Водоснабжение. Методичка к курсовой

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

			14
Таблица 5
Количество		Расчетное	Расход воды на наружное пожаротушение в
жителей	в	количество	населенных пунктах в л/с на 1 пожар
населенных		одновременных	Застройка	зданиями	Застройка	зданиями
пунктах	в	пожаров	высотой до 2-х этажей		высотой 3	этажа и
тыс.чел., до…			включительно		выше
5		1	10		10
10		1	10		15
25		2	10		15
50		2	20		25
100		2	25		35
200		3	–		40
300		3	–		55
400		3	–		70
500		3	–		80
600		3	–		85
700		3	–		90
800		3	–		95
1000		3	–		100
2000		4	–		100

Примечание:

1. В жилых районах, застроенных зданиями до 2-х этажей включительно, входящих в состав населенных пунктов с большей этажностью застройки допускается принимать расход воды для тушения пожара, соответствующий этажности застройки и количеству жителей в этих районах. При этом общий расход воды на пожаротушение в населенном пункте надлежит определять в зависимости от общей численности населения в нем.

2. Расчетный расход воды на наружное пожаротушение для сельских населенных пунктов численностью до 500 чел. допускается принимать 5 л/с при продолжительности пожара 3 ч независимо от этажности и степени огнестойкости зданий.

3. Расчетное количество одновременных пожаров и расход воды на 1 пожар для населенных пунктов с количеством жителей более 2 млн. чел. устанавливаются по согласованию с органами Государственного пожарного надзора.

Общие размеры водопотребления (иди суммарная производительность проектного водозабора) определяются как сумма расходов воды по всем видам водопотребления (т.е.

определяемых по формулам 1-5):
Qобщ =Qxпб + Qбл + Qхпп + Qтех + Qпож,	[м3/сут].	(6)
2.2. Оценка качества воды и выбор источника водоснабжения.
Подземные воды предполагается использовать	для разных нужд,	однако

определяющим здесь является обеспечение хозяйственно-питьевых потребностей жителей поселка и работников предприятия. Поэтому вода источника водоснабжения по своему качеству должна отвечать требованиям, предъявляемым СанПиНом [21]. Выбор источника

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

15

водоснабжения осуществляется на основе сопоставления показателей качества подземных вод рассматриваемого месторождения (участка), установленных в процессе разведочных работ, с требованиями СанПиН (в данном случае в виду учебного характера задачи этот выбор формален, т.к. имеется только один возможный источник водоснабжения).

2.3.Мероприятия по улучшению качества воды. Если по какому-либо из показателей подземные воды оцениваемого месторождения не отвечают требованиям СанПиН, должны быть предусмотрены мероприятия по улучшению качества воды. При их назначении следует руководствоваться положениями СНиПа [21], изложенными в разделе "Очистка воды и водоподготовка". Следует отметить, каким образом мероприятия по улучшению качества воды повлияют на систему водоснабжения (необходимость сбора воды,

ееобработки, установки резервуаров и дополнительных насосных станций и т.п.).

2.4.Анализ природных условий, их схематизация и обоснование расчетной гидрогеологической схемы. Этот раздел является одним из наиболее важных в гидродинамическом обосновании условий работы проектируемого водозабора. Используя обще принципы схематизации гидрогеологических условий и построения расчетных схем, изучаемые в курсе динамики подземных вод [2, 3, 5], необходимо выполнить тщательный анализ всех имеющихся по геолого-гидрогеологическим условиям месторождения данных, провести обоснованную их схематизацию и обосновать расчетную гидрогеологическую схему, применительно к прогнозу условий работы проектируемого водозабора на расчетный срок его эксплуатации. При схематизации условий следует обратить особое внимание на характер границ пласта и граничные условия в разрезе и в плане, на строение пласта и расчетные значения его параметров, на источники формирования эксплуатационных запасов, режим и мерность фильтрации. Последовательность схематизации может быть общепринятой [2, 5]. Имея в виду конечную цель выполняемых на основе расчетной схемы гидрогеологических расчетов (прогноз условий работы проектируемого водозабора) схематизация должна быть обоснованной, обеспечивая в случае необходимости определенный запас прочности выполняемых прогнозов. При этом возможно выполнение расчетов на основе двух-трех расчетных схем, по-разному учитывающих гидрогеологические условия (например, по самой неблагоприятной, умеренной и по самой благоприятной расчетным схемам). Вариантность схем следует, в частности, практиковать при невозможности однозначной трактовки гидрогеологических условий, либо при необходимости доказать обоснованность выполняемых прогнозов, путем преднамеренного ухудшения в расчетной схеме природных гидрологических условий (неучет дополнительных источников питания и др.).

2.5.Обоснование количества я схемы расположения водозаборных скважин.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

16

Проектная производительность водозаборных скважин принимается либо на основе фактических дебитов разведочных скважин при их опробовании, либо на основе определения расчетной водозахватной способности водозаборных скважин Qв. Последняя, в частности,

определяется исходя из допустимой входной скорости воды в фильтр vдоп 653 k и площади рабочей части фильтра Fф = 2πr0l0 соответственно по формуле:

Qв.=vдоп· Fф = 65k1/3·2πr0l0=130· πr0l0 k1/3

[м3/сут].

(7)

Длина рабочей части фильтра l0 в пластах небольшой мощности (до 20-30 м) принимается примерно равной мощности пласта. В грунтовых потоках она принимается из условия, чтобы фильтр был затопленным, а остаточный столб воды обеспечивал заглубление насоса и проектный дебит скважины. Радиус скважины при таких расчетах может приниматься равным 0.1 м (r0=0.1). С учётом возможного развития процессов кольматации фильтров проектный дебит скважин Qс.п. назначают обычно порядка (0.5 ÷ 0.75) Qв.

Общее количество водозаборных скважин для обеспечения суммарной потребности объектов в воде Qсум, определяется с округлением и последующим уточнением дебита по формуле:

n= Qсум / Qс.п. .

(8)

Количество резервных скважин в соответствии с требованиями СНиПа принимают равным 1-2 при количестве водозаборных скважин до 10 и 10-20% при большем их количестве.

Схема размещения водозаборных скважин (линейный или кольцевой ряд, площадное расположение и др.) устанавливается с учетом конкретных условий месторождения. Линейные ряды практикуются при наличии линейных контуров питания и в полосообразных пластах, кольцевые – в пластах, приводимых к круговым, в неограниченных пластах и т.д. Скважины следует располагать в удалении от непроницаемых границ и контуров питания обычно не ближе 100-200 м, с учетом загрязненности поверхностной воды, ее очищаемости, затопляемости пойм и т.п.). Расстояние между скважинами следует устанавливать на основе повариантных расчетов, стремясь к тому, чтобы заданная производительность водозабора Qсум обеспечивалась эксплуатацией наиболее компактного водозабора при величинах понижений в расчетных скважинах, не превышающих допустимого Sдоп. Ориентировочно это будет отвечать наиболее оптимальной схеме расположения водозабора (при этом минимальное расстояние между скважинами, как правило, не должно быть меньше мощности продуктивного горизонта).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

17

2.6. Выбор метода расчета и расчетных формул. При значительном количестве водозаборных скважин (практически при n>3) для повариантных расчетов следует использовать расчеты по методу обобщенных систем [2, 3, 5, 6], когда понижение уровня в расчетной скважине (самой нагруженной по понижению или дебиту) определяется как сумма Sp = Sоб + ∆Sс , где Sоб – понижение уровня, обусловленное действием обобщенной системы; ∆Sс – дополнительное понижение уровня в расчетной скважине, обусловленное ее положением относительно других скважин и степенью ее несовершенства. В общем виде формула для определения ∆Sс в напорном и безнапорном потоках имеет соответственно вид:

Sc

Qc

(ln

rп

)

и

Sc He

He2

Qc

(ln

rп

) ,

(10)

2 T

k

rc

rc

где: rп – условный радиус внутренней области влияния расчетной скважины (при контурном расположении скважин rп=σ/π; 2σ – расстояние между скважинами, при площадном расположении rп 0.47F / ; F – площадь внутренней области влияния расчетной скважины); - поправка на несовершенство скважин, определяемая по специальным графикам и таблицам [2, 3, 5, 6, 11 и др.] в зависимости от l0/m и m/r0. (приложение 6, 7)

Как уже отмечалось, для установления оптимальной (по гидродинамическим и косвенно по технико-экономическим показателям) схемы расположения скважин следует выполнять повариантные расчеты, варьируя как размерами водозабора (обязательно), так и положением относительно границ пласта (при необходимости).

2.7. Гидродинамические расчеты по прогнозу условий работы проектируемого водозабора. Они состоят в выполнении повариантных расчетов по соответствующим расчетным схемам и методам, формулам и получении доказательств возможности эксплуатации предлагаемого варианта водозабора с заданным дебитом Qсум в течение расчетного периода (обычно t =9125 сут) при условии, что величина понижения уровня в расчетной скважине не превысит предельно допустимого Sдоп. Предельно допустимое понижение принимается в соответствии с существующими рекомендациями (обычно принимают Sдоп=(0.5÷0.75)Не), при условии, что остаточный столб воды в скважине обеспечивает нормальные условия ее эксплуатации выбранным насосным оборудованием. Повариантноые гидродинамические расчеты желательно иллюстрировать вспомогателыми схемами и графиками, отображающими суть и результаты выполняемых расчетов (схемы расположения водозабора с указанием расчетных показателей, графики Qсум=f(2σ, 2l, R0, ...) и др.). Для понимания сущности формирования эксплуатационных запасов подземных вод при эксплуатации водозабора желательно выполнять оценку роли отдельных составляющих эксплуатационных запасов с составлением гидрографа или схемы формирования запасов.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

18

2.8. Выбор схемы водоснабжения объектов. С учетом конкретных условий месторождения, местоположения объектов, рельефа и других факторов обосновывается выбор типа водопроводной сети, состав узлов и сооружений системы водоснабжения, их взаимное расположение (схема водоснабжения). Дается описание функций отдельных узлов системы водоснабжения и режим их работы. В основном, учитывая незначительные размеры и концентрированный характер водопотребления и линейное (друг за другом) расположение объектов водоснабжения следует ориентироваться на использование тупиковой водопроводной сети. Для повышения ее надежности в пределах жилого массива магистральные водоводы целесообразно расположить по его контуру (форма жилого массива считается заданной, а его площадь Fм может быть определена, исходя из численности населения в поселке N, нормы жилого массива на одного жителя f= 25 м2 и этажности зданий в поселке (Эт) по формуле Fм=N f /Эт.

На ответственных участках водопроводной сети для повышения надежности системы водоснабжения (по требованиям СНиП она должна отвечать 2-й категории надежности) могут быть предусмотрены параллельные водоводы.

Рис. 1. Обобщенная схема водоснабжения (план, разрез)

2.9. Гидравлический расчет водопроводной сети. Выполняется с учетом неравномерности водопотребления, т.е. для самых неблагоприятных условий ее работы (сеть

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

19

должна быть рассчитанной на пропуск максимально возможных расходов воды, называемых расчетными или секундными расходами [1, 7, 8]). Такие условия возникают в часы и сутки максимального водопотребления с учетом того, что в это же время осуществляется тушение расчетного количества пожаров. При этом в самой неблагоприятной точке сети (самой удаленной или самой высокой) должен обеспечиваться необходимый для нормальной работы сети свободный (хозяйственный) напор Нсв, величина которого определяется по формуле:

Нсв=10+(Эт – 1)·4

(11)

2.9.1. Максимальные размеры водопотребления, необходимые для гидравлического расчета сети определяются по всем ранее рассмотренным категориям водопотребления с учетом коэффициентов суточной Kсут и часовой Kчас неравномерности водопотребления. При этом допустимо не учитывать расходы на прием душа, поливы территории промышленного предприятия, мойку оборудования и другие нужды предприятия при обязательном учете максимальных расходов воды для пожаротушения. Максимальный расход воды для различных нужд Qмакс в л/с определяется как частное от деления максимального объема потребной воды на время ее расходования по следующим формулам:

Для хозяйственно-питьевых нужд в поселке

	Qхпб.макс.	Kп qж Kсут Kчас	[л/с],	(12)
		86400

где: Ксут и Кчас – коэффициенты суточной и часовой неравномерности, определяемые по СНиПу (пункт 3.3) в зависимости от характера объектов водопотребления.

Для Ксут.макс принимается диапазон 1.1÷1.3, а Кчас.макс определяется из выражения:

Кч.макс = αмакс·βмакс

где α – коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, принимаемый αмакс = 1.2÷1.4;

β – коэффициент, учитывающий количество жителей в населенном пункте, принимается по табл. 6.

Таблица 6
Количество	до 1 1.5 2.5	4	6	10	20	50 100 300 1000 и

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

20

жителей в тыс.чел. более

β	2.0	1.8	1.6	1.5	1.4	1.3	1.2	1.15	1.1	1.05	1.0
	Для поливов территории поселка при обшей длительности полива в часах tпол:
		Qбл.макс. = 10-3·qпол·N/3600·tпол						[л/с],			(13)

Длительность полива tпол в зависимости от климатических условий принимается равной от 4 до 10 ч в сутки.

Для хозяйственно-питьевых целей на предприятии:

	Qхпп.макс.	qх Nх Kчас,х qг Nг Kчас,г	[л/с].	(14)
		3600 nc tc

где: Кчас,х и Кчас,г – коэффициенты часовой неравномерности водопотребления соответственно в холодных и горячих цехах (определяются по СНиПу (см. гл.2.1 настоящего пособия, табл.3), обычно Кчас,х=3, Кчас,г=2.5); tc -длительность рабочих смен в часах.

На производственные нужды предприятия, если особо не оговорена неравномерность водопотребления:

	Qтех.макс	Qг		[л/с],	(15)
		3.6 nctc
	Для пожаротушения при одновременном возникновении расчетного количества
	пожаров nп:
		Qпож.макс.=qп·nп		[л/с],	(16)

где: qп – расход воды в л/с для тушения одного пожара (по СНиПу).

Максимальный секундный расход Qмакс определяется как сумма всех определенных по формулам (12-16) максимальных расходов:

Qмакс. = Qxпб.макс. + Qхпп.макс. + Qтех.макс. + Qпож.макс., [л/с] (17)

2.9.2. Для выполнения гидравлического расчета водопроводная сеть разбивается на участки, аналогичные по условиям работы для каждого из которых определяется так называемый расчетный расход, учитывающий отдачу воды непосредственно в пределах рассматриваемого участка (путевой расход Qпут) и транспортировку воды, предназначенной для отдачи на последующих участках (транзитный расход Qтp), т.е.

Qр= Qтp +0.5Qпут (18) При определении путевых расходов на участках сети в пределах жилого массива

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

21

следует считать, что отдача воды происходит равномерно по длине водоводов и поэтому путевой расход на любом из участков длиной l может быть определен как Qпут=q·l (здесь

q Qхпб.макс. единичный путевой расход, приходящийся на 1 м длины водовода в пределах lв

поселка; lв – длина водовода, расположенного по периметру жилого массива).

2.9.3.Определив расчетные (секундные) расходы по всем участкам сети, приступают к

еегидравлическому расчету. Расчет сети заключается в подборе диаметров труб Di и определении потерь напора hi на различных участках сети при известных значениях расчетных расходов Qр. Для подбора используются таблицы Шевелева (см. приложение 5), обобщающие результаты специальных исследований и расчетов по определению потерь напора в трубах различного диаметра при различных значениях расчетного расхода. При подборе диаметров труб по известной величине расчетного расхода Qp следует ориентироваться на обеспечение движения воды в трубах со средней экономичной скоростью vэ, отвечающей минимальному значению суммарных затрат на строительство водоводов и подачу по ним воды (при диаметре труб до 400 мм vэ=0.7÷1.0 м/с, для труб большего диаметра vэ= 1÷1.5 м/с). Результаты расчета (подбора) сводятся в таблицу и используются затем при определении соотношения элементов системы водоснабжения по напорам, в частности, для определения напоров насосных станций и высоты водонапорной башни.

Вид сводной таблицы

участка№	Расчетные
	л/с
	расходы Q,

1-2 Q1-2

……

5-7 Q5-7

Длина	Диаметр	Экономичная	Потери		Полные	потери
участка	водовода	скорость vэ,	напора	на	напора	на
l, м	D, мм	м/с	100i	м	расчетном участке
			водовода,		∆h,=100i·l/100, м
			м

…

Напоры насосных станций НIп, НIIп и высота башни Нб определяются, исходя из функции этих узлов в системе водоснабжения. Так, например, высота водонапорной башни Нб, основной задачей которой является подача воды потребителям в часы максимального водопотребления при обеспечении свободного напора Нсв во всех расчетных точках сети,

может быть определена по формуле:
Нб = Нсв + ∆hб-р.т. + (zр.т. - zб)	(19)

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

22

где: ∆hб-р.т. – сумма потерь напора в трубах водопроводной сети от башни до расчетной точки, в м; (zр.т. - zб) – разность отметок поверхности в расчетной точке и у башни.

Напоры насосов, установленных в скважину и подающих воду непосредственно в водопроводную сеть для водоснабжения потребителей, определяются соответственно по формуле:

НIп = α + Sр + Hст + (zб - zв) + ∆hв-б + Hб + hб

(20)

где: α – заглубление насоса под динамический уровень воды (обычно α=3÷4 м), Hст – глубина залегания статического уровня подземных вод от поверхности; (zб - zв) – разность отметок поверхности земли у башни и водозабора (скважины); ∆hв-б – потери напора в трубах на пути от водозабора до башни; hб – высота столба воды в баке водонапорной баши.

Если же установленные в скважинах насосы подают воду только для очистных сооружений, то это соответствующим образом учитывается в формуле (20), а для последующей после очистки подачи воды в водопроводную сеть устанавливаются насосные станции второго подъема, для которых напор определяется выражением:

НIIп = ∆hо-б + (zб – zо) + Hб + hб

(21)

где: ∆hо-б – потери напора в трубах на пути от очистных сооружений до башни.

Для компенсации несовпадения в режимах подачи и потребления воды в систему водоснабжения вводят регулирующие резервуары. В рассматриваемых условиях эта роль может быть отведена баку водонапорной башни, который должен в таком случае иметь достаточную емкость. При определении емкости бака водонапорной башни Vб учитывается необходимость хранения в нем пожарного запаса воды Qпож и содержания регулировочного объема воды Vр (обычно принимается в размере среднечасового расхода воды с учетом обеспечения всех видов водопотребления, т.е Vр = 0.04·Qобщ) Таким образом

Vб = Qпож + Vр = Qпож + 0.04·Qобщ

(22)

При известной емкости бака и его форме можно легко определить и его размеры. Так, например, для бака цилиндрической формы емкостью Vб диаметр Dб может быть определен по формуле:

	Dб = 3	16Vб	(23)
		3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

23

Высота столба воды в баке hб по конструктивным соображениям принимается в размере 0.75 Dб , т.е.

hб =0.75·Dб.

(24)

2.10.Обоснование конструкции водозаборных скважин и их оборудования следует выполнять в полном соответствии с требованиями СНиП, используя знания, подученные при изучении курса "бурение" и сведения о геолого-гидрогеологических условиях конкретного месторождения. Основными вопросами, которые следует здесь решить, являются: выбор способа бурения; обоснование глубины скважины, числа, диаметров и глубин спуска обсадных колонн; типа и размеров водоприемной части; подбор необходимого насосного оборудования и глубины его установки.

Водоприемная часть скважины (ее оборудование и размеры) должна обеспечивать эксплуатацию скважины с расчетными дебитом и понижениями (радиус rс и длина рабочей части скважины должны быть обоснованы и увязаны с гидродинамическими расчетами по прогнозу водозахватной способности и понижений в скважинах). Диаметр эксплуатационной колонны должен обеспечивать размещение в ней выбираемого для эксплуатации водоподъемного оборудования. Выбор водоподъемного оборудования осуществляется в соответствии с расчетными величинами дебитов скважин и напоров, которые оно должно обеспечивать. Число колонн и глубина их спуска, а также тампонаж и цементация должны обеспечивать надежную изоляцию продуктивного горизонта от смежных с ним в разрезе горизонтов и от поверхностных загрязнений. Более детальные указания по обоснованию конструкций водозаборных скважин и их оборудованию изложены в работах [6, 11, 19].

2.11.Организация и содержание зон санитарной охраны (ЗСО). В этом разделе курсового проекта должны быть изложены соображения, а при возможности выполнено гидрогеологическое обоснование по организации и содержанию ЗСО проектируемого водозабора в соответствии с действующими положениями по их проектированию и эксплуатации [1, 3, 6, 7, 19]. Если в задании на проектирование системы водоснабжения имеются указания на возможность химического и микробного загрязнения, в проекте должны быть даны обоснования к выделению в составе ЗСО трех поясов: строгого режима и двух зон ограничений, ориентированных соответственно на недопущение химического и микробного загрязнения. Если имеются указания на какое-либо одно загрязнение, то обосновываются ЗСО в составе двух поясов: строгого режима и ограничений. При необходимости гидрогеологического обоснования размеров поясов ЗCO расчетными методами допустимо принимать значения недостающих для расчета параметров (естественный уклон потока, активная пористость и др.) по литературным данным или по аналогии. Следует изложить