтовых вод в направлении к водоводам независимо от их диаметра – шириной не менее 50 м. При прохождении водоводов по застроенной территории допускается уменьшение ширины полосы ЗСО.

 

Водопотребление

3.1 Основные категории водопотребления

 

Решение вопросов водоснабжения того или иного объекта начинается с определения требуемого количества и качества воды. Основными категориями водопотребителей вода расходуется:

- на хозяйственно-питьевые нужды населения, обусловленные бытом людей (питье, приготовление пищи, личная гигиена и гигиена жилища, стирка и т.п.); сюда же относятся все расходы воды на благоустройство (поливка проезжей части улиц и тротуаров, зеленых насаждений, обводнение городских водоемов и обмен воды в бассейнах и т.п.). Эта категория водопользователей при объединенном водопроводе предъявляет к воде требования, регламентируемые ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая», СанПиН 2.1.4. 1074 - 01 «Вода питьевая. Гигиенические требования качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.» т.е., в целом, это прежде всего санитарно-гигиенические требования. Вместе с тем в аридных и полуаридных зонах для этих целей можно использовать воду с повышенной минерализацией, с также дочищенные сточные воды для поливки зеленых насаждений, улиц и других целей;

- для нужд сельского хозяйства: на хозяйственно-питьевые цели, коммунальные нужды (котельные, прачечные, столовые и пр.), для производственных целей (МТС, мастерские по ремонту сельскохозяйственной техники, тепличное хозяйство и т.п.), для водопоя скота (минерализация воды до 3 г/дм и орошения (качество воды не нормируется, но не должно вызывать засоления почвы);

- для технологических целей различных промышленных предприятий (приготовление различных фабрикатов, промывка продукции и пр.). В этом случае требования к воде определяются технологией производства;

- для паросилового хозяйства используется вода, не содержащая примесей, вызывающих образование накипи, вспенивания котловой воды, унос солей с паром и коррозию металла;

- для охлаждения различных производственных аппаратов используется вода с минимальной температурой, не содержащая грубых взвешенных частиц, стабильная, с минимальным количеством биологических загрязнений;

- для заводнения нефтяных пластов и пылеподавления в шахтах требуется значительное количество воды питьевого качества (по физико-химическим показателям;

- для пожаротушения пригодна вода практически любого качества.

 

3.2 Нормы водопотребления

 

Определение количества воды, необходимой потребителю, является ответственной задачей при проектировании систем водоснабжения.

Количество воды, требуемой для хозяйственно-питьевых нужд населения, определяется по следующей методике. Общий расход воды на нужды населения в каком-либо населенном пункте пропорционален числу жителей. Следовательно, необходимо знать расход воды одним жителем (удельное водопотребление), который является суммой расходов на различные нужды и зависит от степени комфортности жилищ, благоустройства города, климатических условий и т.п. Чем выше степень санитарно-технического оборудования жилищ, тем больше будет удельное водопотребление; в условиях жаркого климата водопотребление больше и т.д.

На основании обширных статистических данных о фактическом удельном водопотреблении на хозяйственно-питьевые нужды населения разработаны нормы расходования воды на одного жителя. Эти нормы служат основой для определения общих расходов воды с учетом степени благоустройства жилищ и климатических условий при проектировании систем водоснабжения.

Очевидно, что с ростом благосостояния населения и совершенствованием санитарно-технического оборудования расход потребляемой воды постоянно увеличивается, поэтому нормы водопотребления постоянно пересматриваются. В настоящее время действуют нормы хозяйственно-питьевого водопотребления, приведенные в СНИП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий», которые учитывают расходы воды на все хозяйственно-питьевые нужды людей как в жилых домах, так и в общественных зданиях (столовых, банях, прачечных, кинотеатрах, больницах и т.д.).

 

Таблица 1 – Средние нормы водопотребления на одного жителя

Характер оборудования зданий санитарно-техническими устройствами	Средняя норма водопотребления q , л/сут
Внутренний водопровод и канализация (без ванн) Внутренний водопровод, канализация и ванны с местными водонагревателями Внутренний водопровод, канализация и система централизованного горячего водоснабжения	125-160 160-230   230-250

П р и м е ч а н и я: 1. При водопользовании из водоразборных колонок удельное среднесуточное водопотребление на одного жителя следует принимать 30-50- л/сут. 2. Количество воды на нужды местной промышленности и неучтенные расходы принимают дополнительно в размере 10-20-% суммарного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта.

 

Для районных перспективных схем водоснабжения среднесуточные за год нормы водопотребления следует принимать по таблице 2.

Расход хозяйственно-питьевой воды изменяется по сезонам года, поэтому при проектировании системы водоснабжения кроме среднесуточного необходимо знать и вероятное максимальное суточное водопотребление объекта. При определении суммарного расхода воды необходимо учитывать расход воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих во время пребывания их на производстве и расходы на поливку зеленых насаждений, мойку улиц и площадей (таблица3).

 

Таблица 2 – Перспективные нормы водопотребления

Вид водопотребления	Средняя норма водопотребления, л/сут
до 1980 г.	до 2000 г.
Для городских и промышленных районов: хозяйственно-питьевые нужды, местная промышленность, поливочные и другие нужды Для сельскохозяйственных районов: хозяйственно-питьевые нужды (без учета расходов на поливку)

П р и м е ч а н и я: 1. Норму водопотребления допускается изменять на 10-20% в зависимости от климатических условий и степени благоустройства.

2. Для южных районов допускается учитывать в водохозяйственном балансе расход воды на поливку зеленых насаждений и приусадебных участков из арычной сети в размере 0,5-1,0 м /сут на одного жителя.

 

Таблица 3 – Нормы расходов воды на благоустройство территории населенных пунктов и промышленных предприятий

Вид использования воды	Измеритель	Норма расхода на одну поливку, л/м
Механизированная мойка усовершенствованных покрытий площадей и проездов Механизированная поливка усовершенствованных покрытий площадей и проездов Поливка из шлангов вручную усовершенствованных покрытий тротуаров и проездов Поливка цветников и газонов Поливка городских зеленых насаждений	1 мойка   1 поливка   то же   -«- -«-	1,2-1,5   0,3-0,4   0,4-0,5   4-6 3-4

П р и м е ч а н и к. Принимают одну-две поливки в сутки в зависимости от климатических условий.

 

При отсутствии сведений о площадях, подлежащих поливке или мойке, для предварительных расчетов рекомендуется принимать суммарный расход на эти нужды из расчета 50-90 л/сут на одного жителя в зависимости от климатических условий, мощности водоисточника, степени благоустройства населенных пунктов и других местных условий. На производственных предприятиях поливку зеленых насаждений и мойку проездов разрешается производить водой из сетей производственного водоснабжения, если качество ее соответствует санитарным и агротехническим требованиям.

В сельскохозяйственных поселках значительное количество воды расходуется на водопотребление животных, на водоснабжение тракторов и сельскохозяйственных машин, а также на нужды различных промышленных предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию. Кроме того, для сельских населенных мест характерен большой расход воды животными, находящимися в личной собственности жителей, который должен учитываться также в составе хозяйственно-питьевого расхода воды населением. При расчете водопотребления сельских населенных мест в ряде случаев можно применять укрупненную норму расхода воды на один двор, которую для различных районов страны устанавливают в соответствии с местными условиями (таблица 4).

 

Таблица 4 – Примерные укрупненные нормы расхода на один сельский двор

Потребители	Число потребителей	Нормы расхода воды, л/сут	Общий расход, л/сут
Семья Коровы молочные Молодняк к.р.с. Овцы и козы Свиноматки с приплодом Птицы	1-2 5-10		30-60 50-100
Всего	760-790 или ≈ 800-1000

 

Наиболее крупными производственными водопотребителями воды являются металлургические и нефтедобывающие заводы, теплосиловые станции, использующие воду для охлаждения. Кроме того, на производстве вода используется для обмывки продуктов, конденсации и получения пара, промывки используемых материалов, гидравлического транспорта, пылеподавления и др.

Очевидно, что разные производственные потребители предъявляют к качеству воды различные требования.

При проектировании систем водоснабжения промышленных предприятий расчетные расходы воды для нужд производства принимают исходя из характера и объема производства, состава исходного сырья и получаемого продукта, роли воды в технологических процессах, условий использования воды и ее физико-химических показателей, схемы водоснабжения и повторного использования воды. Для ориентировочных расчетов потребления воды на производственные нужды можно использовать укрупненные нормы.

Для более рационального использования воды и предотвращения загрязнения водоемов промышленными стоками необходимо предусматривать разработку и внедрение (где это возможно) маловодных оборотных систем водоснабжения, обязательное использование дочищенных сточных вод для технического водоснабжения, замену водяного охлаждения машин и получаемого продукта воздушным или испарительным, жесткое нормирование отпуска воды промышленным предприятиям.

Следует различать полные расходы воды на нужды производства и расходы «свежей» природной воды из водоисточника для восполнения потерь в оборотных или повторных циклах.

В современной практике пожаротушение осуществляют подачей воды из пожарных гидрантов, размещаемых на наружной водораспределительной сети хозяйственно-питьевого (производственного) объединенного с противопожарным водопровода, а для внутреннего пожаротушения используют пожарные краны, устанавливаемые на сети внутреннего водопровода. Нормы расхода воды для тушения пожаров приведены в СНиП.

В городах с населением более 1 млн. человек расход воды на пожаротушение и расчетное число одновременных пожаров устанавливают в каждом конкретном случае по согласованию с местными органами Госпожнадзора. Расход воды на наружное пожаротушение нужно принимать для каждого населенного пункта в отдельности в зависимости от числа жителей в нем.

Для сельских населенных пунктов с числом жителей до 500 чел. допускается принимать расчетный расход воды на наружное пожаротушение 5 л/с при продолжительности пожара 3 ч независимо от характеристики застройки. Для групповых сельскохозяйственных водопроводов число одновременных пожаров следует принимать по соответствующим таблицам согласно общей численности жителей.

При проектировании системы водоснабжения промышленного предприятия или сельскохозяйственного производственного комплекса расчетное число одновременных пожаров принимают в соответствии с площадью занимаемой территории: до 150 га – один пожар, более 150 га – два пожара. Расход воды на один пожар для наружного пожаротушения через гидранты на промышленных предприятиях определяют по СНиП в зависимости от характера производства и степени огнестойкости производственных зданий.

Неприкосновенный запас воды, хранящийся в резервуаре чистой воды, должен быть восстановлен в следующие сроки:

в населенных пунктах и на промышленных предприятиях, отнесенных по пожарной опасности к категориям А, Б, В – 24 ч;

на промышленных предприятиях с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям Г, Д, Е – 36 ч;

в сельских населенных пунктах и на сельскохозяйственных предприятиях – 72 ч.

На период восполнения противопожарного объема воды разрешается снижать подачу воды на хозяйственно-питьевые нужды системами водоснабжения I и II категории до 70 %, III категории – до 50 % расчетного расхода и подавать воду на производственные нужды по аварийному графику.

 

3.3 Определение расчетных расходов воды. Неравномерность

водопотребления

 

Основным измерителем количества воды, требуемой для водоснабжения объекта, принимается средний за годсуточный расход. Например, расчетный средний суточный расход воды Q , м /сут, на хозяйственно-питьевые нужды города или поселка равен:

,

 

где q - удельное водопотребление, л/сут;

N – расчетное число жителей, принимаемое в соответствии с проектом планирования населенного пункта.

Число жителей к концу расчетного периода будет равно:

 

,

 

где N – современное число жителей;

Е – естественный прирост населения за расчетный период;

М – механический прирост населения за расчетный период (переселившиеся в данный населенный пункт).

Полученный средний суточный расход воды изменяется по сезонам года и зависит от режима жизни населения, климатических условий, сезонности некоторых видов расхода воды.

Расчетный расход воды в сутки наибольшего или наименьшего водопотребления равен:

;

.

 

Коэффициенты суточной неравномерности водопотребления К , учитывающие уклад жизни населения, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели, режим работы предприятий, надлежит принимать равным: =1,1-1,3 и =0,7-0,9. Большая неравномерность водопотребления соответствует малому числу жителей, небольшому развитию промышленности и значительным сезонным колебаниям температуры.

Расчетные часовые расходы воды, м /ч, находят из выражений:

 

;

.

 

 

Коэффициент часовой неравномерности водопотребления К определяют из выражений:

;

;

 

где - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, климатические и другие местные условия, принимаемый равным: , ; - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте и принимаемый по соответствующим таблицам для каждого района.

Максимальный суточный расход воды в дни максимального водопотребления населенного пункта является тем расчетным расходом воды, на подачу которого должен быть рассчитан проектируемый водопровод.

Для нахождения полного суточного расчетного количества воды на хозяйственно-питьевые нужды города или поселка к найденному расходу должно быть добавлено количество воды, необходимое для хозяйственно-питьевых нужд рабочих во время их пребывания на производстве (принимаемое по нормам и в соответствии с числом рабочих, числом рабочих смен и видом производства на предприятиях, расположенных в городе). Дополнительно должны быть учтены расходы коммунально-бытовыми учреждениями, а также расходы на поливку площадей, улиц и зеленых насаждений.

В населенных пунктах сельского типа средний суточный расход определяют по формуле:

;

 

где q – норма расхода воды на одного человека без учета расхода воды коммунально-бытовыми учреждениями;

 

;

 

где - число различных животных, находящихся в личной собственности;

- нормы расхода воды на одно животное различных видов (корова, свинья, овца и т.д.), м /сут;

- расход воды в больнице и на животноводческой ферме, м /сут;

- расход воды животноводческими и другими коммунально-бытовыми и промышленными потребителями, м /сут.

 

3.4 Режим работы систем водоснабжения и их отдельных элементов

 

Размеры, объемы резервуаров и баков водонапорных башен, число и мощность насосов, диаметры водоводов и магистралей распределительной сети определяют путем расчета адекватно количеству подаваемой воды и режиму их работы.

Основным фактором, определяющим режим работы всех элементов системы водоснабжения, является режим расходования воды потребителями, которых эта система обслуживает. Для ряда категорий потребителей решение этой задачи не представляет затруднений. Так, при проектировании водопроводов промышленных предприятий режим расхода воды на производственные нужды задается в соответствии с технологией предприятия, графиком водопотребления. Труднее установить режим водопотребления населенных пунктов, который определяется целым рядом факторов бытового характера, связанных с условиями жизни и деятельности людей. Поэтому единственно правильным способом решения этой задачи является изучение и анализ режима расходования воды на эксплуатируемых водопроводах, а также выявление и оценка основных факторов, влияющих на характер режима водопотребления населенного пункта. На основании этого при проектировании водопроводов задаются вероятным графиком водопотребления в течение расчетных суток наибольшего водопотребления.

Анализ режима водопотребления в населенных пунктах различного типа в различных климатических условиях позволил составить для них характерные графики в виде ступенчатых диаграмм колебания расхода воды в течение суток (рисунок 5). В каждом из графиков отношение его максимальной ординаты к средней (4,17 %) дает определенную величину коэффициента часовой неравномерности К . Расходы воды в отдельные часы суток (в процентах суточного расхода) могут быть заданы и в табличной форме. Очевидно, что графики водопотребления различны для отдельных дней недели, праздничных и предпраздничных дней и в различные периоды года.

Колебания расхода воды в течение суток на производственные нужды промышленности обусловлены особенностями технологического процесса и назначением воды и зависят от продолжительности работы предприятия в течение суток. График потребления воды из городского водопровода на технологические нужды промышленных предприятий зависит от режима забора ими воды из городской сети. Однако большинство предприятий имеет свои регулирующие емкости, поэтому забор воды для них из городского водопровода можно считать равномерным в течение суток.

Следовательно, при расчете и проектировании городского водопровода должен быть составлен общий график водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды населения и потребления воды из сети городского водопровода промышленными предприятиями, а также на благоустройство.

При составлении суточных графиков распределения расхода воды по часам в сельских поселках следует учитывать, что на характер часовых колебаний расхода воды в поселках сильно влияет система организации сельскохозяйственного предприятия. Поэтому суточные графики расходов воды в поселках различны.

Распределение расхода воды по часам зависит от времени года, дней отдыха, количества рабочих дней и т.д. Поэтому для определения максимального, среднего и минимального значения общего расхода воды в поселке строят годовой график суточных расходов (рисунок 6).

а – в коммунальном секторе; б – полив зеленых насаждений и улиц;

в – в производственном секторе; г – в животноводческом секторе

 

Рисунок 5 – Графики суточного водопотребления

 

 

1 – производственное водоснабжение; 2 – водопой продуктивного скота;

3 – водопой рабочего скота; 4 – расход воды коммунальным сектором

и постоянными рабочими

 

Рисунок 6 – Годовой график суточных расходов воды в сельском поселке

 

3.5 Взаимосвязь в работе основных сооружений системы водоснабжения

 

Определив схему водоснабжения (состав и взаимное расположение основных сооружений системы), вычислив расчетные суточные расходы воды и задавшись графиком (таблицей) режима водопотребления объекта в течение суток, необходимо установить режим работы отдельных сооружений водопровода, которые должны быть рассчитаны на работу в сутки максимального водопотребления.

Вода подается в распределительную сеть насосами II подъема, график работы которых принимается в зависимости от графика водопотребления и по возможности к нему приближается или совпадает. Но в отдельные часы суток количество поданной воды не будет совпадать с количеством израсходованной, отсюда становится понятным необходимость регулирующей емкости (водонапорной башни). Так, в часы, когда подача воды насосами превышает ее потребление, избыток воды поступает в башню и, наоборот, когда потребление воды превышает ее подачу, недостающее количество воды восполняется из башни.

При любом графике водопотребления центробежные насосы могут подавать воду в сеть, не имеющую аккумулирующих емкостей, но применение безбашенных систем экономично только при относительно небольших значениях коэффициента часовой неравномерности водопотребления.

Приняв график водопотребления и назначив адекватно с ним график работы насосной станции II подъема, определяют режим работы остальных сооружений водопровода, непосредственно связанных с насосной станцией.

Режим работы насосной станции II подъема связан с водозаборными и водоочистными сооружениями, размеры которых зависят от количества воды, проходящей через них в единицу времени, и находятся в обратной зависимости от числа часов работы насосной станции в сутки.

Очевидно, что с целью уменьшения габаритов и стоимости водозаборных и водоочистных сооружений насосная станция I подъема должна работать непрерывно. Поэтому на средних и крупных водопроводах принята круглосуточная и равномерная работа насосов станции I подъема и связанных с ними сооружений.

Резервуар чистой воды по своему положению разделяет сооружения системы водоснабжения на две группы, режим работы которых обуславливается, с одной стороны, работой НС-I, а с другой – работой НС-II. Из водоочистных сооружений вода поступает в резервуар согласно режиму работы НС-I, а забор воды из него диктуется режимом работы НС-II. Следовательно, РЧВ должен иметь некоторый регулирующий объем, который определяют при совмещении графиков подачи воды насосами I подъема и отбора воды насосами II подъема.

Необходимый регулирующий объем можно поделить межу РЧВ и баком водонапорной башни. Путем приближения графика работы насосов II подъема к графику водопотребления можно получить меньший объем бака башни при одновременном увеличении объема РЧВ и наоборот. Если, учитывая рельеф местности, предусматривают башню, то необходимо большую часть регулирующего объема аккумулировать в РЧВ, т.к. обычно строительная стоимость единицы объема бака башни значительно выше стоимости единицы объема РЧВ.

 

3.6 Свободный и требуемый напоры воды

 

Для полного понимания работы водопроводной системы необходимо уяснить связь между отдельными ее сооружениями в отношении напоров воды.

Насосные станции должны подавать воду потребителю не только в требуемом количестве, но и под необходимым напором. Разбор воды большинством потребителей происходит на некоторой высоте над поверхностью земли, поэтому в водопроводной сети необходимо обеспечить давление, достаточное для подъема воды на эту высоту и соответствующего излива в наивысшей водоразборной точке с учетом преодоления сопротивлений по пути. Следовательно, пьезометрическая высота в точке ответвления от городской сети должна равняться сумме геометрической высоты подъема воды над этой точкой и суммарной потери напора по пути движения воды.

Пьезометрическая высота, необходимая для нормальной работы водопровода, называется свободным хозяйственным напором , м, который равен:

,

где - геометрическая высота подъема воды от поверхности земли до наивысшей (диктующей) водоразборной точки;

- свободный напор, который необходимо обеспечить у водоразборных приборов;

h – потери напора в трубах, фасонных частях и арматуре на участке от точки присоединения к городской сети до водоразборной точки.

Значения и h можно найти в результате гидравлического расчета внутреннего водопровода, а свободный напор, требуемый в данной точке сети наружного водопровода, называют требуемым напором .

При проектировании городского водопровода свободный хозяйственный напор для отдельных районов принимают в зависимости от этажности застройки. СНиП рекомендует принимать свободный напор в сети водопровода населенных пунктов 10 м при одноэтажной застройке, при большей этажности следует прибавить по 4 м на каждый следующий этаж.

На рисунке 7 показано положение пьезометрических линий для случая максимального разбора воды в населенном пункте. Неблагоприятно расположенными в отношении напора воды оказываются точки, наиболее удаленные от башни. Именно в них получаются самые низкие пьезометрические отметки вследствие уменьшения напора воды в сети из-за потерь на преодоление гидравлических сопротивлений на пути от источника питания до этих конечных точек. Вместе с тем, чем выше геодезическая отметка точки, тем меньше величина располагаемого свободного напора.

 

1 – резервуар чистой воды; 2 – насосная станция I подъема;

3 – напорный водовод; 4 – водонапорная башня;

5 – распределительная сеть; 6 – жилая застройка

 

Рисунок 7 – Положение пьезометрических линий при максимальном

водоразборе

 

При расчете и проектировании водопровода для определения свободного напора, который необходимо создать в начале сети, находят некоторую критическую точку сети, наиболее неблагоприятную в отношение как ее геодезической отметки, так и удаленности от источника водопитания. На рисунке 7 такой критической точкой будет точка а, самая высокая из конечных точек сети.

По схеме легко установить связь между напорами в отдельных характерных точках системы:

,

где и - геодезическая отметка и расчетная высота дна бака башни;

- геодезическая отметка критической точки;

- потери напора на участке от башни до критической точки.

Расчетная высота башни, т.е. высота расположения дна бака башни над поверхностью земли, может быть определена так:

 

Выражение показывает, что водонапорную башню необходимо располагать на высоких отметках. Если в результате расчета высота башни равна нулю, то вместо башни устанавливают резервуар, расположенный на поверхности земли.