4. Проектирование и расчет головных водопроводных сооружений

К головным водопроводным сооружениям принято относить водозаборы, станции водоподготовки, резервуары для хранения чистой воды и насосные станции.

В курсовой работе рассматривают два варианта водоснабжения.

Вариант 1. Из подземных источников (артезианских напорных пластов). Вариант 2. Из поверхностных источников (реки).

В первом варианте водоснабжения для забора воды применяют трубчатые колодцы различных типов, а во втором варианте могут быть использованы водозаборные устройства, конструкции которых зависят от местных условий, в частности от гидрологических характеристик реки и геологического строения ее берегов.

1.4.1. Вариант 1. Источники водоснабжения - артезианские напорные воды

В зависимости от величины водопотребления водозаборные сооружения могут быть выполнены в виде одного или нескольких трубчатых колодцев, расположенных относительно друг друга на определенном расстоянии (приложение 5). При этом каждый колодец должен быть соединен с общим водопроводом, подающим воду в водонапорную башню и к населенному пункту (рис. 1.4).

При расчете водозаборных сооружений следует:

1. определить необходимое количество колодцев n;

2. диаметр водоприемного фильтра d_ф и обсадной (эксплуатационной) трубы;

3. подобрать марку насоса и определить его производительность (подачу) и развиваемый им напор;

4. определить глубину откачки воды в колодце.

Необходимое количество колодцев определяют по формуле:

где q – расчетный секундный расход воды в населенном пункте, м³/с; q_уд – удельный дебит колодца, м³/см; S_доп – допустимая глубина откачки воды, м, принимаемая ориентировочно для трубчатых колодцев, оборудованных

фильтрами, S_доп= (0,20,3)Н_ст, если Н_ст>2m. Здесь Н_ст – статический напор водоносного пласта, м; m – мощность водоносного пласта, м.

Данные о подземных водах приведены в приложении 2.

Полученную по формуле (1.15) величину n следует округлить до целого числа в большую сторону.

Трубчатые колодцы часто оборудуют глубинными насосами, обычно работающих в автоматическом режиме. При этом должно выполняться условие:

(1.16)

где Q_нас – часовая производительность насоса, м³/час; Q_час – расчетный часовой расход воды населенного пункта, м³/час; n- количество одновременно действующих колодцев.

Ориентировочно требуемый напор насоса может быть определен по формуле:

Н_нас= Н_б+у_ст+ S_доп, (1.17)

где Н_б - высота уровня воды в водонапорной башне (ее можно принять равной величине свободного напора в водопроводе в точке присоединения водонапорной башни к водопроводной сети); у_ст – глубина залегания статического уровня, м; S_доп – допустимая глубина откачки воды, м.

По каталогу насосов следует подобрать марку насоса типа ЭЦВ. Часть трубчатого колодца, расположенная в водоносном пласте (фильтр), выполняется с перфорацией различной конструкции для приема воды и задерживания частиц грунта водоносного пласта. Фильтр – основной элемент трубчатого колодца (скважины), поэтому от его качества зависит дебит (производительность) и долговечность колодца.

Конструкция фильтра должна обладать достаточной механической прочностью, необходимой химической стойкостью, хорошей пропускной способностью и долговечностью. Он не должен зарастать осадками, выделяющимися из воды, забиваться частицами окружающих пород, а также не должен ухудшать качество воды, поступающей в колодец.

При откачивании воды насосами около фильтра образуется поток воды. При этом скорость в фильтре не должна превышать допустимой величины, определяемой по формуле:

где k_ф – коэффициент фильтрации водоносных пород (см. приложение 1).

По величине V_доп следует определить минимально допустимый диаметр фильтра (рис. 1.5),по формуле:

(1.19)

где l_ф – длина рабочей части фильтровой трубы, равная l_ф=m-(12)м. Здесь m – мощность (толщина) водоносного пласта, м.

По приложению 7 пособия необходимо подобрать тип фильтра, а по приложению 9 определить его диаметр d_ф.

Диаметр эксплуатационной колонны (обсадной трубы), в которой размещают насос, должен быть не менее чем на 50мм больше диаметра фильтровой трубы. Минимально допустимый диаметр эксплуатационной колонны указан в марке насоса (в дюймах).

В заключение следует определить расстояние между колодцами. Кроме того в пояснительной записке должен быть представлен продольный разрез трубчатого колодца с указанием его размеров и расчетной динамической глубины воды в нем (рис.1.5). Положение динамического уровня воды в колодце можно определить по формуле:

(1.20)

где Н_ст – статический напор водоносного пласта, м; n_р – количество одновременно работающих колодцев; q_уд – удельный дебит колодца, л/см

В проекте должны быть предусмотрены резервные трубчатые колодцы согласно СНиП 2-03.04-84.

Рис. 1.5. Схема конструкции трубчатого колодца:

1 – труба кондуктора; 2 – затрубная цементация; 3 – эксплутационная колонна; 4 – фильтровая труба; 5 – сальник; 6 – фильтр; 7 – отстойник;

8 – водоносные породы; 9 – водоподъемная труба; 10 – насос;

11 – электродвигатель; 12 – электрокабель