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 Ч_Г - численность градообразующего населения, тыс. чел.;

γ_нс, γ_о - 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 Q_{сут max}, Q_{сут min} - расчетные расходы воды в сутки максималь­ного и минимального водопотребления, м³ /сут.;

Q_{ср сут} - средний за год суточный расход воды на хозяйствен­но-питьевые нужды, м³/сут.;

Q_{час max}, Q_{час 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 (Q_{х-б в});

• поливки и мойки территорий населенных мест, включая
улицы, площади, зеленые насаждения, работу фонтанов и других
объектов (Q_{п м});

• хозяйственно-бытовых нужд промышленных предприятий
(Q_{х-б в}); производственно-технологических нужд тех предприятий,
для которых требуется вода питьевого качества или экологически
нецелесообразно сооружение отдельного водопровода Q_{п т});

• расхода воды на пожаротушение (Q_nж);

• собственных нужд водопроводных станций и прочие нужды

(Q_{с 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 q_жi - среднесуточная норма водопотребления на одного жите­ля, л/сут., принимаемая по табл. 2.1;

Ч_жi - расчетное число жителей i-го района жилой застройки, чел.

Расчетные расходы воды населением в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления, надлежит определять так:

где K_{сут max}, K_{сут 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 K_{сут max} = 1,1... 1,3; K_{сут min} == 0,7.. .0,9. Чем выше степень бла­гоустройства, тем меньше K_{сут max} и больше K_{сут min}

Расчетные расходы воды должны определяться по формулам:

где K_{час max}, K_{час min} - коэффициенты часовой неравномерности водопотребления, рассчитанные как выражения

K_{час max} = α_max ·β_max

K_{час min} = α_min ·β_min

где α - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зда­ний, режим работы предприятий и другие местные условия, прини­мается α_max = l,2...1,4; α_min = 0,4...0,6;

β - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимается по табл. 2.2.

Таблица 2.2

Зависимость коэффициентаβот числа жителей

Коэффициент	Число жителей, тыс.чел.
βmax βmin	0,1	1,5 0,2	1,4 0,25	1,3 0,4	1,2 0,5	1,15 0,6	1,1 0,7	1,05 0,85

Для определения расчетного расхода воды в общественных зданиях (банях, прачечных, больницах и т. п.) используют следую­щее выражение:

где q_i - норма хозяйственно-питьевого водопотребления в i-м зда­нии; л/сут. на измеритель;

N_i - количество единиц учета, измеритель (табл. 2.3).

Таблица 2.3