Характеристика системи водопостачання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Водопостачання



Вступ

Вода - це необхідний компонент, без якого неможливі існування і розвиток органічного світу: рослин, тварин і людей. Без достатньої її кількості і відповідної якості неможлива діяльність жодної галузі промисловості і сільського господарства. А ця кількість у зв'язку зі зростанням населення, розвитком промислового і сільськогосподарського виробництва неперервно і надзвичайно швидкими темпами збільшується.

За розрахунками вчених з загальної кількості водних ресурсів на Землі в 1386млн.км3 тільки 35млн.км3 (2,5%) припадає на долю прісних вод. На перший погляд це не так вже і мало але справа в тому, що основна частина прісної води знаходиться в такому стані, який робить її важкодоступною. для людини. Майже 70% прісних вод - льодовики, близько 30% знаходиться в водоносних шарах під землею і лише 0,006% її одночасно містять в собі русла всіх річок.

Обмежені ресурси прісних вод вже сьогодні є фактором, що стримує економічний розвиток людства, тому тільки раціональне використовування запасів води і дбайливе відношення до них як до природного багатства дасть можливість подальшого задоволення зростаючих потреб сучасного суспільства.



1. Джерела водопостачання

Природні джерела води поділяють на дві основні групи: поверхневі джерела - річки, озера, водоймища, канали і підземні джерела - різні типи підземних вод.

Характерними особливостями вод поверхневих джерел є їх значна мутність, високий вміст органічних речовин, бактерій, відносно малий солевміст і невелика жорсткість.

Підземні води не містять зовсім або містять дуже мало змулених речовин. Вони, як правило, безкольорові, але часто мають підвищену жорсткість, відрізняються значним вмістом солей заліза та інших елементів.



2. Системи водопостачання

Системою водопостачання називають комплекс споруд, які призначені для забезпечення споживачів водою в необхідній кількості, потрібної якості і під певним напором.

В залежності від споживача системи водопостачання виконують функції господарсько-питних, виробничих, протипожежних, поливальних водопроводів.

Забирання води з метою водопостачання можливо з поверхневих і підземних джерел. Для господарсько-питного водопостачання доцільно використовувати підземні води, які мають більш високі показники якості порівняно з поверхневими. Якщо потужність водоносних пластів підземних вод недостатня, або вони не придатні для водопостачання, то використовують поверхневі джерела. Вибір джерела є одним з важливих питань при проектуванні систем водопостачання різноманітних об'єктів. Від джерела в значній мірі залежить тип всієї системи, спосіб водопідготовки, наявність тих чи інших споруд і в кінцевому підсумку вартість її будівництва і експлуатації.

В загальному випадку до системи водопостачання входять такі споруди.

1. Водозабірні споруди 1. В залежності від характеру джерела водопостачання споруди для приймання води можуть бути різними. При відкритих джерелах (рис. 1а) забирання води здійснюється береговими і русловими водоприймачами різноманітних конструкцій . Забирання підземних вод (рис.1б) здійснюють шляхом улаштування колодязів, свердловин, підземних водозбиральних галерей, тощо.

2. Споруди для підйому і перекачування води - насосні станції. Взагалі, коли вода з джерела підлягає очищенню, вона перекачується на очисні споруди насосною станцією І-го підйому 2, а після очищення подається споживачам насосною станцією ІІ-го підйому 5.

3. Споруди для очищення води 3 - необхідні для доведення вихідної якості води до вимог, які висувають до неї споживачі.

4. Збірні резервуари (резервуари чистої води) 4 потрібні для вирівнювання нерівномірності режиму роботи насосних станцій І-го і ІІ-го підйомів і зберігання протипожежних і аварійних об'ємів води.

5. Споруди для транспортування води до місць її розподілу - водоводи 6. Вони являють собою лінії труб чи каналів, по яким вода подається до споживача (місто, селище, промислове підприємство).

6. Споруди для розподілу води по території об'єкта і роздачі її споживачам - водопровідна мережа 8.

Споруди для зберігання і акумулювання води - водонапірна башта 7, яка виконує ту ж роль, що і резервуар чистої води. При розташуванні башти за схемою рис. 1а систему називають системою водопостачання з баштою на початку мережі; при розташуванні за схемою рис. 1б - системою водопостачання з контррезервуара.

Розглянутий варіант загальної схеми водопостачання може бути значно спрощений, якщо якість води джерела відповідає вимогам споживачів. Тоді очисні споруди 3, а іноді і резервуари чистої води 4 і насосна станція ІІ-го підйому 5 можуть бути відсутніми. Можливі також випадки відмови від водонапірних башт.

Але обов'язковими елементами будь - якої системи водопостачання є водозабірні споруди, водоводи і водопровідна мережа.



3. Водозабірні споруди

Водозабірні споруди або водозабори призначені для забирання вод з джерела водопостачання.

В залежності від виду природного джерела, яке використовується для водопостачання, водозабірні споруди поділяють на дві групи: споруди для забирання поверхневих вод і споруди для забирання підземних вод.

3.1 Споруди для забирання поверхневих вод

Річкові водозабірні споруди улаштовують в місцях, де течія води повільна, глибина достатня для забирання води, а берег стійкий. Місце забирання води повинно бути погоджене з органами санітарного нагляду.

З урахуванням особливостей джерела і умов забирання води спорудження поділяють на берегові та руслові.

Водозаборні споруди берегового типу використовують при відносно крутих берегах і наявності глибин, які забезпечують умови забирання води. Їх розташовують на схилі берега з прийманням води безпосередньо з русла річки. Водоприймачі цих водозаборів бувають двох видів: роздільні (рис.2а) і суміщенні з насосною станцією І підйому (рис. 2б).

Водоприймачі суміщеного типу складаються з водоприймального колодязя 1 з вхідними вікнами 2, які обладнані гратами для затримання відносно великих предметів. Водоприймальне відділення поділене стінкою на дві камери: приймальну 3 і всмоктуючу 4. У стінці є вікна 8 перекриті сітками з дрібними чарунками, призначеними для затримання планктону, водоростей, дрібного сміття тощо. Вода, яка пройшла через стінки, забирається насосами 5, що установлені в насосному залі 6, і через всмоктуючі труби 7 подається на очищення або до споживача.

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис.2. Водоприймачі берегового типу:

а - роздільний; б - суміщений; 1 - водоприймальний колодязь; 2 - вхідні вікна; 3 - приймальна камера; 4 - всмоктувальна камера; 5 - насоси; 6 - машинний зал; 7 - всмоктувальні трубопроводи; 8 - сітки

Суміщення берегового сітчастого колодязя і насосної станції в одній споруді спрощує обслуговування водозабору, підвищує надійність його роботи і є практично необхідним у випадках використання насосів з малою висотою всмоктування.

Водозабірні споруди руслового типу (рис. 3) використовують при відносно положистих берегах, коли необхідні для збирання води глибини знаходяться на великій відстані від берега. Водозабір складається: з оголовка (водоприймального пристрою) 1, самопливних водоводів 2, берегового колодязя 3, і насосної станції 4.

Рис.3. Водоприймач руслового типу:

1 - оголовок; 2 - самопливна лінія; 3 - береговий колодязь; 4 - насосна станція

3.2 Споруди для забирання підземних вод

Більша частина централізованих систем сільськогосподарського водопостачання використовує підземні води.

Склад споруд і схеми їх розташування при забиранні підземних вод залежать від глибини залягання водоносного пласта, його потужності, багатоводності, умов залягання, геологічної будови і гідравлічних характеристик, підземного потоку (його напору, швидкості і напряму руху). Крім того потрібно враховувати фізико-хімічні показники води, необхідність її підготовки і знезаражування, а також масштаби водоспоживання. Принципові схеми водозабірних вузлів показані на рис.4.

Самою загальною схемою водозабірного вузла по прийманню підземних вод є схема, що включає групу водоприймальних споруд, очисні споруди для їх обробки і знезаражування і подальшої подачі в мережу водоспоживачу (рис.4б).

У більшості випадків підземні води не потребують додаткового очищення і тому дуже часто використовують найпростішу схему з подачею води безпосередньо в мережу (рис.4а). Природно, в практиці зустрічаються і проміжні схеми, в яких виключені деякі споруди з загальної схеми, або додаються споруди до найпростішої схеми (рис. 4 - в,г).

Рис. 4. Схеми водозабірних вузлів для приймання підземних вод:

а - з насосною станцією 1-го підйому; б - з очисними спорудженнями і насосною станцією 2-го підйому; в - з водозбиральним резервуаром; г - зі штучними поповненням підземних вод; 1 - водоприймальна споруда; 2 - насосна станція (водопідйомний пристрій); 3 - напірні трубопроводи; 4 - збірний колектор; 5 - водопровідні очисні споруди; 6 - резервуари чистої води; 7 - насосна станція 2-го підйому; 8 - напірні водоводи; 9 - самопливні чи сифонні водоводи; 10 - водозбірний резервуар; 11 - всмоктуючі трубопроводи; 12 - напірний водовод сирої води; 13 - поглинаючі колодязі

Для забирання підземних вод використовують три основних види споруд: вертикальні і горизонтальні водозабори і каптажі.

Водозабірні споруди можуть бути досконалими і недосконалими. Водозабори, які прорізають водоносний пласт повністю і досягають водонепроникного шару, називають досконалими. Ті водозабори, що прорізають водоносний пласт частково, називають недосконалими.

До вертикальних водозаборів відносяться бурові свердловини і шахтні колодязі.

Свердловини (трубчасті колодязі) - найбільш розповсюджений тип водозабірних споруд підземних вод. Їх використовують при відносно глибокому заляганні (більше 30 метрів) водоносних пластів. Основними конструктивними частинами свердловини є кондуктор, технічна колона труб, експлуатаційна колона, захист цементний, водоприймальна частина (фільтр), відстійник, надфільтрова колона (рис.5).

Кондуктор - першу колону обсадних труб - установлюють для запобігання попаданню в свердловину забруднених поверхневих вод. В межах водоносного горизонту розташовують фільтрувальну колону, яка складається з водоприймальної - фільтруючої - частини, над фільтрової труби і відстійника. Останній звичайно виконують з глухої труби довжиною 2....5 метрів.

Експлуатаційний (внутрішній) діаметр колони труб, в якому встановлюють корпус насоса і кінцевий діаметр свердловини залежать від типу водопідйомного пристрою, конструкції водоприймальної частини свердловини, а також від необхідності її чищення.

Шахтні колодязі використовують для забирання води з перших від поверхні водоносних пластів, що залягають на глибині до 30 метрів. На відміну від свердловин шахтні колодязі являють собою вертикальну виробку з великими розмірами поперечного перерізу (1...3м). Вони призначені для водопостачання дрібних водоспоживачів - невеликих населених пунктів,

промислових підприємств, польових станів, пасовищ, а також для індивідуального водопостачання.

Рис. 7.6. Схема недосконалого шахтного колодязя, що приймає воду тільки через дно:

1 - водоприймальна частина (зворотній фільтр); 2 - ствол (стовбур) з залізобетонних кілець; 3 - наземна частина (оголовок); 4 - вентиляційна труба; 5 - асфальтова відмостка; 6 - водовідвідний лоток; 7 - глиняний замок; 8 - насос; 9 - статичний рівень водонапірного прошарку; 10 - ліня впливу; 11 - динамічний рівень; 12 - водоприймальна частина всмоктувального трубопроводу; 13 - водоупор

Складається шахтний колодязь з водоприймальної частини 1, ствола 2 і надземної частини (оголовка) 3 (рис. 6). Часто для створення запасів води і її відстоювання він може мати водозбірну чи відстійну частину, а для вентиляції - вентиляційну трубу, яка виводиться вище поверхні землі не менше ніж на 2 метри.

Водоприймальною частиною шахтного колодязя в залежності від його конструкції, потужності водоносного пласта і властивостей водоносної породи може бути його дно, бокова поверхня або те і інше одночасно.

Будуються шахтні колодязі з цегли, каменю, дерева, бетону і залізобетону з таким розрахунком, щоб ствол і надземна частина були достатньо міцними і водонепроникними для запобігання потрапляння поверхневих вод і забруднених вод зони аерації.

Рис. Горизонтальний водозабір:

1 - водозабірна галерея; 2 - водоприймальні отвори; 3 - оглядовий колодязь; 4 - водозабірний колодязь; 5 - водопідйомні труби

Горизонтальні водозабори улаштовують в межах водоносного пласта на глибині 6...8м. при незначній його потужності. Водозабір розташовують перпендикулярно до напряму руху ґрунтового потоку з похилом у бік збірного колодязя, звідкіля вода забирається насосами. (рис. 7).

Для цих водозабірних споруд використовують перфоровані бетонні труби. Навколо труб роблять гравійно-піщану обсипку, яка запобігає попаданню у воду частинок ґрунту. При значній довжині водозаборів улаштовують оглядові колодязі, призначені для огляду, очищення і вентиляції трубопроводів.

Для приймання джерельних вод, що виходять на поверхню землі, будують спеціальні водозабірні споруди - каптажі. На відміну від інших водозаборів підземних вод каптажі створюють не тільки для приймання, але і для концентрованого збирання концентрованої води у вигляді джерел, які виходять на поверхню на значній території.

В залежності від типу джерела каптажні споруди будують по двом принципово відмінним одна від одної схемам.

Рис. 7.8. Схеми каптажних споруд:

а - для приймання висхідних джерел; б - для приймання низхідних джерел; 1 - верхня водовідвідна канава; 2 - водоприймальні отвори каптажної камери; 3 - вентиляційна труба; 4 - глиняно-щебнева відмостка; 5 - залізобетонні кільця каптажної камери; 6 - дерен; 7 - переливна труба; 8 - витратна труба; 9 - залізобетонна плита днища каптажної камери; 10 - підстеляючий шар гравію; 11 - глиняний замок; 12 - гравійний зворотний фільтр; 13 - піщана засипка; 14 - водотривкий шар; 15 - водоносний шар; 16 - скеляста порода з вихідними джеорелами

Споруди по каптажу висхідних джерел принципово однакові. Вони являють собою водозбірну камеру, призначену для приймання джерельної води і створення її об'єму, що потрібний для нормальної роботи

водопідйомного обладнання (рис. 8 а). Вода в таких каптажах приймається тільки через дно, яке виконано у вигляді зворотного фільтра.

Каптажні споруди низхідних джерел - це водозбірні камери з боковою водоприймальною поверхнею, яка також виконується у вигляді зворотного фільтра (рис.8 б).



4. Фільтрація

4.1 Фільтрація ґрунтових вод

Рух грунтових вод є частинним випадком руху рідин в пористому середовищі , який називають фільтрацією.

Фільтрація відбувається через шпари (пори) грунту і може бути обмежена знизу і зверху водонепроникними шарами грунту. Така фільтрація називається напірною (рис. 9 а). Якщо водонепроникний шар обмежує потік тільки знизу то така фільтрація називається безнапірною (рис. 9 б).

Рис. 9

В залежності від витрати фільтраційного потоку поверхня його може займати різне положення, аналогічно вільній поверхні у відкритих руслах. Поверхня фільтраційного потоку називається депресійною поверхнею, а крива вільної поверхні - кривою депресії.

Фільтрація може бути ламінарною і турбулентною. Ламінарний рух, як і в трубах, характеризується втратами напору прямо пропорційними швидкості фільтрації в першій степені. Такий рух буває в дрібнозернистих грунтах (водопроникні глини, суглинки, пісковики, піски). В крупнозернистих пісках і матеріалах (гравій, галька, щебінь) установлюється турбулентна фільтрація, при якій втрати напору пропорційні швидкості в степені більше першої.

Основний закон ламінарної фільтрації виражається формулами Дарсі:

(1)

. (2)

В цих формулах х - середня швидкість фільтрації; Q - витрата фільтраційного потоку; щ - повна площа перерізу фільтраційного потоку, яка є сумою площі пор щп і площі перерізу частинок грунту щгр; J - гідравлічний нахил, що являє собою втрату напору по довжині і на одиницю довжини фільтраційного потоку: ; k - коефіцієнт фільтрації.

Коефіціент фільтрації (см/с чи м/с) залежить в основному від розміру і форми зернин грунту, наявності в ньому глинястих частинок і температури рідини. Значення коефіціентів фільтрації деяких грунтів наведені в табл. 1

Таблиця 1

Коефіцієнти фільтрації ґрунтів

Тип грунту	k, см/с
Гравій з розміром зерен 4-7 мм	3,5
Гравій з розміром зерен 2 мм	3
Пісок чистий	1,00…0,01
Пісок з домішками глини	0,01…0,005
Піщано-глинисті ґрунти	5?10-3…10-4
Глина	10-4…10-7
Глина щільна	10-7…10-10
Торф'яні ґрунти	10-2…10-3
Мулкі ґрунти	10-2…10-3

Границі застосування формул Дарсі визначають по критерію переходу від ламінарної фільтрації до турбулентної.

Н.Н.Павловський запропонував критерій існування ламінарної фільтрації у вигляді:

	(3)

де н - кінематична в'язкість рідини; d - середній діаметр зернин ґрунту, н - середня швидкість фільтрації; m - коефіцієнт пористості ґрунту, рівний відношенню площі пор до повної площі перерізу фільтраційного потоку:

.

Значення коефіцієнта пористості для деяких ґрунтів наведені в таблиці 2.

Таблиця 2.

Коефіцієнти пористості ґрунтів

Грунт	m
Гравій (2?d?20 мм)	0,30…0,40
Пісок (0,06?d?2 мм)	0,33…0,45
Супісь	0,35…0,45
Суглинок	0,35…0,50
Глинистий грунт	0,40…0,55
Торф'яний грунт	0,60…0,80

Якщо (3) не виконується, то має місце турбулентна фільтрація, для якої середню швидкість визначають залежністю

,	(4)

де показник степеня n знаходиться в межах .



4.2 Приплив води до дренажних колодязів

При проектуванні водоприймачів підземних вод однією з основних задач є розрахунок продуктивності водозабору. Цей розрахунок виконують на основі закону фільтрації, з урахуванням гідравлічних умов стану підземного потоку, а також розташування водоприймальної частини колодязя в пласті, що обраний до експлуатації.

Приплив води до досконалого дренажного колодязя. Для досконалого колодязя, тобто такого, що досягає водонепрохідного шару (рис.10), і при рівномірному відкачуванні води з нього (Q=const), глибина води в колодязі знизиться від Ho до ho, тобто на величину Z. Рівень вільної поверхні води в грунті (водоносному пласті) навколо колодязя буде плавно зменшуватися від природного рівня ґрунтових вод (РГВ) до відмітки в колодязі і утворювати депресивну поверхню. В плоскому перерізі рівень ґрунтових вод на ділянці водозниження буде характеризуватися кривою депресії.

Приплив води (дебіт) до такого колодязя при уклоні водонепрохідного шару J=0 визначають за формулою Дюпюї:

	(5)

де H0 - глибина (потужність) водоносного пласту; h0 - глибина води в колодязі; k - коефіцієнт фільтрації ґрунту; r0 - радіус колодязя; R0 - радіус впливу колодязя (радіус депресійної воронки).

Для попередніх розрахунків радіуса впливу значення R0 (м) - можуть бути прийняти такими:

дрібнозернисті ґрунти - R0=100...200 ;

cередньозернисті ґрунти - R0=250..600;

крупнозернисті ґрунти - R0=700...1000.

На практиці для визначення радіуса впливу колодязя часто користуються емпіричною формулою Зихарда:

Рис. 10. Круглий досконалий колодязь:

1- природний рівень ґрунтових вод; 2 - крива депресії; 3 - водоносний шар; 4 - водотривкий шар

, (6)

в якій Z=H0-h0.

Приплив води до досконалого артезіанського колодязя. Артезіанський колодязь забирає воду з водоносного шару, обмеженого зверху і знизу водонепроникними грунтами (рис.11). Вода в такому шарі знаходиться під тиском і зветься артезіанською водою. В цьому випадку статичний напір H0 і напір у будь-якому перерізі h відрізняється від потужності а, водоносного шару.

Дебіт (витрата) артезіанського колодязя визначається за формулою:

	(7)

Рис.11. Приплив води до круглого колодязя

Дебіт недосконалих колодязів. Для недосконалих колодязів при усталеному русі підземних вод їх продуктивність визначають за формулами

напірні водоносні пласти:

	(8)

безнапірні водоносні пласти:

	(9)

Фільтраційний опір о в цих формулах визначають за допомогою графіків (рис.12) в залежності від співвідношення l/a і а/r0, тобто від довжини водоприймальної частини колодязя l і потужності водоносного пласта а, а також потужності і радіуса колодязя r0.

Рис.12. Графіки додаткового опору о, обумовленого недосконалістю свердловини за ступенем розкиття пласта:

а - при примиканні фільтра колодязя до водоупору; б - при розташуванні фільтра колодязя в середній частині шару



5. Водоочисні споруди

Якість природних джерел води, особливо поверхневих, в більшості випадків не відповідає вимогам санітарних норм до питної води. Тому використовувати її без попереднього очищення не можна. Очищення води полягає в її прояснені (освітленні), знебарвлюванні, знезаражуванні і дезодорації (усуненні запахів і присмаків).

Воду можна очищати як з використанням хімічних реагентів, так і без них. Але за нашого часу більшість водоочисних станцій працюють за схемою з хімічною обробкою води.

На рис. 13 зображена широко розповсюджена технологічна схема для глибокого прояснення води з самопливним рухом води, яку використовують при будь-якій продуктивності водоочисної станції і будь-якої якості води.

Рис. 13. Схема водоочисної станції з камерою пластівцеутворення, відстійниками і фільтрами

Природна вода подається насосною станцією першого підйому 1 до змішувача 3. Хімічні речовини, так звані (реагенти або коагулянти), для хімічної обробки води, заготовлюються в реагентному цеху 2 і також надходять до змішувача 3, де змішуються з усією масою води, що підлягає обробці. Зі змішувача вода потрапляє в камеру пластівцеутворення 4. Тут відбувається фізико - хімічний процес агломерації (об'єднання) колоїдних і змулених частинок у порівняно великі пластівці, що швидко осідають. Далі вода надходить до відстійників 5, в яких осідає основна маса пластівців. Після відстійників вода проходить через фільтри 6, де затримуються всі частинки, що не встигли осісти у відстійниках.

Прояснена і знебарвлена вода, якщо вона використовується як питна підлягає потім знезаражуванню і збирається в резервуарах чистої води З резервуарів за допомогою насосної станції другого підйому 8 вода подається в мережу.



6. Водопровідна мережа

Водопровідна мережа - один з основних елементів системи водопостачання. Вона являє собою сукупність водопровідних ліній (трубопроводів) для подачі води до місць споживання. Водопровідна мережа складається з водоводів, магістральної мережі і розподільних трубопроводів.

Водоводи прокладають для транспортування від джерела водопостачання до очисних споруд і від резервуарів чистої води до магістральної мережі. Згідно з санітарними нормами і правилами (СНіП), водоводи повинні мати не менше, ніж дві паралельні лінії трубопроводів з відстанню між ними 10…100м і пропускною спроможністю не менше 70% розрахункової витрати системи водопостачання.

Мережа міського, або іншого населеного пункту, призначена для розподілення води по його території, забезпечення можливості відбирання в заданих точках потрібної кількості води і створення необхідних вільних напорів. Крім того, мережа повинна мати певну надійність, тобто підтримувати заданий рівень забезпечення водою споживачів при будь-яких можливих аваріях її ліній.

За характером своєї роботи водопровідні лінії можуть бути поділені на дві категорії: 1) магістральні, які служать, в основному, для транспортування води; 2) розподільні, призначені для роздавання води споживачам.

За конфігурацією відповідні мережі бувають розгалуженими (рис. 14а) і кільцевими (рис. 14б).

Тупикові мережі не забезпечують безперебійності водопостачання, тому їх можна застосовувати в тих випадках, коли за СНіП допустимі перерви в подачі води або коли є запаси води для постачання об'єкта на час відновлення трубопровіда після аварії.

Для міських, селищних і виробничих водопроводів, як правило, улаштовують кільцеві мережі. При кільцевих мережах завдяки наявності паралельних ліній аварія на будь-якій ділянці не призводить до припинення подачі води споживачам, крім тих, хто постачається безпосередньо від пошкодженої ділянки.

Водопровідна мережа проектується на основі архітектурного панування населеного пункту з урахуванням розташування вулиць, кварталів, окремих великих споживачів води - заводів, фабрик, ферм та інших підприємств, до яких потрібно підводити магістралі. При цьому беруться до уваги взаємне розташування джерела і об'єкта водопостачання, рельєф місцевості, ґрунтові умови, наявність штучних і природних перешкод.

Рис. 14. Конфігурація мережі:

а - тупикова; б - кільцева

Взаємна ув'язка перелічених вимог і факторів на стадії проектування називається трасуванням мережі.

Вибір загальної схеми водопостачання як населеного пункту, так і промислових і сільськогосподарських підприємств і споруд є однією з найбільш складних і відповідальних задач, від розв'язання якої залежить і безперебійна подача необхідної кількості води всім споживачам, і вартість будівництва, і експлуатація системи.

Найбільш поширеними в практиці є так звані однозонні схеми водопостачання, які використовують для забезпечення водою споживачів (міст, селищ, промислових і сільськогосподарських підприємств), розташованих на порівняно невеликих територіях зі спокійним рельєфом. Одно зона система може бути без башти, з баштою на початку мережі і з контррезервуаром.

Схему водопостачання без башти застосовують для постачання води об'єктів, що рівномірно витрачають воду протягом доби і необхідність в улаштуванні регулюючих ємкостей відпадає.

Схема з баштою на початку мережі застосовується в тих випадках, коли водоспоживання в межах доби нерівномірна, а водоводи подають воду по мережі в найбільш високу точку місцевості. Башта як би розділяє систему на дві частини. Висота підйому води, а отже, і подача насосів ІІ-го підйому визначаються висотою башти. Мережа живиться від башти, яка є для неї водоживильником.

Якщо найбільш висока точка місцевості знаходиться на протилежній стороні від місця подачі води в мережу водоводами, застосовують схему водопостачання з контррезервуаром. Характерним для такої схеми є те, що в години максимального водоспоживання мережа отримує воду з двох сторін - від водоводу і від контррезервуара, а в години мінімального водоспоживання надлишок води, яку подає насосна станція, транзитом проходить по мережі від водоводу до контррезервуара і поповнює його.

водопостачання споруда водозабірний фільтрація



7. Режим водоспоживання і визначення розрахункових об'єкмів водоспоживання

Розміри і потужності окремих елементів інженерних систем водопостачання визначають на підставі заданого або передбаченого в процесі їх експлуатації навантаження. Під навантаженням розуміють розрахункові кількості води, які ці елементи повинні подавати чи транспортувати в одиницю часу, акумулювати або зберігати. Основою для визначення навантажень служать кількість споживаної води, режим її споживання, а також потрібні і допустимі значення тисків у водопровідній мережі.

Розрізняють такі основні категорії споживання води:

на господарсько - питні потреби населення;

на виробничі потреби промислових підприємств і сільськогосподарських об'єктів;

на поливку і мийку територій населених пунктів, поливку зелених насаджень;

на гасіння пожеж.

Загальна кількість води, яка повинна бути подана споживачам визначається за нормами, встановленими СНіП для кожної категорії.

Режим водоспоживання не залишається сталим, а змінюється протягом року під впливом природних, соціально - економічних, господарських і технічних факторів. Протягом доби також змінюється погодинна витрата води, що викликано зміною дня і ночі, розпорядком роботи підприємств та іншими випадковими причинами.

Для того, щоб система водопостачання працювала надійно, її розраховують по максимальній добовій витраті Qдоб. max.

Відхилення максимальної добової витрати від середньодобової характеризується коефіцієнтом добової нерівномірності Kдоб.max, який дорівнює відношенню максимальної добової витрати до середньодобової.

Іноді при розрахунках систем водопостачання потрібно знати мінімальну добову витрату Qдоб.min. В цьому випадку вводять коефіцієнт нерівномірності Кдоб.min., який оцінює відхилення Qдоб.min. від середньодобової витрати.

Таким чином, розрахункові добові витрати визначають за формулами:

Qдоб.max.=Кдоб.max?Qдоб.ср., Qдоб.min=Кдоб.min?Qдоб.ср.,	(10)

Коефіцієнти нерівномірності, які враховують побут населення, режим роботи підприємств, ступінь благоустрою будівель, приймаються рівними: Кдоб.max=1,1...1,3; Кдоб.min=0,..0,9.

Велике значення для визначення розрахункових витрат води має урахування можливих максимальних годинних витрат Qгод.max. Максимальна годинна витрата за добу найбільшого водоспоживання визначає найбільше можливе навантаження мережі за розрахунковий рік. При мінімальній годинній витраті протягом доби в мережі будуть виникати найбільші напори. Нарешті, середня година витрата може використовуватися для оцінки витрат енергії на подачу води. Ці годинні витрати визначають із формул:

	(11)

Коефіцієнти годинної нерівномірності Кгод.max= Qгод.max / Qгод.ср і Кгод.min = Qгод.min / Qгод.ср визначають з залежностей, рекомендованих СНіП :

	(12)

в яких б - коефіцієнт, що ураховує ступінь благоустрою будівель, режим роботи підприємств та інші місцеві умови, приймається: бmax=1,2... 1,4 і бmin= 0,4...0,6; в - коефіцієнт, що ураховує кількість мешканців населеного пункту, має такі значення:

Кількість мешканців населеному пункті (тис.чол)	1	1,5	2,5	4	6	10	20	50	100	300
вmax	2	1,8	1,6	1,5	1,4	1,3	1,2	1,15	1,1	1,05
вmin	0,1	0,1	0,1	0,2	0,25	0,4	0,4	0,6	0,7	0,85

Більшість споживачів отримує воду на деякій висоті над поверхнею землі. Це вимагає створення в мережі в місці приєднання вводу напору, достатнього для підйому води на задану висоту, який називають вільним напором Нв:

Нв=Hг +hw +Hзал, (13)

де Hг - геометрична висота підйому води від поверхні землі до самої високої водорозбірної точки, м; hw - втрати напору у внутрішній мережі, водомірному вузлі і вводі, м; Hзал. - залишковий напір у диктуючого приладу, м.

Вільний напір при одноповерховій забудові приймають рівним 10м., при більшій етажності додають по 4м. на кожний поверх. На промислових підприємствах вільний напір визначається технологічним процесом.

Максимально допустимий напір водопровідної мережі, обумовлений міцністю труб і водопровідної арматури, не повинен перевищувати 60 м.

Точка мережі, в якій вільний напір в годину максимального водоспоживання буде найменшим, називається диктуючою. Якщо в цій точці буде створено необхідний вільний напір, то у всіх інших точках мережі він буде більшим.

8. Основи розрахунку водопровідної мережі і її елементів

Гідравлічний розрахунок водопровідних мереж виконують з метою визначення втрат напору в них і діаметрів труб окремих ділянок мережі. Втрати напору необхідно знати для визначення висоти водонапірної башти і потрібного напору насосних станцій. Водопровідна мережа повинна бути розрахована на випадки найбільшого водоспоживання і моменту пожежі, яка співпадає за часом з годиною максимального водоспоживання.

При визначенні діаметрів труб ділянок мережі потрібно знати розрахункові витрати води для цих ділянок, тобто кількість води, яка буде проходити через них в розрахункові періоди роботи системи.

Гідравлічний розрахунок мережі на практиці виконують за спрощеною умовною схемою, при якій водовідбір великих водоспоживачів (промислові і сільськогосподарські підприємства, подача води в ємності, пожежні відбори та ін.) ураховують у вигляді зосереджених відборів у відповідних точках мережі (так звані вузлові точки). Тоді сумарний відбір іншими споживачами на одиницю довжини мережі визначається з такого виразу:

	(14)

де Q - повна витрата води споживачами в даний розрахунковий момент; УQзос. - сума відборів води великими споживачами; Уlк - довжина всіх ліній водопровідної мережі; УQшл. - сумарна шляхова витрата води.

Загальний відбір води з кожної ділянки мережі (шляхова витрата)

.	(15)

де lk - довжина к-ї ділянки мережі.

Для перевірки правильності визначення шляхових і зосереджених витрат по всій мережі може бути використано співвідношення:

	(16)

Розрахункову вузлову витрату будь-якої вузлової точки визначають як суму фактичної зосередженої витрати, що відбирається безпосередньо у вузлі, і півсуми шляхових витрат всіх ділянок, які примикають до даної вузлової точки:

,	(17)

де n - кількість розрахункових ділянок, що примикають до к-го вузла.

Діаметри труб окремих ділянок мережі визначають за формулою:

.	(18)

В якій Qк - розрахункова витрата води через к-ту ділянку; хк - швидкість руху води в трубопроводі к-ї ділянки.

Швидкість руху води безпосередньо впливає на такі показники як вартість електроенергії, труб, роботи по їх укладанню та ін.

Орієнтовно найбільш економічними швидкостями є швидкості в межах 0,5...2,0м/с. Причому менші значення швидкостей приймають для труб малого діаметра, а більші - для труб великого діаметру.

Мінімальний діаметр труб водопроводу, який об'єднаний з протипожежним, в населених пунктах і промислових підприємствах повинен бути не менше 100мм., а в сільських населених пунктах - не менше 75мм.

Визначення втрат напору в мережі. Оскільки, як правило, протяжність водопровідної мережі будь-якого об'єкта водопостачання досить значна, основними при розрахунку мережі уважають втрати напору на гідравлічне тертя в трубах по довжині. Як відомо, ці втрати можуть бути визначені за формулою Дарсі-Вейсбаха:

.

Але для розрахунків водопровідних систем зручніше користуватися модифікацією цієї формули, в якій швидкість замінено на витрату:

	(19)

де К - коефіцієнт, що зв'язаний з коефіцієнтом гідравлічного тертя л співвідношенням:

,	(20)

Q-витрата води; n i m - показники степеня.

В інженерній практиці прийнято визначати втрати напору на одиницю довжини безрозмірною величиною - гідравлічним уклоном . Тоді повні втрати напору для лінії будь-якої довжини:

.	(21)

Величину гідравлічного уклону і розраховують за таким формулами:

а) залізобетонні а також ненові стальні і чавунні труби при швидкості руху води х>1,2м/с.

	(22)

при швидкості руху води х<1,2м/с

;	(23)

б) азбестоцементні труби

;	(24)

в) пластмасові труби

,	(25)

в яких d - розрахунковий внутрішній діаметр труб, м.; Q - витрата води, м3/с;
х - швидкість руху води, м/с.

Значне поширення набули спеціальні таблиці, графіки і номограми для визначення втрат напору. Наприклад, таблиці, складені Ф.А. Шевелевим, дають величини втрат напору на одиницю довжини трубопроводу (і або 1000і ) для всіх стандартних діаметрів труб різних типів в широкому діапазоні витрат і відповідних цим витратам швидкостей.

Гідравлічний розрахунок розгалужених мереж виконується досить просто, якщо відомі витрати води в вузлах мережі. В такому випадку спочатку обчислюють розрахункові витрати, потім призначають діаметри (з урахуванням економічних факторів) ліній мережі, після чого можуть бути визначені втрати напору на кожній ділянці .

Загальна втрата напору по обраному напряму може бути знайдена по формулі:

,	(26)

як сума втрат напору в послідовно з'єднаних ділянках трубопроводів.

При розрахунках кільцевих мереж користуються такими законами:

1. Сума витрат води, що надходить до даного вузла, дорівнює сумі вузлового відбору з нього і витрат, які витікають з вузла. Це означає, що алгебраїчна сума витрат, що надходять у вузол (береться зі знаком плюс), і витрат, що витікають з вузла (беруться зі знаком мінус), повинна дорівнювати нулю.

2. В кожному замкненому колі мережі, утвореному лініями мережі, сума втрат напору на ділянках, де вода рухається за годинниковою стрілкою, дорівнює сумі втрат напору на ділянках, де рух води напрямлений проти годинникової стрілки, тобто алгебраїчна сума втрат напору в кільці дорівнює нулю.

Існує багато методів розрахунку кільцевих мереж. Виконання таких розрахунків - трудомістка задача, і при значній кількості кілець її розв'язують за допомогою ЕОМ і аналогових пристроїв.

Висота водонапірної башти і потрібний напір насосів. Висоту водонапірної башти або конррезервуара і напір насосів, які подають воду в мережу, визначають при найбільш несприятливих умовах (режимах) її роботи. Башта повинна мати таку висоту, щоб можна було забезпечити необхідні вільні напори в критичних (диктуючих) точках мережі, а напір насосів визначають з розрахунку подачі води в бак башти в баштових системах водопостачання чи забезпечення необхідного напору в найбільш високорозташованих і віддалених від насосної станції точках мережі - в безбаштових.

На схемі водопроводу (рис.15) диктуючою є точка А з геодезичною (відмітка відносно поверхні землі)відміткою ZA. Водонапірна башта розташована в точці Б з геодезичною відміткою ZБ. Висота водонапірної башти (до дна бака, який встановлено на башті)

	(27)

де Нв - вільний напір в диктуючій точці при максимальному водозаборі;

- сума втрат напору в мережі при максимальному водозаборі на ділянці від водонапірної башти до диктуючої точки А.

Напір насосної станції ІІ підйому визначають з рівняння

	(28)

в якому Нр - максимальна глибина води в резервуарі (баку) башти; Уhн - втрата напору в водоводах і водопровідної мережі від насосної станції до башти; Zр - геодезична відмітка насосної станції (рис.15).

Рис. 15. Схема роботи водопроводу при господарсько-питному водоспоживанні

Размещено на Allbest.ru

...