Анализ данных, характеризующих качество подземных вод, позволяет сделать вывод о завышении минерализации, мутности и бактериологического загрязнения. В этом случае требуется опреснение воды, хлорирование и коагулирование.

2.3 Мероприятия по улучшению качества воды

Обеззараживание воды. Для уменьшения количества бактерий, содержащихся в подземной воде, проводится обеззараживание воды. Проектируем использование наиболее распространенного метода обеззараживания - хлорирования воды. Введение хлорсодержащих реагентов будет осуществляться перед подачей воды в бак водонапорной башни. Необходимая доза для обеззараживания воды принимается в концентрации 0.7 мг/л газообразного хлора. Газообразный хлор подается в водопроводную сеть непосредственно через эжектор, создающий разрежение в хлораторе. После введения хлора в обрабатываемую воду необходимо обеспечить не менее тридцати минутный их контакт. Это будет достигаться в резервуаре станции обработки воды перед водонапорной башней. На выходе из контактного резервуара содержание остаточного хлора не должно превышать 0.3 - 0.5 мг/л. Для поддержания содержания остаточного хлора в пределах заданной величины следует в процессе эксплуатации корректировать концентрацию дозы подаваемой для обеззараживания.

Коагулирование. Для устранения мутности производится коагулирование воды. В качестве коагулянта используются сернокислый алюминий A12(S04)3. Коагулянт вступает в химическую реакцию с находящимися в воде солями кальция и магния, которая протекает по уравнению:
Al2(SO4)3 + ЗСа(НСО3)2 = 3CaSO4 + 2А1(ОН)3 + 6СО2

Опреснение. Для уменьшения минерализации подземных вод, используется метод ионного обмена. Опреснение воды ионным обменом следует производить по одноступенчатой схеме, последовательным фильтрованием через высокоемкий водород-катионит, и слабоосновный анионит.

2.4 Анализ природных условий, их схематизация и обоснование расчетной гидрогеологической схемы

Гидрогеологические условия разведанного месторождения могут быть оценены как не очень сложные и поддаются схематизации, могут быть представлены в виде типовой расчетной гидрогеологической схемы.

Разведанный горизонт представлен напорными подземными водами, заключенными в трещиноватых известняках мощностью 80 м. Сверху они перекрыты практически непроницаемыми глинами мощностью 50 м., являющиеся водоупором для грунтовых вод, приуроченных к песчано-супесчаным отложениям четвертичного возраста.

Определим, является ли будущий эксплуатируемый пласт изолированным. Учет перетекания из соседних горизонтов при работе водозабора в слоистой толще определяется критерием:

,

где R_вл - приведенный радиус влияния водозабора ;

В - параметр перетекания, который в свою очередь определяется выражением:

, где

T - водопроводимость, эксплуатационного горизонта;

k₀, m₀ - коэффициент фильтрации и мощность разделяющего водоупора.

т.к эксплуатируемый пласт рассматривается как изолированный.

2.5 Обоснование количества и схемы расположения водозаборных скважин

Наиболее оптимальной схемой расположения водозаборного ряда в рассматриваемых гидрогеологических условиях, является линейный ряд. Учитывая характер водовмещающих пород, представленных трещиноватыми известняками, используем трубчатый фильтр. Длина фильтра , радиус фильтра принимаем равным 0,1 м, коэффициент запаса - 0,75.

Проектная производительность водозаборных скважин принимается на основе определения расчетной водозахватной способности водозаборных скважин . определяется исходя из допустимой входной скорости воды в фильтр и площади рабочей части фильтра по формуле:

С учетом возможных процессов кальматации фильтров скважин проектный дебит определяют с учетом коэффициента запаса:

Рассчитываем количество скважин, удовлетворяющих рассчитанную потребность в воде, по формуле:

Принимаем количество скважин n=5. Уточненный дебит одной скважины будет равен .

Помимо эксплуатируемых скважин необходимо запроектировать одну резервную скважину, на случай выхода из строя одной из скважины линейного ряда.

2.6 Выбор метода расчета и расчетных формул. Гидродинамические расчеты по прогнозу условий работы проектируемого водозабора

Прогноз работы водозабора из подземных вод будем осуществлять методом обобщенных систем скважин. Исходя из того, что линейный ряд скважин с радиусом расположен в центре пласта-полосы и имеет длину , а расстояние между скважинами , имеем формулу для определения понижения

Понижение в центральной части водозаборного ряда S_j, согласно методике расчета обобщенных систем скважин, выражается формулой:

Sр = S_w+?S_скв+о

?S_скв

Показатель несовершенства скважины по степени вскрытия пласта определяется в зависимости от соотношений и .

; по графику дополнительного сопротивления определяем м.

;

где Q_сум - суммарный дебит водозабора; R_w - безразмерное гидравлическое сопротивление при действии линейной системы скважин.

Чтобы учесть действие соседнего водозабора, необходимо определить понижение, создаваемое в проектируемом водозаборе, соседним. Оно определяется по формуле:

где: Q_сум - суммарный дебит соседнего водозабора;

r_i и _i - расстояния от проектируемого водозабора соответственно до реального и до отображенного соседнего водозабора;

t₁ - время работы соседнего водозабора, равное 5 годам или 1825 суткам.

Соответственно итоговое понижение в скважинах проектируемого водозабора будет вычисляться:

Для установления оптимальной (по гидродинамическим показателям) схемы расположения скважин требуется выполнять повариантные расчеты, варьируя размерами водозабора.

При оптимизации схемы водозабора определяются варианты с расстоянием между скважинами 50,100,150,200,250,300 м

Рис. №2

Исходя из графика на Рис. 2; наиболее рациональное расстояние между скважинами будет равно 50 метров. Окончательная величина понижения будет равна 28,08 м.

2.7 Выбор схемы водоснабжения объектов

Проектируемая схема водоснабжения предназначена для поселка с числом жителей N=22 тыс. жителей и по этому признаку относится ко II категории надежности подачи воды (СНиП, п.1.3, табл.1). В системах этой категории допускается снижение подачи воды не более 30% в течение времени до 5 часов. Для обеспечения этих требований необходимо запроектировать кольцевой тип водопроводной сети. Надежность водоподачи в пределах поселка обеспечивается: двумя параллельными трубопроводами от водонапорной башни до поселка и кольцевым расположением магистральных водопроводов внутри поселка. Конфигурация этого водопровода повторяет контуры жилого массива, имеющего форму квадрата с соотношением сторон 1:1 (согласно технического задания на проектирование) Размеры водопровода внутри поселка определяются исходя из оценки площади, которую он должен охватывать. Эта площадь определяется исходя их численности населения в поселке N, нормы жилого массивы на 1 жителя и этажности зданий в поселке по формуле:

, откуда получим:

Сторона квадрата равна a=370 м. Расстояния между водозабором, башней, поселком и промышленным предприятием определены техническим заданием на проектирование.

Учитывая, что проектируется улучшение качества подземной воды перед подачей ее потребителям, необходимо в схеме водопровода предусмотреть сооружения по обработке воды. Эти сооружения расположим непосредственно перед водонапорной башней. После обработки воды для подачи ее в бак водонапорной башни, проектируем насосную станцию II подъема. Ее производительность равна средне-суточной потребности в воде, величина напора должна обеспечивать подъем воды в бак башни и его наполнение.

Рис. №3 Схема водопровода (план)

Разбиваем водопроводную сеть на участки, характеризующиеся одинаковыми режимами работы. Такими участками будут: водозабор-башня, башня-поселок, поселок-предприятие.

Рис №4. Схема организации водоснабжения поселка и предприятия (разрез)

2.8 Гидравлический расчет водопроводной сети

Определение максимальных размеров водопотребления

Максимальные размеры водопотребления определяются по всем основным категориям водопотребления с учетом коэффициентов суточной и часовой неравномерности водопотребления.

Максимальный расход воды для различных нужд в л/с определяется с использованием СНиП стр. 6-7 по следующим формулам.

Для хозяйственно-питьевых нужд в поселке:

,

где и - коэффициенты суточной и часовой неравномерности, определяемые по СНиП в зависимости от характера объектов водопотребления (п.3.3).

,

Для хозяйственно-питьевых целей на предприятии:

,

где и - коэффициенты часовой неравномерности водопотребления соответственно в холодных и горячих цехах (определяется по табл. 7 СНиП, - длительность рабочих смен в часах)

,

На производственные нужды предприятия:

Для целей пожаротушения при одновременном возникновении расчетного количества пожаров:

Максимальный секундный расход определяется как сумма всех определенных выше максимальных расходов:

Определение расчетных расходов на участках водопроводной сети.

Для выполнения гидравлического расчета водопроводная сеть разбивается на участки аналогичные по условиям их работы, для каждого из которых определяем так называемый расчетный расход, учитывающий отдачу воды непосредственно в пределах рассматриваемого участка (путевой расход ) и транспортировку воды, предназначенной для отдачи на последующих участках. Считаем, что водоотдача происходит равномерно по всей длине водопровода.

Расчет ведем на расходы воды в час максимального водопотребления. Величину расчетного расхода определяем по общей формуле:

Очевидно, что на участках где нет потребителей (1--2, 2--3, 5--7) весь расчетный расход будет транзитным. На участках водопроводной сети, где происходит потребление воды, расчетный расход определяется как сумма по общей формуле.

На участке 3--4 происходит потребление воды для хозяйственно-питьевых нужд поселка. Расход воды, идущий на потребление в пределах расчетного участка, выступает как путевой расход . Весь расход воды на нужды промышленного предприятия проходит через водоводы в поселке транзитом. Транзитным следует считать расход воды для пожаротушения, так как наиболее неблагоприятной при возникновении пожара является самая удаленная точка в поселке, в которую воду необходимо транспортировать через весь поселок. Кроме того транзитным для расчетного участка в пределах поселка является также расход воды, который будет использован на участке следующим за расчетным.

Магистральный водовод в пределах поселка запроектирован кольцевым. При нарушении водовода на одном участке обеспечение водой должно оставаться не ниже 70% максимальной часовой потребности (п. 1.3,табл.1 СНиПа). Поэтому при определении расчетных расходов на участках сети необходимо выполнить два расчета: 1) на полную нагрузку сети при работе всех участков и 2) на 0,7 от полной нагрузки при условии возникновения аварийной ситуации в наиболее неблагоприятном участке. Наиболее неблагоприятным с точки зрения аварийной ситуации в рассматриваемой кольцевой сети является участок 3--6 (или 3--4). При нарушении водовода на этом участке водовод между точками 3--4--5 оказывается наиболее нагруженным транзитным расходом для подачи его в район участков 3--6.

Расчетный расход при нормальной работе сети на участке 3--4 будет рассчитываться по формуле:

Величина потребления на предприятие и на пожаротушение берется с коэффициентом 0,5, так как транспортировка осуществляется по двум водоводам 3--4--5 и 3--6--5 . Здесь и величина потребления воды для хозяйственно-питьевых нужд на участках 3--4 и 4--5. Учитывая, что вода в поселке для хозяйственно-питьевых нужд в поселке используется равномерно в пределах всей его территории, считаем, что величина потребления на разных участках пропорциональна длине этих участков. Тогда:

Расчетный расход в аварийной ситуации рассчитаем как

; ;

Выбор диаметров труб и расчет потерь напора на выбранных участках.

Подбор диаметров водопроводных труб в зависимости от расчетных расходов на выделенных участках сети производим используя таблицы Шевелева, обобщающие результаты специальных исследований и расчетов потерь напора в трубах различных диаметров. При подборе диаметра труб по известной величине расчетного расхода ориентируемся на обеспечение движения воды в трубах со средней экономичной скоростью , отвечающей минимальному значению суммарных затрат на строительство водоводов и подачу по ним воды (в нашем случае, при диаметре труб до 400 мм ). В таблицах так же указанны потери напора на 100 м длины водовода.

Результаты выполненного подбора диаметров и расчета потерь напора сведены в таблице №3.

Таблица №3 Выбор диаметров труб и расчет потерь напора.

Определение параметров отдельных элементов водопроводной сети.

1. Для компенсации несовпадения в режимах подачи и потребления воды в систему водоснабжения вводят регулирующие резервуары, в нашем случае эта роль отведена баку водонапорной башни, который должен иметь достаточную емкость. При определении емкости бака V_б водонапорной башни учитываем необходимость хранения в нем пожарного запаса воды и содержание регулировочного объема V_б (обычно принимается в размере среднечасового расхода воды с учетом обеспечения всех видов водопотребления, т.е. V_б). Таким образом

V_б

V_б

2. При известной емкости бака и его форме (принимаем цилиндрическую) легко определяем его размеры. В данном случае диаметр бака можно определить по формуле:

Подставляя, расчетные значения получаем:

При этом высота столба воды в баке по конструктивным соображениям принимается в размере , т.е.

3. Гидравлический расчет водопроводной сети выполняется с учетом неравномерности водопотребления, т.е. для самых неблагоприятных условий ее работы. 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 далекой или высокой) должен обеспечиваться необходимый для нормальной работы свободный напор , величина которого определяется по формуле:

,

где - этажность зданий в жилом поселке, тогда

4. Напоры насосных станций и высота башни определяем исходя из функций этих узлов в системе водоснабжения. Высота водонапорной башни, основной задачей которой является подача воды потребителям в часы максимального водопотребления при обеспечении свободного напора во всех точках сети, определяется по формуле:

,

где - сумма потерь напора в трубах водопроводной сети от башни до расчетной точки, м; - разность отметок поверхности земли в расчетной точке и у башни.

Рассчитаем Н_б в самой удалённой точке. Такой точкой будет промышленное предприятие (точка 7).

Тогда

5. Высота напоров в насосах, устанавливаемых в скважинах (I подъем) и подающих воду непосредственно к водонапорной башне определяется по формуле:

Расход воды при работе насосов на станции I подъема в течение 23 часов в сутки равен:

6. Высота напора на насосах в насосной станции после сооружений по обработке воды (II подъем) определим по формуле:

Расход воды при работе насосов на станции II подъема в течение 23 часов в сутки (1 час - ремонт и профилактика) составляет:

2.9 Обоснование конструкции водозаборных скважин и их оборудование

Выбор насосного оборудования

Глубина динамического уровня воды в скважине превышает 20 м, поэтому необходимо использовать погружной насос в скважинах. Требуемая высота напора насоса составляет 87,7м. Расход воды при работе насоса в течение 23 часов в сутки (1 час ремонт и профилактика) составляет 75

Этим показателям соответствует насос типа ЭЦВ-10-83-110.

Для подачи воды из сооружений по обработке воды в водонапорную башню необходимо использовать поверхностный электронасос. Требуемая высота напора составляет 52 м. Расход воды при работе насоса в течение 23 часов в сутки равен 375

Для обеспечения водоподачи с этими параметрами необходимо использовать четыре насоса типа 4К-8. Данный тип насоса обеспечивает расход от 70 до 120, поэтому, обеспечивая заданный расход в 375 , четыре насоса будут работать не на полную мощность, что предопределить их долговременную эксплуатацию и практически исключит их быстрый износ.

Требования к конструкции водозаборной скважины

Глубина и конечный диаметр скважины определяются необходимостью вскрытия водоносного горизонта трещиноватых известняков на полную мощность и расчетным диаметром фильтровой части м. Следовательно, глубина скважины должна быть не менее 160 м., а конечный диаметр должен обеспечить установку фильтра диаметром 10. В трещиноватых известняках использование фильтров не обязательно, но в нашем случае возможно использование трубчатого фильтра. Эксплуатационная колонна должна обеспечит беспрепятственный спуск и подъем погружного насоса, а в процессе его эксплуатации осуществлять наблюдения за положением динамического уровня воды в скважине.

Для укрепления верхней части ствола скважины на интервале от 0 до 30 м. необходима установка кондуктора . Затрубные пространства кондуктора и эксплуатационной колонны цементируются до устья скважины. Глубина установки погружного насоса определяется положением динамического уровня воды в скважине. В проектируемых скважинах динамический уровень будет располагаться на глубине:

.

Стоит обратить внимание на то, что на первые часы эксплуатации водозабора скважины будут работать с самоизливом, поэтому погружной насос на это время будет располагаться не на большой глубине. И по мере опускания уровня насос должен будет постепенно и правильно погружаться вместе с ним до достижения расчетного положения динамического уровня на глубине 68,08 м. Насосный агрегат должен быть погружен на 3-5 м под динамический уровень.

Рис №5 Конструкция водозаборной скважины

2.10 Организация зон санитарной охраны (ЗСО)

Для предотвращения загрязнения подземной воды в зоне водозабора необходимо установить ЗСО. Вокруг водозабора выделяем три пояса санитарной охраны.

Первая зона (ЗСО-1 пояса) - строгого режима, предохраняет водоносный пласт от попадания загрязнения непосредственно через водозаборное сооружение. Учитывая, что эксплуатируются напорные воды, границы ЗСО-1 устанавливаются в радиусе 30 метров вокруг каждой скважины. В пределах этой зоны посторонним лицам, не связанным с эксплуатацией водозабора, вход воспрещен. Здесь исключается всякая хозяйственная деятельность, не связанная с водообеспечением, запрещается проживание людей.

Вторая зона (ЗСО-3 пояса) - зона ограничений - выделяется в пределах области, где необходимо предохранять водоносный пласт от попадания в него загрязнений, причем существует опасность попадания этих загрязнений в водозаборные скважины при миграции их по пласту.

Нейтральная линия тока (НЛТ), ограничивающая зону захвата потока подземных вод может быть рассчитана следующим образом: направим ось абсцисс вверх по потоку подземных вод с центром системы координат в центре водозабора. Тогда ось ординат пойдет перпендикулярно направлению потока.

Для построения НЛТ найдем точки пересечения ее с осями x и y:

Для ЗСО-3 пояса определим область пласта, в пределах которой может происходить химическое загрязнение подземных вод за время :

Следует отметить, что водоносный горизонт хорошо защищен сверху плотными практически непроницаемыми юскими глинами, которые предохраняют его от химического загрязнения.

В пределах зоны ограничений запрещается всякая деятельность, которая может привести к загрязнению подземных вод. В нашем случае, при эксплуатации напорных вод, это могут быть работы связанные с вскрытием верхнего водоупора, такие как бурение скважин, горные работы. Эти работы необходимо либо исключить, либо проводить под строгим контролем, чтобы исключалось загрязнение водоносного горизонта, на который сооружен водозабор.

2.11 Перспективы организации искусственного пополнения запасов подземных вод (ИППВ)

Разведанное месторождение подземных вод характеризуется достаточными запасами воды, которые пополняются за счет упругих запасов напорного горизонта и обеспечивают необходимое количество воды для водоснабжения. Из-за того, что напорный горизонт находится на глубине 80 м, это может осложнить какую-либо организацию ИППВ, поэтому нет никакой необходимости его использования.

Рис. №6 Зона санитарной охраны водозабора подземных вод

Заключение

В процессе выполнения курсового проектирования был определен расход водозабора равный .

Производилась оценка качества воды, которая показала, что вода в целом пригодна для питья, но требует дополнительных мер по улучшению ее качества: умягчение воды из-за превышения нормы по минерализации методом ионного обмена; уменьшение количества бактерий и методом хлорирования.

Имеющиеся природные условия были схематизированы и приведены к схеме напорный пласт с однородными непроницаемыми границами и отсутствием перетекания.

В процессе расчетов выяснилось, что необходимое количество воды обеспечат пять скважин с дебитом в размере . Скважины несовершенные и имеют глубину не менее 160 м. Длина фильтра составляет 30 м. Понижение в центре водозабора составляет 28,08 м. Было подобрано необходимое насосное оборудование: на насосной станции I погружной насос типа - ЭЦВ-10-83-110, на насосной станции II четыре поверхностных насоса типа 4К-8.

В качестве схемы водоснабжения поселка был выбран кольцевой тип водопроводной сети, который рассчитан на неравномерный режим водопотребления. Производился расчет расходов на участках сети, в зависимости от которых были определены диаметры труб и полные потери напора. Также были определены - объем, диаметр и высота бака водонапорной башни.

Были организованы зоны санитарной охраны 1, и 2 пояса. Радиус ЗСО - 1 пояса составляет 30 м. Для ЗСО - 2 пояса определили положение нейтральной линии тока, в пределах которой химическое загрязнение может попасть по потоку ПВ в водозабор. Также определили, что в пределах области пласта радиусом 3384 м. может происходить химическое загрязнение подземных вод за время . За счет наличия юрских глин, перекрывающих эксплуатируемый пласт и имеющих мощность равную 50 м, можно говорить о хорошей защищенности водоносного горизонта от химического загрязнения.

Полностью исследуя все условия для водоснабжения и, убедившись, что водоносный горизонт трещиноватых известняков обеспечивает поселок и предприятие необходимым количеством воды, приходим к выводу, что надобности в искусственном пополнении запасов ПВ нет.

Список литературы

1. ГОСТ 2874-82 Вода питьевая

2. Кононов В.М., Ленченко Н.Н., Лисенков А.Б. Методическое руководство по курсовому проектированию по дисциплине "Водное хозяйство и инженерные мелиорации". М2005.

3. Ленченко Н.Н."Динамика подземных вод". М2005

4. Ленченко Н.Н., Лисенков А.Б. Данилов В.В. Практикум по курсам "Водное хозяйство" и "Поиски и разведка подземных вод". М1990.

5. СНиП 2.04-84 М.:Госстрой, 1997. "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.

6. Ленченко Н.Н.,Лисенков А.Б.,Лиманцева О.А. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод хозяйственно-питьевого назначения.

7. Гавич И.К. Гидрогеодинамика, 1988 г.

Размещено на Allbest.ru