Размещено на http://allbest.ru

1. Выбор системы и схемы водоснабжения

Системы водоснабжения представляют собой комплекс сооружений, предназначенных для снабжения потребителей водой в необходимых количествах, требуемого качества и под требуемым напором. Системы состоят из сооружений для забора воды из источника водоснабжения, ее обработки, перекачки воды потребителю и сооружений для ее хранения.

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

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

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

Систему водоснабжения, обслуживающую несколько крупных объектов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, называют районной системой водоснабжения. Небольшие системы водоснабжения, снабжающие водой одно здание или небольшую группу компактно расположенных зданий из близлежащего источника, называют местными системами водоснабжения.

В зависимости от рельефа местности снабжаемой водой территории и требуемых свободных напоров системы водоснабжения подразделяются на однозонные и многозонные (двух, трех и т.д.).

В зависимости от вида потребителей системы водоснабжения выполняют функции хозяйственно-питьевых, производственных, противопожарных, поливочных водопроводов. Степень объединения функций, выполняемых водопроводом, определяется исходя из технико-экономических соображений.

В данной курсовой работе применяем объединенную (единую) систему водоснабжения, так как эта система чаще всего применяется для водоснабжения населенного пункта.

Схема водоснабжения населенных пунктов определяется видом источника водоснабжения, качеством воды в нем, рельефом местности, режимом водопотребления.

На рисунке 1 приведена схема водоснабжения населенного пункта с забором воды из поверхностного источника, которая дается по заданию курсового проекта.

Речная вода поступает в водозаборные сооружения, из которых насосами станции I подъема подается на очистные сооружения. Очищенная вода поступает в резервуары чистой воды, откуда забирается насосами станции II подъема и подается по водоводам в водонапорную башню, а затем по магистральным трубопроводам в водопроводную сеть, распределяющую воду по отдельным районам и кварталам населенного пункта.

водоснабжение очистной гидравлический

2. Определение расчетных расходов воды

Основными видами потребления воды являются: хозяйственно-питьевое водопотребление жителями населенных пунктов; водопотребление промышленных предприятий; водопотребление, связанное с благоустройством территорий (поливка улиц, зеленых насаждений и пр.); использование воды для пожаротушения.

Хозяйственно-питьевое водопотребление. Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных пунктах принимают по [1, таблица 1], и они в зависимости от степени благоустройства жилых домов и климатических условий составляют 125 - 350 л/сут на одного жителя.

Неучтенные расходы допускается принимать дополнительно в размере 10 - 20 % суммарного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта.

Среднесуточный (за год) объем водопотребления, м³/сут, на хозяйственно питьевые нужды определяют по формуле

(1)

где q_ж - удельное водопотребление, л/(сут*чел), принимаемое по [1, таблица 1];

N_ж - расчетное число жителей в районах жилой застройки с различной степенью благоустройства, чел.

Расчетное число жителей может быть определено по формуле

(2)

где р_ж - плотность населения, чел/га;

F - площадь района жилой застройки, га.

Площадь района жилой застройки определяется по формуле

(3)

где B - ширина квартала, м; L - длина квартала, м.

Результаты расчета сводят в таблицу 1.

Таблица 1

Расчет расхода воды для жилых кварталов

Номер квартала	Площадь квартала, га	Число жителей	Средние расходы
			суточный, м3/сут	часовой, м3/час	секундный, л/сек
1	2	3	4	5	6
1
2
…
n-1
n
Итого:

Потребление воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта неравномерно в течение года.

Система водоснабжения проектируется на пропуск максимального суточного расхода воды, м³/сут, определяемого по формуле

(4)

где K_сут.max = 1,1 ч 1,3 - максимальный коэффициент суточной неравномерности водопотребления, определяемый по [1, п. 2.2].

Кроме того, требуется проверка работы системы водоснабжения при минимальном суточном расходе воды, м³/сут, определяемом по формуле

 (5)

где K_сут.min = 0,7 ч 0,9 - минимальный коэффициент суточной неравномерности водопотребления, определяемый по [1, п. 2.2].

Водопотребление промышленных предприятий. На промышленных предприятиях вода расходуется на технологические нужды производства, хозяйственно-питьевые нужды работающих, а также на пользование ими душем. В данной работе расход воды на нужды промышленного предприятия (Q_п/п) определять не требуется. Этот расход представлен в задании.

Водопотребление, связанное с благоустройством территорий городов и промышленных площадок. Нормы водопотребления на поливку зеленых насаждений, а также мытье улиц населенного пункта принимают по [1, табл. 3] в зависимости от типа покрытия территории, способа ее поливки, вида насаждений, климатических и других местных условий.

При отсутствии данных о площадях по видам благоустройства (зеленые насаждения, проезды и т.п.) среднесуточное за поливочный сезон потребление воды на поливку, м³/сут, может быть определено по формуле

(6)

где q_ж.п = 50 - 90 л/сут - удельная норма водопотребления на поливку в расчете на одного жителя населенного пункта, принимаемая по [1, табл. 3];

N - расчетное число жителей в населенном пункте.

Суммарный суточный расход воды определяют по отдельным группам потребителей, снабжаемых водой рассчитываемой системой водоснабжения.

Для единой системы водоснабжения, обслуживающей все перечисленные группы потребителей, определяют:

среднесуточный расход воды, м³/сут,

(7)

максимальный суточный расход воды, м³/сут,

(8)

где 1,1 - коэффициент неучтенных расходов воды.

Системы водоснабжения рассчитывают на максимальный суточный расход воды.

Пример. Для г. Самары средняя норма водопотребления для домов, оборудованных водопроводом, канализацией системой горячего водоснабжения составляет 290 л/сут на одного жителя. Плотность населения - 400 чел/га.

Расчет расхода воды для жилых кварталов

Номер квартала	Площадь квартала, га	Число жителей	Средние расходы
			суточный, м3/сут	часовой, м3/час	секундный, л/сек
1	2	3	4	5	6
1	5,25	2100	609	25,375	7,05
2	5,25	2100	609	25,375	7,05
3	5,25	2100	609	25,375	7,05
4	5,25	2100	609	25,375	7,05
5	5,25	2100	609	25,375	7,05
6	5,25	2100	609	25,375	7,05
7	5,25	2100	609	25,375	7,05
8	5,25	2100	609	25,375	7,05
9	5,25	2100	609	25,375	7,05
10	5,25	2100	609	25,375	7,05
11	5,25	2100	609	25,375	7,05
12	5,25	2100	609	25,375	7,05
13	5,25	2100	609	25,375	7,05
14	5,25	2100	609	25,375	7,05
15	5,25	2100	609	25,375	7,05
16	5,25	2100	609	25,375	7,05
17	5,25	2100	609	25,375	7,05
18	5,25	2100	609	25,375	7,05
19	5,25	2100	609	25,375	7,05
20	5,25	2100	609	25,375	7,05
21	5,25	2100	609	25,375	7,05
22	5,25	2100	609	25,375	7,05
23	5,25	2100	609	25,375	7,05
24	5,25	2100	609	25,375	7,05
Итого:	126	50400	14616	609	169,2

Максимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды составляет

Минимальный суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды составляет

Потребление воды на промышленном предприятии составляет 40 л/сек или 3456м³/сут.

Среднесуточное за поливочный сезон потребление воды на поливку составляет

Суммарный средний суточный расход воды для всего населённого пункта составляет

Суммарный максимальный суточный расход воды для всего населённого пункта составляет

3. Определение режимов водопотребления и работы системы водоснабжения

Водопотребление жителями населенных пунктов является случайным процессом изменения расходов воды во времени.

В современной практике проектирования данные о режиме водопотребления чаще всего представляют в табличной форме.

Для этого используют коэффициенты часовой неравномерности водопотребления:

максимальный, по сути своей являющийся отношением максимального часового расхода воды к среднему часовому в сутки максимального водопотребления

(9)

минимальный - отношение минимального часового расхода воды к среднему часовому в сутки минимального водопотребления

(10)

Коэффициент б учитывает степень санитарно-технического благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия. Его принимают б_max = 1,2 ч 1,4; б_min = 0,4 ч 0,6.

Коэффициент в учитывает влияние числа жителей в населенном пункте и принимается по [1, табл. 2].

При отсутствии данных о распределении расходов воды по часам суток могут быть определены расчетные часовые расходы:

максимальный в сутки максимального водопотребления

(11)

минимальный в сутки минимального водопотребления

(12)

Режим водопотребления предприятия складывается из режимов потребления соответствующих групп потребителей на нем.

Режим расходования воды на технологические нужды зависит от технологии производства и задается технологами. Потребление воды на принятие душа осуществляется в первый час последующей смены. Режим потребления воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих определяют посменно. В курсовой работе необходимо принять равномерное потребление воды на предприятии, т.е. из сети ежечасно будет забираться 100%:24 = 4,17 % от суточного расхода воды на предприятии.

Режим поливочного водопотребления является неслучайным и управляемым. Принимают, как правило, 1 - 2 поливки в сутки общей продолжительностью 6 - 8 часов. Режим поливочного водопотребления принимают равномерным в течение принятой продолжительности поливки. Часы поливки не должны совпадать с часами максимального водопотребления или образовывать их.

Общий режим отбора воды из системы водоснабжения складывается из режимов водопотребления соответствующих групп потребителей воды.

Режим водопотребления города, обслуживаемого единой системой водоснабжения, определяется в форме таблицы 2.

Таблица 2

Потребление воды населенным пунктом по часам суток

Часы суток	Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта	Расход воды на нужды промышленного предприятия	Расход воды на поливку терри-тории, м3/час	Неучтенный расход воды, м3/час	Суммарный расход воды на нужды населенного пункта
	%	м3/час	%	м3/час			%	м3/час
1	2	3	4	5	6	7	8	9
0 - 1
1 - 2
…
22 - 23
23 - 24
Итого:

Система водоснабжения рассчитывается на максимальный часовой расход воды в сутки максимального водопотребления.

Пример. Максимальный коэффициент часовой неравномерности водопотребления составляет

Минимальный коэффициент часовой неравномерности водопотребления составляет

Максимальный часовой расход воды в сутки максимального водопотребления составляет

Минимальный часовой расход воды в сутки минимального водопотребления составляет

Режим потребления воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта можно определить по [5, табл. 1.8]. Режим потребления воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта, представленный в расчетной таблице, соответствует значению К_ч.max = 1,5.

Таблица

Потребление воды населенным пунктом по часам суток

Часы суток	Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта	Расход воды на нужды промышленного предприятия	Расход воды на поливку территории, м3/час	Неучтенный расход воды, м3/час	Суммарный расход воды на нужды населенного пункта
	%	м3/час	%	м3/час			%	м3/час
1	2	3	4	5	6	7	8	9
0 - 1	1,5	263,1	4,16	143,8	441	26,3	3,33	874,2
1 - 2	1,5	263,1	4,16	143,8	441	26,3	3,33	874,2
2 - 3	1,5	263,1	4,16	143,8	441	26,3	3,33	874,2
3 - 4	1,5	263,1	4,16	143,8	441	26,3	3,33	874,2
4 - 5	2,5	438,5	4,16	143,8	441	43,9	4,06	1067,2
5 - 6	3,5	613,9	4,16	143,8		61,4	3,12	819,1
6 - 7	4,5	789,3	4,16	143,8		78,9	3,85	1012,0
7 - 8	5,5	964,6	4,16	143,8		96,5	4,59	1204,9
8 - 9	6,25	1096,2	4,17	144,1		109,6	5,13	1349,9
9 - 10	6,25	1096,2	4,17	144,1		109,6	5,13	1349,9
10 - 11	6,25	1096,2	4,17	144,1		109,6	5,13	1349,9
11 - 12	6,25	1096,2	4,17	144,1		109,6	5,13	1349,9
12 - 13	5	876,9	4,17	144,1		87,7	4,22	1108,7
13 - 14	5	876,9	4,17	144,1		87,7	4,22	1108,7
14 - 15	5,5	964,6	4,17	144,1		96,5	4,59	1205,2
15 - 16	6	1052,4	4,17	144,1		105,2	4,95	1301,7
16 - 17	6	1052,4	4,17	144,1		105,2	4,95	1301,7
17 - 18	5,5	964,6	4,17	144,1		96,5	4,59	1205,2
18 - 19	5	876,9	4,17	144,1		87,7	4,22	1108,7
19 - 20	4,5	789,3	4,17	144,1		78,9	3,85	1012,3
20 - 21	4	701,6	4,17	144,1		70,2	3,49	915,9
21 - 22	3	526,2	4,17	144,1	441	52,6	4,43	1163,9
22 - 23	2	350,8	4,17	144,1	441	35,1	3,70	971,0
23 - 24	1,5	263,1	4,17	144,1	441	26,3	3,33	874,5
Итого:	100	17539,2	100	3456	3528	1753,9	100	26277,1

4. Проектирование и расчет водопроводной сети

Водопроводная сеть должна удовлетворять следующим основным требованиям:

обеспечивать подачу заданного количества воды к местам ее потребления под требуемым напором;

обладать достаточной надежностью в снабжении водой потребителей.

Выполняя поставленные требования, сеть должна быть запроектирована наиболее экономично, то есть обеспечивать наименьшие приведенные затраты на строительство и эксплуатацию как самой сети, так и неразрывно связанных с ней в работе других сооружений системы.

Выполнение этих требований достигается правильным выбором конфигурации сети, материала труб, а также правильным определением диаметров труб с учетом технико-экономических показателей.

4.1 Трассировка водопроводной сети в плане

Первой задачей, которую решают при проектировании сети, является ее трассировка, то есть придание ей определенной геометрической формы в плане.

Начертание в плане водоводов и водопроводной сети определяется взаимным расположением источника и объекта водоснабжения, планировкой застройки, рельефом местности, грунтовыми условиями, наличием искусственных и естественных препятствий, требованиями к обеспечению бесперебойного снабжения водой потребителей, кратчайшими путями транспортировки воды.

По конфигурации водопроводные сети бывают тупиковые (разветвленные) и кольцевые.

При трассировке водопроводной сети выделяется система так называемых магистральных линий.

В качестве магистрали намечается линия трубопроводов, начинающаяся от водонапорной башни и заканчивающаяся в одной из концевых точек (диктующей точке) тупиковой сети, наиболее нагруженная расходами, самая длинная, характеризуемая максимальными пьезометрическими напорами, благодаря чему от магистральной сети можно подать расход в любую концевую точку ответвления с необходимым свободным напором.

Ответвления - это трубопроводы, отходящие от магистрали.

При гидравлическом расчете их делят на простые и сложные ответвления. Простые ответвления состоят из одного, а сложные - из двух и более участков трубопровода.

Линию сложного ответвления выбирают исходя из тех же условий, что и магистраль.

4.2 Гидравлический расчет водопроводной сети

Действительная картина отбора воды из сети городского водопровода весьма сложна. Фактический отбор воды из сети происходит в огромном числе точек с неизвестной и непрерывно меняющейся интенсивностью.

В практике проектирования применяют упрощенную расчетную схему водоотбора, основанную на условном предположении, что общий отбор воды с каждого участка городской сети при одинаковой плотности застройки и одинаковой норме водопотребления пропорционален его длине.

При этом все крупные и известные по величине отборы (подача воды промышленным предприятиям, подача воды в емкости и др.) вычитают из общего количества отдаваемой воды и учитывают в виде сосредоточенных отборов в соответствующих точках сети.

Тогда суммарный отбор воды остальными потребителями на единицу длины сети, л/(с • м), определяется по формуле

(13)

где Q - полный расход воды, отдаваемой потребителям в данный расчетный момент, л/с;

УQ_соср - сумма отборов воды крупными потребителями, л/с;

Уl - длина всех линий водопроводной сети, м.

Суммарный отбор воды с каждого участка сети (путевой расход) равен

(14)

где l - длина участка городской сети, м.

Приведенная схема может быть упрощена без какого-либо существенного изменения точности. Для этого путевые расходы Q_П всех линий делят пополам и половины их присоединяют в качестве сосредоточенных расходов в граничных узлах участка. В результате такой операции в каждом узле сети появляется фиктивный сосредоточенный расход

(15)

где (УQ_П)_ik - сумма путевых расходов участков, примыкающих к узлу i, л/с.

Фактические узловые расходы, соответствующие отборам крупных потребителей, остаются сосредоточенными в соответствующих узлах. Таким образом, в подобной расчетной схеме все мелкие отборы воды «сгоняются» к узлам и присоединяются к ним в качестве сосредоточенных отборов.

Узловые расходы водопроводной сети определяют в виде таблицы 3.

Таблица 3

Определение узловых расходов водопроводной сети

Номер узла	Номера участков, примыкающих к узлу	Длины участков, м	Удельные расходы участков, л/с • м	Путевые расходы участков, л/с	Узловой отбор, л/с	Сосредото-ченный отбор, л/с
1	2	3	4	5	6	7
1
2
…
n-1
n
Итого:

Гидравлический расчет водопроводной сети выполняют с целью определения потерь напора в них и диаметров труб участков сети. Потери напора необходимо знать для определения высоты водонапорной башни и напора насосов.

Для определения диаметров труб линий сети необходимо вычислить расчетные расходы воды для этих линий. Расчетные расходы определяются исходя из условия, что сумма расходов, притекающих к узлу, равна сумме расходов, утекающих от узла. Таким образом, каждый участок сети (кроме концевых), помимо узлового расхода q_уз, пропускает транзитный расход q_Т, необходимый для питания последующих участков. Тогда расчетный расход определяют по формуле

(16)

Используя таблицы [3], определяют диаметры трубопроводов d и удельные потери напора в них i исходя из экономичных скоростей движения воды, составляющих 0,5 - 2 м/с [4, § 27]. Меньшие значения скоростей принимаются для труб малого диаметра, а большие - для труб большого диаметра.

Потери напора на участке трубопровода h определяют по формуле

(17)

где i - удельные потери напора на участке, м/м;

l - общая длина участка, м.

Общая потеря напора по рассматриваемому направлению h_l может быть определена как сумма потерь напора в последовательно соединенных участках трубопроводов

(18)

Гидравлический расчет водопроводной сети удобнее выполнять в форме таблицы 4.

Таблица 4

Гидравлический расчет водопроводной сети

Номер участка	Длина участка, м	Расчетный расход воды, л/с	Диаметр трубопровода, мм	Скорость движения воды, м/с	Потери напора
					удельные, м/м	по длине участка, м
I - II
II - III
…
Итого:						Уh =

Пример. Максимальный часовой отбор воды наблюдается в часы 8 - 9, 9 - 10, 10 - 11, 11 - 12, когда из сети забирается 5,13 % суточного расхода воды или 1349,9 м³/час (374,97л/сек). В том числе на нужде промышленного предприятия в узле 1 в виде сосредоточенного отбора забирается 144,1 м³/час (40 л/сек). Остальная часть воды в количестве 1205,8 м³/час (334,97 л/сек) подается населению на хозяйственно-питьевые нужды и равномерно распределяется по длине сети.

Таким образом, зная длину магистральной сети, можно определить удельный отбор воды населением на хозяйственно-питьевые нужды

Таблица Определение узловых расходов водопроводной сети

Номер узла	Номера участков, примыкающих к узлу	Длины участков, м	Удельные расходы участков, л/с • м	Путевые расходы участков, л/с	Узловой отбор, л/с	Сосредоточенный отбор, л/с
1	2	3	4	5	6	7
1	1 - 2	700	0,0837	58,59	29,3	40
2	2 - 1	700	0,0837	58,59	92,07
	2 - 5	700	0,0837	58,59
	2 - 3	800	0,0837	66,96
3	3 - 2	800	0,0837	66,96	108,81
	3 - 6	700	0,0837	58,59
	3 - 4	400	0,0837	33,48
	3 - 7	700	0,0837	58,59
4	4 - 3	400	0,0837	33,48	16,74
5	5 - 2	700	0,0837	58,59	29,3
6	6 - 3	700	0,0837	58,59	29,3
7	7 - 3	700	0,0837	58,59	29,3
Итого:					334,82	40

Таблица Гидравлический расчет водопроводной сети

Номер участка	Длина участка, м	Расчетный расход воды, л/с	Диаметр трубопровода, мм	Скорость движения воды, м/с	Потери напора
					удельные, м/м	по длине участка, м
I - II	700	29,3	200	0,86	0,00636	4,45
II - III	800	150,67	400	1,13	0,00434	3,47
III - IV	400	318,18	600	1,07	0,00236	0,94
Итого:						Уh = 8,86

5. Определение объема бака и назначение конструктивных размеров водонапорной башни

Режим работы насосной станции второго подъема, как правило, близок режиму водопотребления населенного пункта. Однако эти режимы полностью не совпадают. Существуют часы, когда подача насосной станции второго подъема больше водопотребления города или, наоборот, водопотребление превышает подачу насосной станции. Для компенсации несоответствия режима работы насосной станции второго подъема и режима водопотребления города в системе водоснабжения предусматривают водонапорную башню.

Полная вместимость бака водонапорной башни W_в.б., м³, состоит из регулирующего объема W_р, а также неприкосновенного десятиминутного противопожарного запаса воды W_п для тушения одного наружного и одного внутреннего пожара и максимальной подачи воды на нужды населенного пункта:

(19)

Регулирующий объем W_р определяют, сопоставляя режимы водопотребления и работы насосной станции второго подъема. Регулирующий объем бака водонапорной башни W_р, м³, соответствует максимальному остатку воды г_max, %, в баке:

(20)

Регулирующий объем бака водонапорной башни удобно определять в форме таблицы 5.

Таблица 5

Определение регулирующего объема бака водонапорной башни

Часы суток	Расход воды населенным пунктом, %	Подача воды насосной станцией, %	Поступление воды в бак, %	Расход воды из бака, %	Остаток воды в баке, %
1	2	3	4	5	6
0 - 1
1 - 2
…
22 - 23
23 - 24
Итого:	100	100

В графу 2 вносят ранее определенный (см. таблицу 2) режим водопотребления города, а в графу 3 - режим работы насосной станции второго подъема. В данной курсовой работе необходимо принять одноступенчатую работу насосной станции, которая ежечасно подает в сеть 4,17 % от максимального суточного водопотребления.

Сопоставляя значения подачи и расходования воды в каждый час, вычисляют значения расходов воды, поступающей в бак или уходящей из него, и заносят соответственно в 4-ю или 5-ю графу.

Остаток воды в баке начинают рассчитывать с последнего часа самого продолжительного и объемного периода расходования воды из бака.

Предполагается, что в этот час остаток воды равен нулю. Значения остатка воды в остальные часы определяют путем прибавления значений графы 4 или вычитания значений графы 5.Если после определения значений остатка воды в баке оказалось, что некоторые их значения имеют знак « - », то максимальный остаток воды в баке г_max определяют как сумму по абсолютной величине максимального значения остатка со знаком « + » и максимального со знаком « - ». Десятиминутный противопожарный запас воды W_п, м³, определяют по формуле

 (21)

где q_п.н. - расход воды на тушение одного наружного пожара, л/с, определяемый по [1, табл. 5], и который изменяется в пределах от 5 до 100л/с для населенного пункта;

q_п.в. - расход воды на тушение одного внутреннего пожара, л/с, определяемый по [2, п. 6], и который изменяется в пределах от 2,5 до 7,5 л/с для жилых и общественных зданий;

- расход воды на нужды населенного пункта в час максимального водопотребления, м³/час, определяемый в результате расчета таблицы 2 данных методических указаний.

Диаметр бака водонапорной башни, м, определяется из условия, что высота его составляет половину диаметра по формуле

(22)

Высота бака, м, определяется по формуле

(23)

Для схемы водоснабжения, приведенной на рисунке 2, высоту ствола водонапорной башни, м, определяют по формуле

(24)

где H_св - минимальный свободный напор в диктующей точке, м;

Уh - сумма потерь напора в сети от диктующей точки до водонапорной башни, м;

z_д - отметка поверхности земли в диктующей точке, м;

z_б - отметка поверхности земли в месте расположения башни, м.

Свободный напор в диктующей точке, м, определяется по формуле

(25)

где 10 - свободный напор при одноэтажной застройке, м;

4 - свободный напор на каждый последующий этаж, м;

n - этажность основной застройки населенного пункта (5 этажей).

За диктующую принимают точку, в которой для обеспечения свободного напора требуется наибольшая высота водонапорной башни.

Пример. Регулирующий объем бака водонапорной башни составляет

Десятиминутный противопожарный запас воды составляет

Таблица

Определение регулирующего объема бака водонапорной башни

Часы суток	Расход воды населенным пунктом, %	Подача воды насосной станцией, %	Поступление воды в бак, %	Расход воды из бака, %	Остаток воды в баке, %
1	2	3	4	5	6
0 - 1	3,33	4,16	0,83		2,88
1 - 2	3,33	4,16	0,83		3,71
2 - 3	3,33	4,16	0,83		4,54
3 - 4	3,33	4,16	0,83		5,37
4 - 5	4,06	4,16	0,10		5,47
5 - 6	3,12	4,16	1,04		6,51
6 - 7	3,85	4,16	0,31		6,82
7 - 8	4,59	4,16		0,43	6,39
8 - 9	5,13	4,17		0,96	5,43
9 - 10	5,13	4,17		0,96	4,47
10 - 11	5,13	4,17		0,96	3,51
11 - 12	5,13	4,17		0,96	2,55
12 - 13	4,22	4,17		0,05	2,50
13 - 14	4,22	4,17		0,05	2,45
14 - 15	4,59	4,17		0,42	2,03
15 - 16	4,95	4,17		0,78	1,25
16 - 17	4,95	4,17		0,78	0,47
17 - 18	4,59	4,17		0,42	0,05
18 - 19	4,22	4,17		0,05	0,00
19 - 20	3,85	4,17	0,32		0,32
20 - 21	3,49	4,17	0,68		1,00
21 - 22	4,43	4,17		0,26	0,74
22 - 23	3,70	4,17	0,47		1,21
23 - 24	3,33	4,17	0,84		2,05
Итого:	100	100	7,08	7,08

Объем бака водонапорной башни составляет

Диаметр бака водонапорной башни составляет

Высота бака водонапорной башни составляет

Высота ствола водонапорной башни составляет

Свободный напор в диктующей точке (точке I водопроводной сети) для 5-ти этажной застройки составляет

6. Проектирование водопроводной насосной станции II подъема

Насосные станции второго подъема подают воду из резервуаров чистой воды в водопроводную сеть населенного пункта. Располагаются они на территории очистной станции в отдельно стоящих зданиях или совмещаются в одном здании со станцией очистки. Ввиду того, что насосная станция II-го подъема подает воду непосредственно в сеть потребителя, режим работы ее стараются максимально приблизить к режиму водопотребления. При этом сочетают различные способы регулирования работы насосной станции - изменение числа работающих насосных агрегатов и регулирование работы одного или нескольких насосов. Однако обеспечить полное совпадение графиков подачи и потребления воды невозможно, поэтому в отдельные часы суток избыток воды, подаваемой в сеть, автоматически поступает в бак водонапорной башни. В часы суток, когда потребление воды превышает подачу насосной станции, недостаток воды восполняется из регулирующего запаса водонапорной башни.

6.1 Определение требуемого напора насосной станции II подъема

Полный напор, который должны развивать насосы II подъема, зависит от положения водонапорной башни в системе водоснабжения. Для схемы водоснабжения, приведенной на рисунке 2 (водонапорная башня располагается в начале сети), полный напор насосов, м, определяют по формуле

(26)

где Уh_в - сумма потерь напора в водоводе, м, которые определяются по формуле 17 данных методических указаний. Количество линий водоводов необходимо принимать не менее 2-х, причем каждая из них должна обеспечивать пропуск 70 % расхода воды на нужды населенного пункта;

Уh_вс - сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе насоса (2 - 3 м);

z₀ - отметка уровня воды в резервуаре чистой воды, м. В курсовой работе принимается равной отметке земли около очистных сооружений.

Пример. Полный напор насосов II подъема составляет

6.2 Подбор насосов

Подбор насосов осуществляется по требуемому напору и расходу воды. В данной курсовой работе необходимо принимать одноступенчатую работу насосной станции, которая ежечасно подает в сеть 4,17 % от максимального суточного потребления воды населенным пунктом (см. таблицу 2).

При подборе насосов необходимо руководствоваться следующими требованиями:

- количество подаваемой насосом воды должно близко соответствовать требуемому расходу воды;

- насос должен обеспечивать напор, на 2 - 4 метра превышающий требуемый напор для подачи воды в населенный пункт;

- КПД системы «насос - электродвигатель» должен быть максимальным.

В насосных станциях для группы насосов, подающих воду в одну и ту же сеть или водоводы, количество резервных агрегатов следует принимать согласно [1, табл. 32].

Подбор насосов можно осуществлять по [5, приложение 6].

Пример. Подача воды насосами II подъема составляет

7. Расчет и проектирование наружной канализационной сети

7.1 Трассировка сети

Решающим фактором при трассировке является рельеф местности населенного пункта, с особенностями которого необходимо подробно ознакомиться.

Трассировку начинают с нанесения главного коллектора, затем бассейновых коллекторов и уличной сети. Уличная сеть в зависимости от рельефа местности может трассироваться:

по методу объемлющей сети - при наличии плоского рельефа, а также при большой площади квартала (15 - 20 га);

по пониженной грани квартала - при достаточно выраженном рельефе местности в одну или две стороны квартала;

черезквартальная прокладка уличного коллектора - при этом требуется знание точного расположения всех зданий в квартале.

Главный и бассейновые коллекторы должны прокладываться по пониженным местам: по тальвегам - при двухсторонних скатах и по нижней границе канализуемого района - при односкатном рельефе.

В соответствии с рельефом местности и генпланом населенного пункта (рис. 3) главный коллектор трассируется параллельно реке, а уличная сеть - по пониженной грани квартала.

Так как для труб малого диаметра требуются большие уклоны и, учитывая, что уличная сеть примерно параллельна горизонталям, длина ее принимается не больше длины квартала и объединяется в бассейновые коллекторы (рис. 3).

Глубина заложения коллекторов в связанных нескальных грунтах допускается до 6 - 7 м при производстве работ в открытой траншее. При достижении такого заглубления предусматривается устройство районной насосной станции с перекачкой сточной жидкости в колодец, от которого коллектор прокладывается с минимальным начальным заглублением.

На плане насосная станция обозначается прямоугольником иди кружком с надписью ГНС (главная насосная станция) иди КНС 1 (канализационная насосная станция № 1) и т.п.

Напорные водоводы изображаются на плане двойной пунктирной линией.

В курсовой работе рассчитывается один коллектор, который согласовывается с руководителем.

Рис.3. Генплан населенного пункта (М 1:10000)

7.2 Определение расчетных расходов бытовых сточных вод населенного пункта

Одним из наиболее важных требований, предъявляемых к канализационным сетям как самотечной системе, является обеспечение пропуска через канализационные сети расчетного расхода бытовых сточных вод.

Расход бытовых сточных вод зависит от нормы водоотведения и от числа жителей, пользующихся канализацией. Расход производственных сточных вод зависит от нормы водоотведения производственных вод и количества выпускаемой продукции. В данной работе расход сточных вод промышленного предприятия (Q_п/п) определять не требуется. Этот расход представлен в задании.

Нормой водоотведения называется расход сточных вод, л/сут, на одного жителя, пользующегося канализацией или количество сточных вод, м³, на единицу продукции, выпускаемой предприятием. Норма водоотведения равна норме водопотребления и зависит от степени благоустройства жилых домов [1, таблица 1].

Среднесекундный расход бытовых сточных вод от квартала определяется по формуле

q = q₀ · F (27)

где q₀ - модуль стока, л/с м²;

F - площадь квартала, определенная по плану населенного пункта, га;

, (28)

где q_н - норма водоотведения, л/с принимаемая по [1, таблица 1];

Р - плотность населения застройки, чел/га.

Величина модуля стока или удельного расхода зависит от нормы водоотведения q_н и плотности населения застройки Р. При заданной степени благоустройства принимаем: для северных районов - минимальные значения; для средней полосы - средние; для южных районов - максимальные значения.

Пример. Для г. Самары средняя норма водопотребления для домов, оборудованных водопроводом, канализацией, системой горячего водоснабжения составляет 290 л/сут на одного жителя. Плотность населения - 400 чел/га. Расход сточных вод от промышленного предприятия - 144 м³/час (40 л/сек).

q_н = (230+350)/2=290 л/сут на 1 чел.

Модуль стока составляет

q₀ = (290 · 400)/86400 = 1,34 л/с*га,

Таблица

Определение расходов сточных вод от жилых кварталов

Номер квартала	Площадь квартала, га	Модуль стока, л/с*га	Средние расходы
			Секундный qс, л/сек	Суточный qсут, м3/сут
1	2	3	4	5
1	5,25	1,34	7,05	609
2	5,25	1,34	7,05	609
n	5,25	1,34	7,05	609
24	5,25	1,34	7,05	609
Итого	126		169,2	14616

7.3 Определение расчетных расходов сточных вод по участкам канализационной сети

В практике проектирования все расходы сточных вод делятся на попутные, боковые, транзитные и сосредоточенные.

Попутные - это расходы, поступающие в канализационную сеть от прилегающих кварталов, рассредоточено по длине («по пути») расчетного участка.

Боковые - это расходы, поступающие в расчетный участок от боковых канализационных линий.

Транзитными называются расходы, поступающие в данный расчетный участок с предыдущего расчетного участка канализационной сети.

Сосредоточенные - это расходы, поступающие в расчетный участок от промышленных предприятий или насосных станций.

Сосредоточенные расходы сточных вод от промышленных предприятий определяют по заданию.

Сточные воды поступают в сеть неравномерно в течение года и суток. Для учета неравномерности расходов сточных вод применяют общий максимальный коэффициент неравномерности.

Расчет канализационной сети производят по максимальным секундным расходам, л/с, которые для бытовых сточных вод населенного пункта определяются произведением среднего секундного расхода на общий максимальных коэффициент неравномерности [6, таблица 2].

q_max = К_{gen. max} · q_с, (29)

где К_{gen. max} - общий максимальный коэффициент неравномерности;

q_с - средний секундный расход сточных вод, л/с.

Значения общего максимального коэффициента неравномерности приведены в таблице 6.

Таблица 6

Общий максимальный коэффициент неравномерности

Средний расход сточных вод, л/с	до 5	10	20	50	100	300	500	1000	5000
Общий максимальный коэффициент неравномерности притока сточных вод	2,5	2,1	1,9	1,7	1,6	1,55	1,5	1,47	1,44

Определение расчетных расходов сточных вод целесообразнее производить в форме таблицы 7.

Таблица 7

Ведомость расходов сточных вод

Номер расчетного участка	Попутный расход	Боковой расход, л/с	Транзитный расход, л/с	Суммарный расход, л/с	Общий максимальный коэффициент неравномерности	Максимальный расход, л/с	Сосредоточенный расход, л/с	Расчетный расход, л/с
	номер квартала	расход, л/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1-2
2-3
3-n
n-m
m-НС

Пример.

Таблица Ведомость расходов сточных вод

Номер расчетного участка	Попутный расход	Боковой расход, л/с	Транзитный расход, л/с	Суммарный расход, л/с	Общий максимальный коэффициент неравномерности	Максимальный расход, л/с	Сосредоточенный расход, л/с	Расчетный расход, л/с
	номер квартала	расход, л/с
1	2	3							10
1-2	1	7,05	-	-	7,05	2,32	16,36	-	16,36
2-3	-	-	-	7,05	7,05	2,32	16,36	-	16,36
3-4	-	-	7,05	7,05	14,1	2,02	28,48	-	28,48
4-5	-	-	7,05	14,1	21,15	1,89	39,97	-	39,97
5-6	-	-	7,05	21,15	28,2	1,85	52,17	-	52,17
6-7	-	-	7,05	28,2	35,25	1,8	63,45	-	63,45
7-8	22	7,05	7,05	35,25	49,35	1,7	83,90	-	83,90
8-9	23	7,05	35,25	49,35	91,65	1,62	148,47	-	148,47
9-10	24	7,05	35,25	91,65	133,95	1,59	212,98	-	212,98
10-НС	-	-	35,25	133,25	169,2	1,582	267,67	40,00	307,67

7.4 Гидравлический расчет канализационной сети

Расчет канализационной сети заключается в определении диаметров труб, их уклонов, наполнении и скоростей движения по ним сточной жидкости, а также в вычислении отметок лотков труб и их заглубления.

Заглубление лотка трубы в начальной точке сети Н₁ определяется по формуле:

Н₁= h_н+ i(Z+l)+z₁- z₂+ Д,

где h_н - начальная глубина заложения наиболее удаленного смотрового колодца внутриквартальной линии, м;

h_н=Н_пр-0,3, м - для труб диаметром до 500 мм;

h_н=Н_пр-0,5, м - для труб диаметром более 500 мм;

Н_пр - глубина промерзания грунта, зависит от географического места расположения населенного пункта и может быть определена по [5, § 7.3];

i - минимальный уклон внутриквартальной линии, для диаметра 150 мм - уклон составляет 0,007;

Z - длина внутриквартальной линии (при отсутствии проекта Z=1,2В, где В - ширина квартала напротив расчетной точки);

l - длина внутриквартального трубопровода до колодца (5 - 9 м);

z₁ - отметка поверхности земли у колодца уличной сети, м;

z₂ - отметка поверхности земли у наиболее удаленного колодца внутриквартальной сети, м;

Д - разница диаметров уличной и внутриквартальной канализационных сетей (0,05 м).

При гидравлическом расчете необходимо руководствоваться рекомендациями [6], учитывая минимально допустимые уклоны, скорости и максимально допустимые наполнения h/d.

Наименьшие диаметры труб самотечных сетей бытовой канализации следует принимать:

для уличной сети - 200 мм;

для внутриквартальной сети - 150 мм.

Максимально допустимые скорости движения бытовых сточных вод следует принимать: для металлических труб 8 м/с, для неметаллических - 4 м/с [6, п. 2.36]. Для бытовых сточных вод наименьшие скорости движения представлены в таблице 8.

Таблица 8

Наименьшие скорости движения сточных вод

Диаметр труб, мм	150-250	300-400	450-500	600-800	900-1200-	1300-1500	Свыше 1500
Скорость, м/с	0,7	0,8	0,9	1,0	1,15	1,3	1,5

Минимальное наполнение для труб всех диаметров следует принимать равное 0,3. Максимальное наполнение для труб различных диаметров представлено в таблице 9.

Таблица 9

Максимальное наполнение труб

Диаметр труб, мм	150-300	350-450	500-900	Свыше 900
Наполнение не более, h/d	0,6	0,7	0,75	0,8

Задаваясь уклоном труб, минимально допустимым для данного диаметра трубы при плоском рельефе или близком к уклону местности при ярко выраженном рельефе, в соответствии с расчетными расходами подбирают диаметр труб, определяют их наполнение и скорость движения воды в них. Эти данные заносят в таблицу 10 и вычисляют отметки низа (лотка) и верха (шелыги) трубы, а также заглубление лотка трубы.

Соединение трубопроводов в колодцах должно производиться по шелыге трубы [6, п. 4.7]. Скорость движения стоков по коллектору, как правило, должна возрастать. Однако при переходе профиля земли с большего уклона на меньший скорость на нижеследующем участке может оказаться меньше, чем на верхнем, но не более чем на 10 %.

Гидравлический расчет канализационной сети необходимо выполнять при помощи таблиц [7]. Рекомендуется использовать керамические, бетонные и железобетонные трубы.

Таблица 10

Гидравлический расчет сети бытовой канализации

№ участка	Длина L, м	Расчетный расход Q, л/с	Диаметр, мм	Уклон, i	Скорость V, м/с	Наполнение	Перепад L · i, м
						h/d	h, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1-2
2-3
3-n
n-m
m-НС

Отметки земли	Отметки шелыги	Отметки лотка	Заглубление лотка
в начале	в конце	в начале	в конце	в начале	в конце	в начале	в конце
10	11	12	13	14	15	16	17

Пример. Перед началом гидравлического расчета необходимо определить диктующую точку. Точка 1 - диктующая точка.

Заглубление лотка трубы в начальной точке сети Н₁ составляет:

Н₁= h_н+ i(Z+l)+z₁- z₂+ Д =1,6-0,3+0,007(240+8)+15,6-16,4+0,05=2,29 м.

Таблица

Гидравлический расчёт дворовой канализационной сети

№ участка	Длина L, м	Расчетный Расход Q, л/с	Диаметр, мм	Уклон, i	Скорость V, м/с	Наполнение	Перепад L · i, м
						h/d	h, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1-2	260	16,36	250	0,005	0,74	0,46	0,115	1,3
2-3	260	16,36	250	0,005	0,74	0,46	0,115	1,3
3-4	240	28,48	300	0,005	0,85	0,48	0,144	1,2
4-5	320	39,97	350	0,004	0,85	0,49	0,172	1,28
5-6	240	52,17	350	0,0035	0,87	0,6	0,21	0,84
6-7	260	63,45	400	0,0035	0,91	0,54	0,216	0,91
7-8	360	83,90	450	0,003	0,92	0,55	0,248	1,08
8-9	340	148,47	600	0,0025	0,98	0,52	0,312	0,85
9-10	320	212,98	600	0,0025	1	0,7	0,42	0,8
10-НС	30	307,67	800	0,0018	1,05	0,58	0,464	0,05

Отметки земли	Отметки шелыги	Отметки лотка	Заглубление лотка
в начале	в конце	в начале	в конце	в начале	в конце	в начале	в конце
10	11	12	13	14	15	16	17
15,60	15,10	13,56	12,26	13,31	12,01	2,29	3,09
15,10	14,30	12,26	10,96	12,01	10,71	3,09	3,59
14,30	13,40	10,96	9,76	10,66	9,46	3,64	3,94
13,40	12,30	9,76	8,48	9,41	8,13	3,99	4,17
12,30	11,40	8,48	7,64	8,13	7,29	4,17	4,11
11,40	10,50	7,64	6,73	7,24	6,33	4,16	4,17
10,50	10,10	6,73	5,65	6,28	5,20	4,22	4,90
10,10	9,60	5,65	4,80	5,05	4,20	5,05	5,40
9,60	9,00	4,80	4,00	4,20	3,40	5,40	5,60
9,00	8,90	4,00	3,95	3,20	3,15	5,80	5,75

7.5 Построение продольного профиля сети бытовой канализации

По проектируемым расчетным участкам сети составляется продольный профиль поверхности земли. Отметки земли расчетных точек определяется по плану (рис. 3). Масштабы для профиля следующие: для горизонтального - 1:5000 или 1:10000; вертикального 1:100 или 1:200.

При выполнении продольного профиля канализационной сети на ранее заготовленный черный профиль наносится канализационная линия с колодцами. Отметки земли, лотка трубы и их заглубления выписываются с двумя десятичными знаками.



Рис. 4. Продольный профиль канализационной сети

Библиографический список

1. СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - Изд. офиц. - М.: ГУП ЦПП, 2002. - 128 с.

2. СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий. - Изд. офиц. - М.: ГУП ЦПП, 1999. - 58 с.

3. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: Справ. пособие. - 6-е изд., доп. и перераб. - М.: Стройиздат, 1984. - 116 с.

4. Водоснабжение и водоотведение: Учеб. для вузов / В.С. Кедров, В.Н. Исаев, В.А. Орлов и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 2002. - 336 с.

5. Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения. Справочник / Б.Н. Репин, С.С. Запорожец, В.Н. Ереснов и др.; Под ред. Б.Н. Репина. - М.: Высш. шк., 1995. - 431 с.

6. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 72 с.

7. Гидравлический расчёт сетей водоотведения. Справочное пособие: Ч. 2. Расчётные таблицы / М.И. Алексеев, Ф.В. Кармазинов, А.М. Курганов; СПб. гос. архит.-строит. ун-т; НТО спец. гор. хоз-ва СПб. - СПб., 1997. - 362 с.

Размещено на Allbest.ru