Водопостачання, водовідведення та поліпшення якості води

Таблиця 3. Розрахункові й максимальні витрати води на добу максимального водоспоживання

Для зручності наступних обчислень витрати води в табл.3 наведені в м3/год і в л/с. (1 л/с = 3,6 м3/год).

2. Побудова графіку погодинного водоспоживання води за добу для населеного пункту

Графік погодинного водоспоживання води за добу для населеного пункту будуємо, відкладаючи по осі ординат години доби, а по осі абсцис погодинні витрати води в населеному пункті (табл.2, стовпець 26). Побудований графік наведений на мал.2.

Мал.1. Графіки водоспоживання населеного пункту й подачі води насосними станціями: 1 - графік добового водоспоживання; 2 - графік подачі води насосною станцією першого підйому; 3 - графік подачі води насосною станцією другого підйому.

3. Визначення режиму роботи насосних станцій

Для насосної станції першого підйому (НС I) режим роботи протягом доби призначаємо рівномірним.

Qнс1год.= Qнпдоб.макс./ 24 = 2349,1/24 = 97,88 м3/год, (8)

де Qнпдоб.макс - максимальна добова витрата населеного пункту.

Для насосної станції другого підйому (НС II) графік подачі води, по можливості, повинен збігатися із графіком водоспоживання населеного пункту. Аналізуючи графік водоспоживання приймемо три розрахункових режими роботи НС II (може бути і менше і більше). Перший режим - мінімальна подача води в період з 0 до 6 годин. Другий режим - середня подача води в періоди з 6 до 7, з 12 до 18 і з 23 до 24 годин. Третій режим - максимальна подача води в періоди з 7 до 12 і з 18 до 23 години. Співвідношення між подачами приймемо:

Q нсII год.макс / Q нсII год.хв = 3

Q нсII год.порівн / Q нсII год.хв = 2

Ці співвідношення можуть бути й іншими, але, при використанні однакових насосів, обов'язково кратними 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5 і т.д. Наприклад, якщо при мінімальній подачі буде працювати два насоси, а при максимальній - п'ять, то співвідношення між подачами складе 2,5.

Подачу одного насоса визначимо по формулі:

Qгод.нас = Q нп год.макс / (n i ti) , (9)

де n i - кількість працюючих насосів; t i - час роботи даної кількості насосів у годинах доби.

У першому наближенні будемо вважати, що мінімальну подачу здійснює один насос, тоді при середній подачі необхідно два насоси, а при максимальної - три.

Qгод.нас = 2349,1/ (16+28+310) = 45,2 м3/год.

Прийняті графіки подачі насосних станцій наведені на мал.1.

4. Визначення об'єму резервуарів чистої води і об'єму бака водонапірної башти

4.1 Визначення об'єму резервуарів чистої води

Об'єм резервуарів чистої води (РЧВ) знайдемо, як суму трьох обсягів води: регулюючого обсягу, запасного обсягу на власні потреби очисних споруд і недоторканного запасу води на протипожежні потреби.

Регулюючий обсяг визначаємо як подачу води в РЧВ (подача НС I) і відбір води із РЧВ (подача НС II). Розрахунок проводимо табличним способом (табл.4). Заносимо в графу 3 в інтегральному (сумарному) виді подачу НС I, а в графу 4 - НС II. Різниця між ними дає нам поточне значення обсягу води акумульованого в резервуарах чистої води. Шуканий регулюючий обсяг одержимо, як суму максимального позитивного і максимального негативного (по абсолютній величині) значень поточного обсягу води в резервуарах. Негативних значень може й не бути.

Wрчврег.= 323,56+ 8,67= 332,32 м3.

Запасний обсяг води на власні потреби очисних споруд орієнтовно приймемо рівним 7% від добового споживання води:

Wрчво.с.= 0,07 2349,1 = 164,4 м3.

Недоторканий запас води на протипожежні потреби знайдемо по формулі:

Wрчвпож.= W + 3(3,6 nпож qпож - Qнс1ч), (10)

де W - максимальна сума споживання води за третю годину підряд (за графіком водоспоживання це період з 7 до 10 годин); nпож - розрахункова кількість одночасних пожеж; qпож - розра хункова витрата води на зовнішнє пожежогасіння в л/с; Qнс1год - подача насосної станції першого підйому в м3/год.

Wрчвпож.= (166,78+149,22 +141,08) + 3(3,6 2 15 - 97,88) = 487,44 м3.

Wрчв = Wрчврег. + Wрчво.с. + Wрчвпож. =164,4+ 487,44 + 332,32 = 984,16 м3.

Таблиця 4. Визначення регулюючих обсягів резервуарів чистої води й бака водонапірної башти

4.2 Визначення числа й розмірів резервуарів чистої води

Число резервуарів має бути, по можливості, найменшим, але не менш двох. По додатку 10 підбираємо кількість і розміри підходящих за обсягом типових резервуарів для води. Вибираємо два круглих резервуара зі збірного залізобетону місткістю в 500 м3 (Діаметр одного резервуара 12 м, висота 4,8м). Резервуари роблять напівзаглибленими із захисним насипом зверху. Відповідно до розрахункової схеми резервуару (рис.2) визначимо максимально можливу глибину води в ньому й проведемо висотну прив'язку.

Рис.2. Розрахункова схема резервуара чистої води.

Тому що ми маємо два однакових резервуара,по об'єму,розглянемо їх водночас (кожен на 500 м3 ):

Максимальна глибина води в резервуарі:

h = 4Wрчв / nD2 = 4 984,16/2 3,14 122 = 4,35 м.

Оцінка поверхні землі в місці розташування резервуарів, відповідно до плану населеного пункту (мал.1), становить 42м. Оцінка дна резервуара буде дорівнювати:

дна РЧВ = пов. землі - H/2 = 42 -4,8/2 = 39,6 м.

Оцінка максимального рівня води:

води макс = дна РЧВ + h = 39,6 + 4,35 = 43,95 м.

4.3 Визначення об'єму бака водонапірної башти

Об'єм баку водонапірної башти (ВБ) визначаємо, як суму регулюючого обсягу й запасного об'єму води на пожежогасіння.

Регулюючий обсяг визначимо, зіставляючи приплив води у ВБ (подача НС II) і відбір води із ВБ (споживання води населеним пунктом).

Розрахунок проводимо табличним способом (табл.4). Заносимо в графу 2 в інтегральному виді споживання води населеним пунктом (переписуємо стовпець 27, табл.2). Подача НС II у нас уже є в графі 4. Різниця між ними дає нам поточне значення обсягу води, що повинен бути в баку водонапірної башти. Шуканий регулюючий обсяг одержимо, як суму максимального позитивного і максимального негативного (по абсолютній величині) значень поточного обсягу води в баку.

Wвбрег. = 30,05+ 48,17= 78,22м3.

Обсяг води на пожежогасіння, що запасається в баку водонапірної башти, повинен забезпечувати десятихвилинне гасіння однієї зовнішньої й однієї внутрішньої пожежі при одночасній найбільшій витраті води на інші потреби населеного пункту:

Wвбпож.= 0,6 ( qпож + qвнпож + qнп ), (11)

де - qпож. - розрахункова витрата води на зовнішнє пожежогасіння, прийнята відповідно до додатку 11 (у нашім випадку qпож. = 15 л/с); qвнпож. - розрахункова витрата води на внутрішнє пожежогасіння (відповідно до додатка 12, приймаємо qвнпож. = 2,5 л/с);

qнп - максимальна витрата населеного пункту, дорівнює 46,32/с (див.табл.3).

Wвбпож.= 0,6 ( 15 + 2,5 + 46,32) = 38,3м3.

Wвб = Wвбрег. + Wвбпож. = 78,22+ 38,3 = 116,52 м3.

4.4 Визначення розмірів бака водонапірної башти

Резервуар або бак водонапірної башти звичайно роблять циліндричним. Максимальну висоту води в баку визначають по залежності:

h = 4Wрчв / D2.

Відношення найбільшої висоти води в баку до діаметра бака лежить у межах від 0,8 до 1,2. У першому наближенні приймемо це співвідношення рівним 1. Тоді h =D і формула прийме вид:

D = 4Wвб / D2;

D3 = 4Wвб / = 4 116,52/3,14 = 148,43 м3;

D = 5,29 м.

Округлимо діаметр до півметра в найближчу сторону. D = 5,5 м.

h = 4Wрчв / D2 = 4 116,52/3,14 5,5 2 = 4,90 м;

h / D = 4,90 /5,5 = 0 ,89.

Мал.4. Розрахункова схема бака водонапірної башти.

5. Трасування магістральної водогінної мережі. Визначення місця розташування водопровідних споруд

Магістральну водогінну мережу проектуємо кільцевою так, щоб вона рівномірно охоплювала райони житлової забудови населеного пункту.

Магістральну мережу прокладаємо по найкоротшому шляху поблизу автодоріг і проїздів, прямолінійно, паралельно лініям забудови. Перетинання проїздів виконуємо під прямим кутом.

Місце розташування водозабірних споруд (артезіанська свердловина) у нас задана. Насосну станцію першого підйому поєднуємо із свердловиною. Очисні споруди, резервуари чистої води і насосну станцію другого підйому розташовуємо в безпосередній близькості до насосної станції першого підйому. Водонапірну башту встановлюємо на початку магістральної водогінної мережі, бажано на високій місцевості.

На план населеного пункту наносимо трасу магістральної мережі й позначаємо місце розташування водопровідних споруд.

Вузлові зосереджені відбори води з магістральної мережі на потреби суспільних будинків і промислового підприємства намічаємо на перехрестях вулиць у безпосередній близькості до них.

Магістральне кільце розбиваємо на розрахункові ділянки, вузлові крапки яких установлюємо в місцях зосередженого відбору води з мережі і на перехрестях вулиць, але не більш ніж через 400...600 метрів. Вузлові крапки нумеруємо за годинниковою стрілкою, починаючи з водонапірної башти.

Намічаємо напрямок руху води в магістральній мережі й призначаємо точку зустрічі потоків (диктуючу точку). Як правило, це буде вузлова точка найбільш віддалена від початку мережі. У нашім випадку такою точкою буде вузол 7.

6. Розрахунок водогонів

Споруди для подачі води від джерела до об'єкту водопостачання називають водогонами (водопроводами).

Кількість ліній водогонів слід приймати з урахуванням категорії системи водопостачання і черговості будівництва (додаток 17). Приймаємо для другої категорії надійності дві лінії водогонів.

Водогони, як правило, розраховують на середню годинну витрату води на добу максимального водоспоживання. У нашому випадку цей об'єм водоспоживання дорівнює:

Qгод.ср. = Qнпдоб.макс./ 24 = 2349,1/24 = 97,88 м3/год,

qср. = 97,88 /3,6 = 27,2 л/с

Тому що водогонів два, то розрахункова витрата кожного водогону складе 13,6 л/с. Водогони виконаємо із чавунних труб. По додатку 12 виберемо середнє значення економічного фактора Э в залежності від географічного положення населеного пункту. Харківська область (див. завдання) перебуває на сході України, отже, Э =1. Відповідно до додатка 13 (чавунні труби) умовний діаметр водогонів приймаємо рівним 150 та 200 мм.

Визначимо втрати напору у водогонах при різних режимах водоспоживання.

При максимальному водоспоживанні населеного пункту від насосної станції другого підйому у водогони надходить 135,6 м3/год (див. мал.2), що відповідає 37,6л/с або 18,8 л/с на кожний водогін.

Втрати напору визначаємо по формулі 12.

h = K A q2 L, (12)

де: K - поправочний коефіцієнт, що залежить від швидкості руху води в трубопроводі і матеріалу трубопроводу; A -питомий опір трубопроводу; q - витрата води в трубопроводі; L - довжина трубопроводу.

Величину швидкості знайдемо з виразу = q m, де m = 4/d2.

Значення A і m приймаємо по додатку 15. Для чавунних труб діаметром 150 мм: m = 0,0548; A = 37,11 10-6.

v = 18,8 0,0548= 1,03 м/с

Значення коефіцієнта К знайдемо з додатку 16, удавшись при необхідності до інтерполяції. К = 1,015.

h1 = 1,015 37,11 10-6 18,82 200 = 2,7 м

При пожежогасінні витрату води у водогонах необхідно збільшити на величину протипожежної витрати, прийнятого по додатку 11 (у нашім випадку можливо дві одночасних пожежі з витратою води на кожну пожежу qпож. = 15 л/с). Витрата води в одному водогоні при гасінні пожеж складе 18,8 + 15 = 33,8 л/с.

v = 33,8 0,0548 = 1,85 м/с

К = 1,015

h2 = 1,015 37,11 10-6 33,8 2 200 =8,6 м

При прокладенні водогонів у дві або більше лінії із загальних водозабірних споруд, між водогонами влаштовують перемички, при цьому у випадку аварії на одному з водогонів подачу води на господарсько-питні потреби знижуємо на 30 % розрахункової витрати, а на виробничі потреби - за графіком (див. завдання).

qав. = 0,7 qх.п.

qав. = 0,7 37,7= 26,39 л/с

Кількість перемичок між водогонами визначимо виходячи з умови рівності втрат напору у водогонах при нормальній експлуатації і при аварії на одному з водогонів. Для двох паралельних водогонів число ділянок перемикань при однаковому їхньому діаметрі й довжині можна визначити з рівняння:

n = 3 qав.2 /( q2 - qав2 ), (13)

де: n - число ділянок перемикань; qав. - витрата води при аварії; q - витрата води при нормальній експлуатації.

n = 3 26,39 2/ (37,7 2 - 26,39 2 ) = 1,92

Приймаємо дві ділянки перемикань.

7. Гідравлічний розрахунок магістральної водогінної мережі

Гідравлічний розрахунок магістральної водогінної мережі у випадку розташування водонапірної башти на початку мережі проведемо для двох основних режимів роботи системи водопостачання:

Максимальна годинна витрата води на всі потреби населеного пункту на добу максимального водоспоживання; Те ж, але при гасінні пожеж.

7.1 Підготовка до гідравлічного розрахунку

Споживання води житловим сектором у міських водопроводах звичайно приймають за спрощеною схемою, що умовно допускає, що відбір води в житлові будинки відбувається рівномірно по довжині мережі. Тоді кількість води, що відбирається на кожній розрахунковій ділянці, буде пропорційно його довжині й наявності житлової забудови. Обидва ці фактори враховує так звана «умовна довжина» ділянки. При відсутності житлової забудови умовну довжину ділянки приймають рівної нулю. Якщо житлова забудова є тільки з однієї сторони ділянки, то умовну довжину ділянки приймають рівній геометричній довжині цієї ділянки. Якщо житлова забудова є із двох сторін від ділянки водогону, то умовну довжину ділянки рівна подвоєній геометричній довжині цієї ділянки.

Виходячи з вищевикладених допущень, можна обчислити питому шляхову витрату води, тобто витрату води, що відбирається з одиниці умовної довжини магістральної мережі:

Qпит.шл. = qжил.с. / L умов. , (14)

де qжил.с. - розрахункова витрата води житлового сектора населеного пункту, таблиця 3 в л/с; L умов. - сума умовних довжин всіх ділянок магістральної водогінної мережі. qжил.с. =26,25л/с,

L умов. =3280(Дані з таблиці 5, стовпець 5 ),

Qпит.шл. =26,25/3280=0,008л/(см).

Витрата води, що забирається на потреби житлового сектора на кожній конкретній ділянці, зветься шляховою витратою води. Шляхові витрати води визначаємо по формулі:

qm-nшл. = qпит.шл.Lm-nумов. , (15)

де Lm-nумов. - умовна довжина ділянок мережі.

q1-2шл. =0,008400=3,2 л/(см). q2-3шл. =0,008150=1,2 л/(см).

q3-4шл. =0,008100=0,8 л/(см). q4-5шл. =0,008280=2,24 л/(см).

q5-6шл. =0,008120=0,96 л/(см). q6-7шл. =0,008800=6,4 л/(см).

q7-8шл. =0,008240=1,72 л/(см). q8-9шл. =0,008140=1,12 л/(см).

q9-10шл.=0,008100=0,8 л/(см). q10-11шл.=0,008150=1,2 л/(см).

q11-12шл.=0,008400=3,2 л/(см). q12-1шл.=0,008400=3,2 л/(см).

Відбір води з магістральної мережі в суспільні будинки й промислові підприємства здійснюють із конкретних вузлів мережі. Такі відбори називають зосередженими відборами, а витрати води - зосередженими витратами води. Перенесемо у вигляді схеми трасу магістральної водогінної мережі з основними спорудами. На цій схемі для двох розрахункових режимів роботи системи вкажемо всі розрахункові відбори води з мережі (табл.3), крім житлового сектора. Відбір води на гасіння пожеж намітимо в самій несприятливій точці. Такою точкою буде найбільш віддалений вузол мережі - вузол 7.

Для зручності ведення розрахунків шляхові витрати води також заміняють зосередженими, тобто умовно вважають, що половину шляхової витрати забирають на початку ділянки, а половину наприкінці. Ці фіктивні зосереджені витрати води називають умовними вузловими витратами води.

Результати обчислень заносимо в табл.5 і представляємо у вигляді розрахункової схеми на мал.7.

Після обчислення вузлових водовідборів робимо попереднє (у першому наближенні) потокорозподілення по ділянках магістральної мережі. Напрямок потоків у кільці задаємо відповідно до схеми. Точку зустрічі потоків намічаємо у вузлі 5, як найбільш віддалену від початку мережі. Надалі цей вузол будемо іменувати вузлом, що диктує.

При визначенні розрахункових витрат води по ділянках мережі варто керуватися наступним положенням:

- для всіх вузлів мережі повинна виконуватися умова (перший закон Кірхгофа):

Q i = 0 (18)

Кількість води, що приходить у вузол, повинна дорівнювати кількості води, що виходить із цього вузла.

Розрахункові витрати води по ділянках мережі будемо визначати, рухаючись від вузла, що диктує, до початку мережі. Попередньо випишемо на розрахункову схему значення розрахункових вузлових витрат води. У вузлі, що диктує, значення розрахункових вузлових витрат у розглянутому прикладі складає 2,4535 л/с для першого розрахункового випадку і 32,4535 л/с для випадку пожежогасіння. Відповідно до першого закону Кірхгофа витрата води, що забирається з вузла, дорівнює сумі витрат води, що надходять у вузол. У першому наближенні будемо вважати, що половина розрахункової вузлової витрати, що забирається в точці, що диктує, приходить по ділянці 4-5 і половина по ділянці 5-6. Тоді розрахункова витрата води на ділянках, що примикають до вузла, що диктує, складе 1,2 л/с для першого розрахункового випадку й 16,2л/с для випадку пожежогасіння. Рухаючись від вузла, що диктує, до початку мережі, розрахункові витрати води на кожній ділянці одержуємо як суму транзитної витрати, що йде в наступну ділянку, і розрахункової вузлової витрати в кінцевому вузлі даної ділянки. Отримані в першому наближенні значення розрахункових витрат по ділянках мережі записуємо на розрахункову схему (мал.8)

Таблиця 5. Визначення розрахункових вузлових витрат для режимів максимального годинного водоразбору і максимального годинного водоразбору з пожежогасінням на добу максимального водоспоживання

Розбір води більшістю споживачів відбувається на деякій висоті над поверхнею землі, у зв'язку, із чим у водогінній мережі повинен підтримуватися певний тиск. П'єзометрична висота, що забезпечує нормальні умови експлуатації водопроводу, носить назву вільного напору. Інакше кажучи, вільний напір - це відстань від поверхні землі до п'єзометричної лінії. Мінімальний вільний напір для населених пунктів при максимальному господарсько-питному водоспоживанні приймають [1, п.2.26]: при одноповерховій забудові не менш 10 м над поверхнею землі, при більшій поверховості на кожний поверх варто додавати 4 м. У період гасіння пожеж вільний напір у мережі повинен бути не менш 10 м, незалежно від поверховості будинків [1, п.2.30]. Максимальний напір господарсько-питного водопроводу не повинен перевищувати 60 м [1, п.2.28], у противному випадку необхідна установка регуляторів тиску або зонування системи водопостачання.

Страницы: 1, 2, 3