Системы водоснабжения и их характеристика

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

Системы водоснабжения (водопроводы) классифицируют по ряду признаков.

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения делят на городские, поселковые, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные и др.

По назначению системы водоснабжения подразделяют на хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды на хо­зяйственные и питьевые нужды населения и работников предприя­тий; производственные, снабжающие водой технологические цехи; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения по­жаров.

По способу подачи воды различают самотечные во­допроводы (гравитационные) и водопроводы с механической подачей воды (с помощью насосов).

По виду используемых природных источ­ников различают водопроводы, забирающие воду из поверхно­стных источников — рек, водохранилищ, озер, морей, и водопро­воды, забирающие воду из подземных источников (артезианских* родниковых). Имеются также водопроводы смешанного питания.

2 Схема водо­снабжения населенного пункта с забором воды из поверхностного источника

На рис. 1 показана схема водоснабжения города с поверхностным источником. Из источника вода забирается водоприемным сооружением и подается насосами насосной станции I подъема на очистные сооружения. После очистки и обеззараживания вода собирается в резервуарах чистой воды. Затем насосами насосной станции II подъема вода подается по водоводам 6 в сеть трубопроводов 8, разводящую воду потребителям.

Рисунок 1. Схема водоснабжения с поверхностным источником: 1 — водоприемное сооружение; 2 — насосная станция I подъема; 3 — очистные сооружения; 4 — РЧВ; 5 — насосная станция II подъема; 6 — водоводы; 7 — водонапорная башня; 8 — магистральная водопроводная сеть; 9 — пьезометрические линии в период максимального водопотребления

Потребление воды в городах и на промышленных предприятиях в течение суток неравномерно. В городах в ночное время вода потребляется значительно меньше, чем днем. На промышленных предприятиях в начале и конце смен воды для производственных целей расходуется меньше, чем в середине смен.

Для сокращения размеров и обеспечения стабильной работы, водоприемных и очистных сооружений, а также насосных станций I подъема их проектируют на равномерную производительность. Насосные станции II подъема проектируют с учетом необходимости изменения их производительности. Подаваемый ими в отдельные часы суток объем воды должен быть близок к потребляемому расходу.

Производительность водоприемных и очистных сооружений и насосных станций I подъема больше минимальной и меньше максимальной производительности насосных станций II подъема. В часы минимальной производительности насосных станций II подъема (в часы минимального водопотребления) излишек воды, поступающей от очистных сооружений, накапливается в резервуарах чистой воды; в часы максимальной производительности насосных станций II подъема (в часы максимального водопотребления) накопившийся излишек воды расходуется потребителями. Таким образом, резервуары чистой воды являются регулирующими емкостями. Кроме того, в резервуарах чистой воды хранят запас воды для пожаротушения и собственных нужд очистных станций.

Для регулирования расходов воды, подаваемой насосными станциями II подъема и расходуемой потребителями, служат водонапорные башни. Водонапорные башни представляют собой утепленные резервуары, поднятые над землей на специальных конструкциях, называемых стволами. Высота водонапорных башен определяется исходя из условий обеспечения подачи потребителям воды с необходимыми напорами.

Состав сооружений системы водоснабжения зависит от вида источника водоснабжения и качества воды в нем требований, предъявляемых к качеству воды потребителями, и ряда других факторов. При определенных условиях необходимость в некоторых сооружения) может отпасть, а некоторые сооружена могут быть совмещены.

3 Схема водо­снабжения населенного пункта с забором воды из подземного источника

На рис. 2 представлена схема водоснабжения города с подземным источником. Для забора подземных вод служат трубчатые колодцы с размещенными в них насосами. В этой схеме насосная станция I подъема совмещена с водоприемными сооружениями, а очистные сооружение вообще отсутствуют. Возможность последнего решения объясняется высоким качеством подземных вод.

Рисунок 2. Схема водоснабжения с подземным источником: 1 — трубчатые колодцы, совмещенные с насосной станцией I подъема; 2 и 6 — водоводы; 3 — РЧВ; 4 — всасывающие трубопроводы; 5 — насосная станция II подъема; 7 — магистральная водопроводная сеть; 8 — водонапорная башня (контррезервуар); 9 -пьезометрические линии в период максимального водопотребления; 10 — пьезометрические линии в период минимального водопотребления (период транспортирования воды в водонапорную башню)

Для обеспечения необходимой надежности работы системы водоснабжения в ней проектируют по два и более однотипных сооружения, а также создают резерв насосного и механического оборудования.

На представленных схемах показаны лишь основные сооружения. Система водоснабжения, как правило, имеет много дополнительных сооружений, обеспечивающих бесперебойную подачу воды потребителям. Между основными сооружениями располагают камеры переключения или распределительные устройства, обеспечивающие отключение или включение отдельных сооружений, насосов или оборудования. На водопроводной сети устраивают смотровые колодцы, в которых располагают задвижки для отключения отдельных участков сети, гидранты, служащие для пожаротушения, водоразборные колонки и другое оборудование.

Пересечение водопроводной сети с реками и оврагами, железными или автомобильными дорогами выполняют путем прокладки труб по мостам, в туннелях или дюкерами, представляющими собой две нитки труб, уложенных по дну реки в траншее.

Источником водоснабжения могут служить поверхностные водоемы (реки, озера, моря) и подземные воды. Место забора воды и местоположение водоприемного сооружения и станции I подъема определяются санитарными соображениями — стремлением получить из источника наиболее чистую воду. При заборе воды из рек эта цель достигается расположением водоприемного сооружения выше по течению реки относительно объекта водоснабжения и других населенных пунктов и промышленных предприятий, т. е. выше мест возможного загрязнения воды водоема; при заборе воды из озер и морей — удалением водоприемного сооружения от объекта водоснабжения и других населенных мест и промышленных предприятий. При заборе подземных вод эта задача может быть решена удалением водоприемного сооружения от населенных пунктов и промышленных предприятий или получением воды из глубоких водоносных слоев. В последнем случае водоприемные сооружения могут располагаться даже в черте объекта водоснабжения.

Очистные сооружения можно размещать как вблизи водоприемников, так и вблизи объектов водоснабжения. В первом случае оказывается целесообразным совмещение насосных станций I и II подъема (расположение их в одном здании).

Воду необходимо подавать потребителям не только в требуемом количестве, но и под определенным напором, который называется свободным напором Нсв. Этот напор должны обеспечивать насосная станция II подъема и водонапорная башня, так как в часы максимального водопотребления вода подается в сеть и из водонапорных башен. В целях сокращения высоты водонапорных башен их располагают на наиболее высоких точках местности. В связи с этим они могут оказаться расположенными в начале сети (см. рис. 1), в середине ее и в конце (см. рис. 2). В последнем случае башня называется контррезервуаром.

4 Элементы водопроводной сети населённого пункта.

Водозаборные сооружения, насосные станции, очистные сооружения, трубопроводы (магистральные, уличные, дворовые).

Система водоснабжения имеет много дополнительных сооружений, обеспечивающих бесперебойную подачу воды потребителям. Между основными сооружениями располагают камеры переключения или распределительные устройства, обеспечивающие отключение или включение отдельных сооружений, насосов или оборудования. На водопроводной сети устраивают смотровые колодцы, в которых располагают задвижки для отключения отдельных участков сети, гидранты, служащие для пожаротушения, водоразборные колонки и другое оборудование.

Система водоснабжения городских территорий

Системой водоснабжения города называют комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника, очистки, хранения и подачи потребителю.

Природные источники водоснабжения подразделяются на:

1) Поверхностные (реки, озёра, водохранилища). Имеют следующие характеристики:

— содержание органических веществ

2) Подземные (грунтовые воды, артезианские родники). Их характеристики:

— малое содержание органики

Т.о. подземные предпочтительнее, но их мало (небольшой дебет).

Источник водоснабжения должен отвечать следующим требованиям:

1.Бесперебойная подача качественной воды

2.Достаточная мощность (экологическое равновесие)

3. Небольшое расстояние от объекта потребления

Основными категориями потребления явл.:

— хозяйственно-питьевые нужды (вкл. поливка)

— производственные цели (транспорт, с/х, промышленность)

— пожаротушение и собств. нужды, водопровод (промывка фильтров, сети и т.д.)

Сети и сооружения системы водоснабжения города с поверхност­ным источником представлены на рис. 1а. Вода поступает в во­дозаборные сооружения 7, откуда насосами насосной станции пер­вого подъема 2 по водоводам первого подъема 3 подается на очистные сооружения 4. После очистки из резервуаров чистой воды 5 она забирается насосами насосной станции второго подъема 6 и по водоводам второго подъема 7 подается в наружную водопро­водную сеть города 8, распределяющую воду по отдельным рай­онам и кварталам города. Водонапорная башня 9 может распола­гаться перед, в середине, либо за сетью города. В последнем случае она называется контрбашней. Сеть города с водонапорной башней соединяют водоводы 10. Все водоводы проектируются не менее чем в две нитки на случай аварии. Аварийный водовод должен обеспечи­вать пропуск не менее 70% суточного потребления воды городом. По способу подачи воды водоводы могут быть нагнета тельными и самотечными.

Взаимное расположение сооружений системы водоснабжения их состав могут быть различными. Насосная водопроводная станция первого подъема может быть совмещена с водоприемным сооружением, а насосная станция второго подъема располагаться в одном блоке с резервуаром чистой воды. Существенное влияние на расположение сооружений системы оказывает рельеф местности. При расположении источника водоснабжения на значительной вы­соте по отношению к городу вода из источника подается без помощи насосов, т. е. самотеком. Водонапорная башня всегда располагается на возвышенностей. При наличии вблизи населенного пункта значительного естественного возвышения вместо водона­порной башни проектируется нагорный резервуар.

Водонапорная башня в системе выполняет напорно-регулирующую функцию, т. е. компенсирует несовпадение режимов подачи воды насосами и ее потребление городом в отдельные часы суток, аккумулируя избыток подаваемой воды в одни часы и восполняя ее недостачу в другие. При этом расход воды для тушения одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 мин хранится в баке башни постоянно. Если водонапорная башня в системе водоснабжения города отсутствует, то в часы минимального водопотребления подача воды в город осуществляется насосами меньшей производительности, расположенными на насосной станции второго подъема.

Сети и сооружения системы водоснабжения города с подземным источником представлены на рис. 1б. Схема значительно упро­щена по сравнению со схемой водоснабжения города с поверхностным источником, так как отсутствует дорогостоящий комплекс очистки воды, поскольку подземные воды обладают не только прекрасными вкусовыми качествами, но также не требуют глубо­кой очистки. В отдельных случаях могут применяться местные установки для обезжелезивания или удаления избыточных солей, а также для обеззараживания воды. Они устанавливаются на насос­ной станции. Поэтому, согласно схеме (см. рис. 1б), вода из водозаборных скважин 11 поступает в сборный резервуар 12, а за­тем насосами насосной станции 6 подается в городскую водопро­водную сеть 8. Подача воды в город в ряде случаев может быть и двусторонней.

Рис. 1 – Сети и сооружения системы водоснабжения города

1 – водозаборные сооружения; 2 – насосная станция первого подъема;

3 — водоводы первого подъема; 4 – очистные сооружения; 5 – резервуар чистой воды; 6 – насосная станция второго подъема; 7 – водоводы второго подъема; 8 – наружная водопроводная сеть города; 9 – водонапорная башня; 10 – водоводы, соединяющие водонапорную башню с сетью города; 11 – водозаборные скважины; 12 сборный резервуар.

Сравнительная характеристика систем водоснабжения города с поверхностным и поземным источниками обобщает основные достоинства и недостатки описанных выше систем.

Виды систем	Достоинства	Недостатки
С поверхност­ным источником	Обеспечивает подачу практи­чески любого необходимого ко­личества воды с учетом перспективного роста городов. Надеж­на	Большая строительная и экс­плуатационная стоимости. Гро­моздкость. Экологическое несо­вершенство ввиду возможного увеличения объема очистных сооружений
С подземным источником	Обеспечивает высокое санитарное качество воды. Не нару­шает экологию окружающей среды	Ограниченность применения из-за недостаточной мощности водоносных горизонтов. Возмо­жность нарушения в ряде случа­ев несущей способности грунтов

2 УСТРОЙСТВО НАРУЖНОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ ГОРОДА И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕЙ

Водопроводная сеть является одним из основных элементов системы водоснабжения и неразрывно связана с работой водоводов, насосными станциями, подающими воду в сеть, а также с регулиру­ющими емкостями (водонапорными башнями и резервуарами). На­ружная водопроводная сеть в отличие от водоводов не только транспортирует воду, но и распределяет ее потребителям. До 60% стоимости сооружения систем водоснабжения городов приходится на долю устройства наружной водопроводной сети.

Водопроводная наружная сеть должна удовлетворять следу­ющим основным требованиям:

— обеспечивать подачу заданного количества и качества воды по­требителям под требуемым напором;

— обеспечивать экологическую надежность и бесперебойность снаб­жения водой потребителей (с учетом перспектив их роста);

Все эти требования достигаются решением следующих основных задач:

выбором экологически чистого, экономичного и надежного ма­териала труб;

правильным выполнением гидравлического расчета сети (опре­деление экономически выгодных диаметров труб и потерь напора в сети);

правильным выбором конфигурации наружной водопроводной сети в плане.

Наружная водопроводная сеть состоит из:

— системы магистральных линий, идущих в направлении движения основных масс воды, транспортирующих воду в районы и кварталы города (диаметры линий рассчитываются);

— распределительной сети труб, подающих воду к отдельным домо­вым ответвлениям и пожарным гидрантам (диаметры труб прини­маются по величине пропускаемого пожарного расхода).

В практике водоснабжения используют два основных вида сетей:

разветвленные (тупиковые) (рис. 2а) и кольцевые (рис. 2б). Последние представляют собой систему замкнутых контуров или колец.

Однако в отношении надежности и обеспечения бесперебойной подачи воды потребителям эти типы сетей не равноценны. Авария и выключение на ремонт любого участка тупиковой сети (точка “а”, см. рис. 2.26, а) ведут к прекращению подачи воды всем потреби­телям, расположенным ниже места аварии по направлению движе­ния воды. В кольцевой же сети при аварийной ситуации вода может быть подана в обход по параллельно расположенным линиям. При этом нарушается снабжение водой только тех потребителей, кото­рые присоединены к выключенному участку. Кроме того, тупиковая сеть гидравлически несовершенна из-за значительных потерь напора ввиду частой смены диаметров труб. Однако ограниченность ее применения (в небольших поселках, для снабжения водой отдален­ных районов города или крупных объектов, таких как медицинские центры, спортивные городки и т. д., находящиеся друг от друга на значительных расстояниях) можно отнести скорее к ее достоинст­вам, чем к недостаткам. Кольцевая сеть гидравлически более совер­шенна. Кроме того, ее форма в известной мере парализует действие гидравлических ударов, которые иногда возникают в водопровод­ных сетях. Однако общая протяженность кольцевой сети всегда больше, чем разветвленной (для того же объекта), и поэтому ее строительная стоимость выше.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к надежности сетей водоснабжения, в городах устраивают кольцевые сети.

Рис. 2 – Виды водопроводных сетей

___ — магистральные трубопроводы;

а* — место возможной аварии на трубопроводе.

При трассировке (расположении) магистралей стремятся к тому, чтобы подача воды в отдельные районы города и к отдельным крупным потребителям происходила кратчайшим путем. Трассировку трубопроводов начинают только после того, как определено место расположения напорно-регулирующих емкостей. Известное влияние на выбор трассы магистралей оказывает рельеф местности.

Магистральные линии, по возможности, прокладывают по на­иболее возвышенным точкам рельефа, что позволяет обеспечить меньшее давление в трубах. Их прокладывают в две параллельные нитки на расстоянии 400 — 800 м друг от друга. Магистральные линии соединены между собой так называемыми перемычками, которые служат для передачи воды из одной мaгиcтрaли (при аварии) в другую. Они расположены через каждые 600 — 1200 м. При нормальной работе сети они загружены слабо.

3. МАТЕРИАЛ ВОДОПРОВОДНЫХ ТРУБ И ТИПЫ ИХ СОЕДИНЕНИЙ

В современной практике строительства наружных водопроводов применяется широкий диапазон материалов для изготовления водо­проводных труб.

На выбор типа материала труб существенное влияние оказыва­ют следующие факторы:

экология района прокладки: сейсмичность района прокладки, са­нитарные условия, агрессивность грунтов и воды, климатические условия, гидрогеология грунтов, их механическая прочность;

сроки эксплуатации труб;

статические расчеты: внутреннего гидростатического давления в трубах, массы грунта и временных нагрузок, возможности образования вакуума в трубах.

С другой стороны, трубы должны легко и быстро монтировать­ся на строительной площадке и удовлетворять требованиям на­ибольшей экономичности.

На рис. 2.27 представлены материалы водопроводных труб и тип их соединений, наиболее широко используемых для наруж­ных сетей водоснабжения.Чугунные раструбные трубы (ГОСТ 9583 — 75*) с противокоррозийным покрытием, выполненным в за­водских условиях, широко применяются при устройстве наружных водопроводов. Они долговечны, но плохо сопротивляются динами­ческим нагрузкам и требуют большого расхода металла.Асбестонементные трубы (ГОСТ 539—80*) прочны, стойки к коррозии, ма­лотеплопроводны, имеют малую массу, но плохо сопротивляются ударам, динамическим нагрузкам и не экологичны.Железобетонные напорные трубы (ГОСТ 12586.01—83* и ГОСТ 12586.1—83*) из­готавливаются в большом диапазоне диаметров на различные внут­ренние давления, широко применяются для прокладки магистраль­ных водопроводов и водоводов.

Полиэтиленовые трубы (ГОСТ 18599—83*) стойки против кор­розии, обладают небольшой массой, достаточно механически про­чны, долговечны, но имеют большой коэффициент линейного рас­ширения.

Стальные трубы электросварные (ГОСТ 10704—91*, 8696—74*) в системах водоснабжения применяют в основном для водово­дов, работающих при значительных внутренних давлениях, а также для водопроводных линий при их укладке в сейсмических районах, при устройстве дюкеров.