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