Тема 2.4. Основы водоснабжения населенных пунктов

Система водоснабжения – это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее очистки, хранения и подачи к потребителям.

Системы водоснабжения (водопроводы) классифицируются по следующим признакам:

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения делят на

- городские;

- поселковые;

- промышленные;

- сельскохозяйственные;

- железнодорожные и др.

По назначению системы водоснабжения подразделяют

- хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды на хозяйственные и

питьевые нужды населения и работников предприятий;

- производственные, снабжающие водой технологические цехи;

- противопожарные, обеспечивающие подачу воды на тушение пожаров.

По способу подачи воды различают

- самотечные водопроводы (гравитационные);

- водопроводы с механической подачей воды (с помощью насосов).

По виду используемых природных источников различают водопроводы

- забирающие воду из поверхностных источников (рек, водохранилищ, озер, морей);

- забирающие воду из подземных источников (скважин, колодцев и т.д).

Имеются также водопроводы смешанного питания.

На основе технико-экономических расчетов часто устраивают объединенные системы водоснабжения: хозяйственно-противопожарные, производственно-противопожарные или производственно-хозяйственно-противопожарные.

Водоснабжение промышленных предприятий может быть:

- прямоточным – воду после потребления спускают в канализацию (самая распространенная и наименее экономична);

- оборотным – воду используют многократно после соответствующей обработки (очистки, охлаждения, подогрева)

- с последовательным (или с повторным) использованием воды – воду после использования в каком-либо технологическом процессе без промежуточной обработки подают для повторного применения.

Нормы водопотребления

Нормой водопотребления называют количество воды, расходуемое на определенные нужды в единицу времени или на единицу вырабатываемой продукции.

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных пунктах назначают по СНиПу в зависимости от степени благоустройства районов жилой застройки и климатических условий.

(Здания, оборудованные внутренним водопроводом, канализацией и системой централизованного горячего водоснабжения - норма на одного жителя среднесуточная (за год) 230 – 350 л/сут.)

Режим водопотребления

Потребление воды населением в течение года неравномерно. Так, летом ее расходуют больше, чем зимой, в предвыходные дни больше, чем в остальные дни недели. Отношение суточного расхода в дни наибольшего водопотребления

к среднему суточному расходу называют коэффициентом суточной неравномерности водопотребления

Величина зависит от степени благоустройства зданий. С увеличением степени благоустройства коэффициент суточной неравномерности уменьшается.

В течении суток потребление воды также неравномерно: ночью оно меньше, чем днем. Колебание потребления воды по часам суток зависит от расчетного числа жителей. Чем меньше населенный пункт, тем эта неравномерность больше. Потребление воды изменяется и в течение часа. Однако для упрощения расчетов условно считают, что в течение часа потребление воды остается неизменным.

Отношение часового расхода в часы наибольшего (максимального) водопотребления к среднему часовому расходу называют коэффициентом часовой неравномерности водопотребления

Коэффициент часовой неравномерности водопотребления для населенных

пунктов принимают в зависимости от нормы водопотребления.

Свободный напор

Напор в наружной водопроводной сети должен обеспечивать подачу воды с некоторым запасом (остаточным напором ) в самую высокую и наиболее удаленную от наружной сети водоразборную точку внутри здания. Этот напор, м, называют свободным или необходимым

Где: – геометрическая высота подачи воды от поверхности земли до самой высокой водоразборной точки, м; – потери напора во внутренней сети, вводе и водомерном узле, – остаточный напор у диктующего прибора, м.

Геометрическую высоту подачи , м, определяют по формуле

Где: – превышение отметки пола 1-го этажа (этажа над поверхностью земли – планировочная высота); – число этажей в здании; – высота этажа здания; – высота расположение диктующего прибора над полом.

Рис. Схема подачи воды из наружной сети в здание

Ориентировочно свободный напор в наружной водопроводной сети населенных пунктов, определяют по формуле

Где: 10 – свободный напор для одноэтажной застройки;

– число этажей в доме.

Источники водоснабжения

Водоснабжение населенных пунктов осуществляется из подземных и поверхностных источников.

Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод.

Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими, т.е. самоизливающимися).

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность (см. рис.). Водоносные горизонты, расположенные непосредственно у поверхности земли или в уровне соседних водоемов, называют грунтовыми. Они характеризуются загрязненностью и должны очищаться при использовании для целей водоснабжения.

Напорные воды заполняют водоносные горизонты полностью. Такие воды характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей без очистки.

Безнапорные и напорные воды могут выходить на поверхность (родники). Ключевая вода отличается высоким качеством.

Рис. Схема образования и залегания подземных вод

1 — водоупорные породы; 2 — водоносные породы; И₁—И₃ — источники (родники) к – колодцы

Водозаборные сооружения из подземных источников

Выбор типа сооружения для приема подземных вод зависит от глубины их залегания и мощности водоносного горизонта.

Сооружения для приема подземных вод могут быть подразделены на

1. Водозаборные скважины (трубчатые колодцы) – служат для приема безнапорных и напорных подземных вод, залегающих на глубине более 10 м. Их устраивают путем бурения в земле скважин, стенки которых крепят обсадными стальными трубами. Подземные воды могут самоизливаться из скважин в сборные резервуары, либо их выкачивают насосами.

2. Шахтные колодцы – служат для приема подземных вод, залегающих на глубине не более 30 м. Они представляют собой вертикальный проем в грунте доходящий до водоносного слоя. Такие колодцы делают из бетона, ж/б, кирпича, камня, дерева. В дне шахтных колодцев для приема воды устраивают обратные фильтры, т.е. насыпают песок, гравий, щебень, увеличивая крупность зерен снизу вверх. Чтобы усилить поступление воды, в стенах колодцев делают отверстия (трубы, фильтры или зазоры кладки).

3. Горизонтальные водозаборы устраивают для приема грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине (до8 м) при малой мощности водоносного горизонта. Их выполняют в уровне залегания водоносного слоя из ж/б, бетонных или керамических труб с крупными или щелевидными отверстиями. Чтобы исключить поступление в водозаборы загрязненных поверхностных вод, в уровне земли над ними устраивают глиняную подушку. Для осмотра и очистки через каждые 50 … 150 м по их длине устраивают смотровые колодцы.

4. Каптажные камеры – используют для получения ключевой воды. Их устраивают в виде шахтных колодцев.

Поверхностные источники водоснабжения

При водозаборе из поверхностных источников особое внимание уделяют бесперебойному качественному водоснабжению населения независимо от времени года.

Место расположения водозаборного сооружения выбирают как можно ближе к потребителю в устойчивом, наименее загрязненном участке водоема, выше населенных пунктов, промышленных предприятий и участков сброса сточных вод по течению рек. Так же его устраивают вне очагов возможного образования шуги, ледяных заторов, вне области интенсивного движения донных наносов и с учетом возможности организации зоны санитарной охраны.

Водозаборные сооружения на реках по конструкции подразделяются на следующие типы:

1. Береговые (раздельные или совмещенные с насосной станцией).

2. Русловые (при пологих берегах, слабых грунтах и малых глубинах воды в реке).

3. Специальные:

а/ ковшовые – искусственные заливы;

б/ из горных речек;

в/ передвижные;

г/ плавучие.

Зоны санитарной охраны

Границы зон санитарной охраны источников водоснабжения.

Границы зоны 1 пояса – огражденная территория водозаборных сооружений и площадок, головных водопроводных сооружений, на которых установлен строгий охранный режим и не допускается размещение зданий, сооружений и коммуникаций, не связанных с эксплуатацией водоисточника. Запрещается постоянное и временное проживание людей, не связанных непосредственно с работой на водопроводных сооружениях;

Границы зоны 2 пояса – территории непосредственно окружающие не только источники, но и их притоки, на которых установлен режим ограничения строительства и хозяйственного пользования земель и водных объектов;

Границы жесткой зоны 2 пояса – территории, непосредственно прилегающие к акватории водоисточников и выделяемые в пределах территории 2 пояса по границам прибрежной полосы с режимом ограничения хозяйственной деятельности.

Схемы водоснабжения населенных мест

Водопровод, может быть местным и централизованным.

Местный водопровод подает воду в небольшие здания непосредственно из источника (колодца, скважины) потребителю.

Рис. Схема местного водопровода:

1 — источник водоснабжения (колодец, скважина); 2 — насос; 3 — водопроводная сеть; 4 — водонапорный бак; 5 — водоразборная арматура.

Централизованный водопровод обеспечивает водой группу объектов, например населенный пункт, промышленные, сельскохозяйственные и другие предприятия.

Рис. Схема водоснабжения города

1 – оголовок; 2 – самотечная линия; 3- береговой колодец;

1, 2, 3 – водозаборные сооружения предназначены для приема воды из источника и очистки ее от крупных загрязнений (листьев, веток, рыбы);

4 - насосные станции 1-го подъема перекачивают воду из водозаборных сооружений на очистные сооружения. Их устраивают раздельными или совмещенными с водозаборными сооружениями и оборудуют центробежными насосами; 5 – очистные сооружения – предназначены для улучшения качества воды до уровня необходимого потребителю;6 – резервуары чистой воды собирают воду, поступающую равномерно в течение суток от очистных сооружений. Резервуары предназначаются:

• для приема и хранения воды;

• хранения регулирующего объема воды и поддержания напора в сети (водонапорный резервуар);

• хранения противопожарных и аварийных запасов воды.

Резервуары могут служить одновременно для нескольких целей.

7 – насосные станции 2-го подъема подают воду из резервуаров чистой воды по водоводам в город и в водонапорную башню;

8 – водоводы;

9 – водонапорная башня хранит регулирующий и противопожарный запасы воды и поддерживает требуемое давление в сети. Она располагается на самом высоком месте города в начале, конце или середине водопроводной сети.

10 – наружная водопроводная сеть распределяет воду между потребителями в городе. Она обычно выполняется кольцевой в виде замкнутых контуров. Это обеспечивает высокую надежность подачи воды потребителям, но для нее требуется большое количество труб, арматуры и фасонных частей.

Водопроводные сети прокладывают из чугунных, асбестоцементных, бетонных, железобетонных, пластмассовых труб.

Для нормальной эксплуатации водопроводной сети на ней устраивают запорно-регулирующую (задвижки, поворотные затворы), предохранительную (предохранительные клапаны, вантузы) и водоразборную арматуру: водоразборные колонки, краны, пожарные гидранты, из которых отбирают воду машины.

(Вантуз – клапан, через который автоматически удаляется воздух, скапливающийся в высших точках водопроводных, отопительных и т.п. линий.)

В местах установки арматуры и фасонных частей с фланцевыми соединениями устраивают смотровые колодцы или камеры из сборного железобетона или кирпича. Их размеры определяются габаритами арматуры и глубиной водопровода. Колодцы бывают круглой и прямоугольной формы, на поверхности земли колодец заканчивается люком с крышкой.

Водопроводные сети города состоят из главных магистралей, транспортирующих основные потоки воды, магистралей-перемычек, выравнивающих нагрузку главных продольных магистралей и обеспечивающих надежность работы сети при аварии. К магистралям подключают трубопроводы распределительной сети, подающей воду в микрорайоны, отдельные здания, предприятия.

Водопроводные линии прокладывают соответственно рельефу местности с постоянной глубиной заложения, а также с уклоном на ровных местах. Уклон обеспечивает возможность опорожнения системы и выход воздуха в высших точках водопровода (через вантузы).

Наружные водопроводные сети прокладывают в грунте. Глубина заложения труб зависит от глубины промерзания грунта, температуры воды в трубах, режима ее подачи.