Схемы и основные элементы систем водоснабжения
Вобщем случае в систему водоснабжения входят сооружения и установки для забора, подъема, очистки и транспортирования воды, а также для создания постоянного напора и хранения запаса воды. Системы водоснабжения устраиваются по определенной схеме. Схемой системы водоснабжения называют конкретные решения расположения всех сооружений и устройств на плане города, увязанные с местоположением объектов и рельефом местности. Факторами, определяющими вид схемы водоснабжения, являются:
• тип, мощность источника водоснабжения;
• качество воды в природном источнике;
• виды потребителей и требования, предъявляемые ими к воде;
• объем и режим водопотребления;
• рельеф местности и др.
В начальной стадии проектирования составляются несколько вариантов схем водоснабжения. После технико-экономического сравнения выбирают наиболее выгодный вариант. При этом необходимо, чтобы выбранная система водоснабжения надежно снабжала всех потребителей водой надлежащего качества, в заданном количестве, с необходимым напором и при минимальных затратах на строительство и эксплуатацию всех инженерных сооружений.
Возможные схемы водоснабжения города представлены на рис. 1.1. Могут быть и другие схемы, отличающиеся от представленных на рис. 1.1 как наличием, так и порядком расположения отдельных объектов. Например, место расположения водонапорной башни выбирается в зависимости от рельефа местности, величины требуемых напоров и протяженности сети. В свою очередь, от наличия и места расположения водонапорной башни зависят режим работы, диаметр труб, стоимость сооружения и эксплуатации водопровода.
Рис. 1.1. Схемы систем водоснабжения:
а - из поверхностного источника; б - из подземного; в - двухзонная; г - оборотного водоснабжения; д - от «горячего» источника; / - источник воды; 2 - водозаборное сооружение; 3 — насосная станция первого подъема; 4 - очистные сооружения; 5 - резервуары чистой воды; 6 - камера переключений; 7- насосная станция второго подъема; 8 - водоводы; 9 - водонапорные башни; 10- водопроводные сети; 11 - подача воды в город; 12 - то же предприятиям; 13 - охлаждающие устройства; 14 - насосная станция оборотного водоснабжения; 15 - предприятие; 16 -контур циркуляции; 17-теплообменник;18 - контур циркуляции; 19 - охлаждающие устройства
При использовании в качестве источника подземных вод схема водоснабжения (рис. 1.1, б) может претерпеть различные изменения. Как правило, особенностью таких систем является наличие большого числа трубчатых колодцев (скважин) или шахтных колодцев, водосборных галерей и других сооружений. Она может включать в себя те же самые инженерные сооружения для подъема, перекачки, очистки, хранения и транспортирования воды потребителям, что и предыдущая. Представленная схема может быть значительно упрощена, если качество воды в источнике соответствует требуемому. В этом случае очистные сооружения, резервуары, насосные станции II подъема могут отсутствовать.
В ряде случаев оказывается технически и экономически целесообразным разделение централизованной системы водоснабжения на две или несколько «высотных» зон.
Такие зонные водопроводы устанавливаются в случае значительной разности геодезических отметок обслуживаемой территории или при транспортировании воды на большие расстояния. В этом случае при параллельном водоснабжении нижняя и верхняя зоны питаются самостоятельными водоводами, а при последовательном - вода подается в резервуар, который для нижней зоны служит напорным устройством, а для верхней - источником водоснабжения (рис. 1.1, в).
Схема водоснабжения выбирается в процессе технико-экономического сопоставления вариантов, сформированных исходя из санитарно-гигиенических, технологических, противопожарных и других требований. При этом рассматриваются варианты различных решений по всем инженерным сооружениям и устройствам. Окончательное решение принимается исходя из стоимости сооружения и эксплуатации той или иной схемы водоснабжения. Структура затрат по сооружению отдельных элементов системы водоснабжения приведена в табл. 1.1. Из приведенных данных видно, что наибольший объем капитальных вложений (50-80%) требуется для сооружения водоводов и водопроводных сетей. Уменьшение этих затрат, как правило, приводит к перерасходу эксплуатационных затрат, связанных с подачей воды потребителям. На сооружение очистных сооружений требуется 5-25% от общей стоимости системы водоснабжения. Величина этих затрат тем больше, чем хуже качество исходной воды.
Таблица 1.1
Стоимость отдельных элементов системы водоснабжения (в % от общей стоимости)
| Источник водоснабжения | Водозаборные сооружения | Насосные станции | Очистные сооружения | Водоводы и сети | Прочие сооружения |
| Поверхностный Подземный | 2-4 5-10 | 3-5 2-5 | 12-25 5-20 | 50-70 60-80 | 9-14 7-15 |
Точно так же изменяются и эксплуатационные затраты, связанные с очисткой воды. Сооружение водозаборов из поверхностных источников в 2-2,5 раза дешевле, чем для подземных вод. Остальные затраты примерно одинаковы и не зависят от источника водоснабжения.
1.3. Зоны сани гарной охраны водоисточников
В результате деятельности человека возможно нарушение взаимосвязи между живым миром и окружающей средой. Особенно опасные последствия для жизни и здоровья людей имеют загрязнения, тем или иным способом попадающие в источники поверхностных или подземных вод. Поэтому для каждой системы водоснабжения необходимо предусматривать специальные зоны санитарной охраны, проект которых согласовывается с Государственной санитарной инспекцией и утверждается местной администрацией.
Основной задачей зоны санитарной охраны является выделение территории, в пределах которой создается особый режим, исключающий или ограничивающий возможность загрязнения водоисточника и водопроводных сооружений. В зависимости от степени санитарной ответственности элемента устройства системы водоснабжения предусматривается либо строгий санитарный режим (первый нояс), либо ограниченный (второй пояс).
Первый пояс охватывает территорию в месте забора воды и расположения головных сооружений водопроводных станций (водозабор, насосные сооружения, очистные сооружения, резервуары). Границы этого пояса в месте забора воды из открытых водоисточников рекомендуется устанавливать не менее чем на 200 м вверх и
на 100 м вниз по течению реки, 100 м по ширине реки и 100 м вглубь прилегающего берега, а также 100-200 м вокруг насосных сооружений. Эти границы являются ориентировочными и могут быть расширены в случае необходимости, т. е. с учетом местных условий. Территория первого пояса ограждается от доступа посторонних лиц и окружается зелеными насаждениями и охраняется. В пределах этой территории запрещается применение ядохимикатов, органических и минеральных удобрений, выпуск стоков, выпас и водопой скота, ловля рыбы, стирка белья, проживание людей, строительство и т. д. Существующие здания в первом поясе должны быть канализованы, а его территория должна быть спланирована таким образом, чтобы поверхностный сток беспрепятственно отводился в ливневую канализацию.
Границы второго пояса зон санитарной охраны охватывают сам водоисточник, питающие его притоки и грунтовые воды, а также соответствующую территорию с населенными пунктами, зданиями и сооружениями. Обычно зону ограничений по ширине определяют границами водосборного бассейна для данного водоема. Размеры его устанавливаются с учетом топологических, геодезических и санитарных данных. Протяженность зон санитарной охраны рассчитывается исходя из условий обеспечения самоочищения водоема. Так, бактериальное очищение воды в средней полосе Российской Федерации происходит в течение 3-5 суток. Следовательно, при известной скорости движения воды можно определить протяженность зоны.
В границах второго пояса санитарной охраны осуществляются общеоздоровительные мероприятия по охране окружающей среды:
• вводятся ограничения на хозяйственную деятельность с це-
лью защиты источника от загрязнения;
• запрещается вырубка и сплав леса;
• запрещается применение ядохимикатов;
• строительство, использование земельных участков для лю-
бых нужд допускается только с особого разрешения органов Госу
дарственной санитарной инспекции.
При повышенных санитарных требованиях предусматривается третий пояс санитарной охраны, так называемая зона наблюдения в границах всего бассейна верховьев реки и ее притоков, где органами здравоохранения ведется учет инфекционных заболеваний,
переносимых водой. Санитарная защита площадок водопроводных сооружений и водоводов устанавливается в виде границ шириной не менее 30 м от их стен.
Зона санитарной охраны водоводов предусматривается в виде полосы, ширина которой в обе стороны от крайних трубопроводов составляет:
• при отсутствии грунтовых вод и d <1000 мм - 10 м, при
d> 1000 мм -20 м;
• в случае движения грунтовых вод - не менее 50 м.
По застроенной территории ширину полосы санитарной защиты допускается уменьшать до пределов, диктуемых местными условиями. Санитарными нормами запрещается прокладка водоводов по территориям промышленных предприятий, свалок, полей орошения, кладбищ, животноводческих ферм и скотомогильников.
Вопросы к главе 1
1. Что представляет собой система водоснабжения города?
2. Как классифицируются системы водоснабжения?
3. Назовите основные факторы, определяющие выбор схемы водоснаб-
жения.
4. При каких условиях следует применять оборотную схему водоснаб-
я?
5. Какова структура затрат на сооружение систем водоснабжения?
6. Что такое зона санитарной охраны водоисточника?
7. Каковы границы зон санитарной охраны водоисточников?
Глава 2 РАСЧЕТНЫЕ РАСХОДЫ ВОДЫ
2.1. Нормы недопотребления
Проектирование систем водоснабжения базируется на правильном определении расчетных расходов воды, от которых зависит надежность и экономичность работы водопровода. Для определения расчетных расходов воды необходимо знать:
• состав и количество потребителей воды в городе на конец
расчетного периода;
• нормы водопотребления для всех потребителей;
• режим расходования ими воды.
При проектировании водопроводов состав и количество потребителей принимают по данным генерального плана развития города. В городах вода используется на хозяйственно-питьевые нужды населения, производственно-технологические нужды, поливку и мойку улиц, а также на пожаротушение. В основе всех расчетов лежит расчетная численность населения города, которая определяется по трудовому балансу. Все население города делится на самодеятельное и несамодеятельное. В свою очередь, самодеятельное население делится на градообразующее и обслуживающее. Расчетное число жителей города определяют следующим образом:
где ЧГ - численность градообразующего населения, тыс. чел.;
γнс, γо - доли в процентах несамодеятельного и обслуживающего населения города.
Нормы и режим водопотребления принимаются по данным СНиП 2.04.02-84. «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».
Нормы водопотребления - это количество воды, расходуемое в течение суток тем или иным потребителем. Величина норм зависит от вида потребителя, состава оборудования и других факторов. Так, например, нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в
населенных пунктах принимаются в зависимости от степени оснащения зданий санитарно-гигиеническим оборудованием и уровня благоустройства (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Степень благоустройства районом жилой застройки и нормы водопотребленин
| Тип застройки зданиями, оборудованными водопроводом и канализацией | Удельное хозяйственно- гштьевое водопотребление, л/сут.чел. |
| Без ванн С ваннами и местными водонагревателями С централизованным горячим водоснабжением | 125-160 160-230 230-350 |
Сюда не входят расходы воды на поливку улиц и зеленых насаждений, а также расходы воды в домах отдыха, санаториях и лагерях. Нормы расхода воды на поливку принимаются в зависимости от вида поливаемой поверхности и метода полива. Количество поливов принимается в зависимости от принятого режима и климатических условий. Например, механизированная мойка усовершенствованных покрытий требует 1,2-1,5 л/м2, поливка - 0,3-0,4 л/м2 и т. д. При отсутствии данных о площадях по видам благоустройства суммарный расход воды на поливку в пересчете на одного жителя принимается в зависимости от условий и степени благоустройства в размере 50-90 л/сут.
Нормы расхода воды в общественных, административных, культурно-бытовых, лечебных и других зданиях, а также в коммунальных, торговых и пищевых предприятиях выбирают в зависимости от климатических и других условий. В качестве единицы измерения здесь используют самые разнообразные показатели. Например, в общежитиях и гостиницах на одного проживающего, в больнице на одну койку, в прачечных на 1 кг сухого белья, в банях на одного посетителя и т. п.
Нормы водопотребления на хозяйственно-бытовые нужды и душ промышленных предприятий принимаются в зависимости от наличия тепловыделения не более 20 ккал на 1 м3/л и группы производственных процессов по санитарной характеристике. Так, норма расхода воды в горячих цехах составляет 45 л/чел, в смену, в ос-
тальных - 25 л/чел. Расход воды на одного человека, принимающего душ, при отсутствии загрязнения одежды и рук - 25 л/смену, если есть загрязнения, тогда 53,5 л/смену, при использовании воды в технологических процессах - 75 л/смену, выделении большого количества пыли или грязи - 125 л/смену. Расход воды на технологические нужды предприятий рассчитывается на основании технологических норм водопотребления. Например, на 1 т стали потребуется 220-245 м3 воды, на 1 т хлеба 1,8-4,8 м , на 1 т кондитерских изделий 16-30 м' воды и т. д.
2.2. Режимы водонотребления
Изменение потребления воды в течение суток, недели, месяца, года называют режимом водопотребления. Динамику происходящих изменений в потреблении воды можно представить в виде индивидуальных и групповых графиков. Процесс водопотребления по времени отражается суточными, недельными и годовыми графиками (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Суточный график потребления воды:
1 -линия потребления воды; 2 - среднесуточное потребление воды;
3 - подача воды насосами
|
| коэффициенты общей неравномерности водопотребления: |
Конфигурация графиков водопотребления определяется особенностями хозяйственно-питьевых и производственно-технологических потребителей. В формировании графиков большую роль играют случайные факторы. Поэтому режим водопотребления отдельных потребителей следует рассматривать как случайную функцию многих переменных, а для определения расчетного водопотребления используют систему нормативных коэффициентов, получаемых в результате статистической обработки большого количества экспериментальных данных, характеризующих режим водопотребления.
Для характеристики режима водопотребления используют следующие показатели:
• коэффициенты суточной неравномерности водопотребления, учитывающие уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели:
• коэффициенты часовой неравномерности водопотребления, учитывающие степень благоустройства, режим работы предприятий, число жителей и другие местные условия:
где Qсут max, Qсут min - расчетные расходы воды в сутки максимального и минимального водопотребления, м3 /сут.;
Qср сут - средний за год суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, м3/сут.;
Qчас max, Qчас min - максимальный и минимальный часовой расходы воды, м3/ч;
2.3. Суточные и часовые расходы воды
Производительность системы водоснабжения города должна быть достаточной для обеспечения:
• хозяйственно-питьевого водопотребления в жилых и обще
ственных зданиях, включая бани, прачечные, больницы, столовые,
гостиницы и другие объекты (Qх-б в);
• поливки и мойки территорий населенных мест, включая
улицы, площади, зеленые насаждения, работу фонтанов и других
объектов (Qп м);
• хозяйственно-бытовых нужд промышленных предприятий
(Qх-б в); производственно-технологических нужд тех предприятий,
для которых требуется вода питьевого качества или экологически
нецелесообразно сооружение отдельного водопровода Qп т);
• расхода воды на пожаротушение (Qnж);
• собственных нужд водопроводных станций и прочие нужды
(Qс н):
|
Основным расчетным расходом, на подачу которого должен быть рассчитан проектируемый водопровод, является максимальный секундный расход воды в сутки максимального водопотребления. Расчетные расходы воды для населения определяется по нормам водопотребления и по расчетному количеству жителей. Средний за год суточный расход воды Q м3/сут на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте следует определять по формуле
где qжi - среднесуточная норма водопотребления на одного жителя, л/сут., принимаемая по табл. 2.1;
Чжi - расчетное число жителей i-го района жилой застройки, чел.
Расчетные расходы воды населением в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления, надлежит определять так:
где Kсут max, Kсут min - коэффициенты суточной неравномерности водопотребления, учитывающие уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства, изменение водопотребления по временам года и дням недели, надлежит принимать равным Kсут max = 1,1... 1,3; Kсут min == 0,7.. .0,9. Чем выше степень благоустройства, тем меньше Kсут max и больше Kсут min
Расчетные расходы воды должны определяться по формулам:
где Kчас max, Kчас min - коэффициенты часовой неравномерности водопотребления, рассчитанные как выражения
Kчас max = αmax ·βmax
Kчас min = αmin ·βmin
где α - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, принимается αmax = l,2...1,4; αmin = 0,4...0,6;
β - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимается по табл. 2.2.
Таблица 2.2