Сооружения для забора подземных и поверхностных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра "Водоснабжение и водоотведения"

Курсовой проект по курсу "Водозаборные сооружения"

Сооружения для забора подземных и поверхностных вод

Введение

водозаборный гидрогеологический скважина насос

Водозаборные сооружения занимают особое место среди всех сооружений систем водоснабжения. Выполняя одну из ответственных задач - бесперебойного обеспечения водой снабжаемого объекта, водозаборные сооружения должны одновременно учитывать особенности и свойства используемых природных источников воды.

Все виды водозаборных сооружений могут быть разделены на две группы в соответствии с видом используемых природных источников:

сооружения для забора поверхностных вод

сооружения для забора подземных вод

Для систем хозяйственно-питьевого назначения должны преимущественно использоваться подземные источники воды, как наиболее удовлетворяющие санитарно-гигиеническим требованиям.

Поверхностными источниками воды являются реки в естественном и зарегулированном (водохранилища) состоянии, озера и относительно редко моря .

1. Сооружения для забора поверхностных вод

Водозаборные сооружения из поверхностных источников кроме основной задачи - обеспечение бесперебойного получения требуемого качества воды - выполняют функции предварительной механической очистки забираемой воды, защиты от попадания в неё льда. Выполнение всех этих функций учитывается при выборе места расположения водозабора, его типа и оборудования.

Речные водозаборные сооружения систем водоснабжения населенных пунктов должна размещаться выше водоснабжаемого объекта по течению реки. При определении объекта водозабора необходимо учитывать вероятность увеличения территории снабжаемого объекта с ним, чтобы обеспечить определенный резерв с территории водозаборных сооружений и станции очистки воды и обеспечить возможность организации зон санитарной охраны.

Речные водозаборные сооружения следует располагать в тех местах, где менее наблюдается интенсивность осаждения наносов и не происходит разрушения берега. Не следует располагать в выпускной части реки и прямых местах.

Наиболее благоприятны вогнутые берега реки, где отложения наносов не происходят, но необходимо предусмотреть берегоукрепительные мероприятия. Также следует предусматривать ледовые условия реки.

На судоходных и лесосплавных реках водозаборные сооружения должны располагаться вне зоны движения плотов или судов.

Речные водозаборные сооружения должны быть запроектированы так, чтобы их расположение и форма обеспечивали плавное обтекание, наименьшее стеснение русла реки и не вызывали его переформирования.

1.1 Определение производительности водозабора

Рис. (а) Схема водозабора раздельного типа

Производительность водозабора определяется:

Qв= ((1+0.01p_CH) * W_{мах.сут})) / t , (м³/cут)

где p_CH - затраты воды на собственные нужды водозабора и очистных сооружений водопровода , p_CH= (3... 5%) W_{мах.сут}.

W_{мах.сут} - объем воды, подаваемой потребителям в сутки наибольшего водопотребления , W_{мах.сут}=135000 (м³/сут).

t - расчетная продолжительность работы водозабора в сутки наибольшего водопотребления, t = 24 часа

Qв= ((1+0.05) * 135000)) / 86400=1.64 (м³/c)

Производительность каждой секции водозабора:

Q_C=Qв / п_c (м³/c)

где п_c - количество секций, п_с= 2

Q_C=1.64/2=0.821 (м³/c)

При работе водозабора в аварийном режиме:

Q_ав=((п/п-1) * ш* Q_C (м³/c)

где ш - коэффициент, характеризующий допустимое снижение воды

потребителем в период аварии в системе водоснабжения, ш = 0.7.

Q_ав=((2/2-1)*0.7*0821=1.149 (м³/c)

Q_c /Q_ав?0.7 0.821/1.149 =0.714

0.714 > 0.7, следовательно, условие выполняется.

1.2 Выбор и обоснование створа реки и компоновки водозаборного сооружения

Водозаборные береговые незатопляемые сооружения, работающие в средних условиях забора воды, относятся к I категории надежности.

Береговые водозаборы устраиваются при крутых берегах и достаточных глубинах потока, при колебаниях уровней воды 6-8 (м) и средней производительности водозабора. Выбираем для расчета створ а-а, т.к. у него будут достаточные глубины для забора воды.

Т.к. производительность водозабора средняя, условия забора воды средние, проектируем совмещенный водозабор берегового типа.

1.3 Определение размеров водоприемных окон

Площадь водоприемных окон для каждой секции рассчитывается на пропуск расхода воды Q, м³/с, определяется по расчетной скорости входа воды с учетом стеснения воды сетками:

?=1.25 * K * (Q_c/v) (м²)

где 1.25 -- коэффициент, учитывающий засорение решеток водоприемных отверстий.

К - коэффициент, характеризующий стеснение размеров этих отверстий стержнями решетки;

K=(a+c) /a

где а - расстояние между стержнями решетки, а = 50 (мм)

c -- диаметр стержней решетки, c = 10 (мм)

K=(50+10) / 50 =1.2

v - рекомендуемая скорость потока в прозорах решётки водоприёмного отверстия

в береговых незатопленных водоприемниках .

v = 0.5 ( м/с )

? = 1.25 * 1.2 * ( 0.821 / 0.5 ) = 2.46 ( м ²)

Принимаем по каталогу 2 решетки площадью 2.58 м размерами 2104*1620 , проходное отверстие окна 2000*1500.

Глубина реки в месте устройства водозабора:

Н_р = Н_ок + 0.9 h_л + 0.7 = 2 + 0.9 * 0.7 + 0.7 =3.33 ( м )

где Н_ок - высота окна, Н_ок=2 ( м )

h_л- расчетная толщина льда, h_л =0.7 ( м )

1.4 Расчет решеток

Решетки для возможности производства работ по их очистке следует делать съёмными.

Коэффициент сопротивления чистой решетки

о р =0.504 ( 10/10+50)1.6* (2.3*50/50 +8+2.4*50/50)*1=0.364

При предельном загрязнении решетки (Кз =1.5)

о з.р = о р *( Кз/ Кр) = 0.364*(1.5/1.25)2=0.524

Коэффициент сопротивления чистой и загрязненной решетки по расходу

гр = о р/2*gЩр =0.364/2*9.81*2.58 = 0.00279 с2/м5

гзр = 0.524/2*9.81*2.58=0.004 с2/м5

Потери напора при нормальной работе водозабора для чистой и загрязненной решетки

hр= гр*Qс= 0.00279*0.821 = 0.00188

hзр= гзр*Qс= 0.004*0.821 = 0.0027

При форсированном режиме работы секции водозабора и чистой решетке

Hр.ав. = гр(пc/пc-1 * цab*Qc) =0.00279(2/2-1*0.7*0.821) = 0.00368 м

Тогда расчетные отметки уровня воды в водоприемном отделении:

Zпр = Zи мин - hр = 151.5 - 0.00188 = 151.498 м

Zпрз = Zи мин - hрз = 151.5 - 0.0027 = 151.497 м

Zправ = Zи мин - hрав = 151.5 - 0.00368 = 151.496 м

1.5 Борьба с шугой

Шуга - скопление рыхлого глубинного льда в водной толще. Для борьбы применяются два направления:

шуга не допускается в водоприемник

шуга пропускается через щугосброс Меры защиты от шуги:

длинный ковш с резким падением скорости

дополнительные фильтрующие секции на время шуги

обогрев решёток

подача сжатого воздуха

покрытие стержней и решёток специальными материалами

устройство плавающих запаней с погруженными на требуемую глубину щитками

1.6 Очистка решёток

Во время эксплуатации на решётках задерживаются крупные плавающие загрязнения. Их удаляют с помощью обратной промывки линий. Но кроме таких загрязнений встречаются биологические обрастания.

Для борьбы с обрастанием применяется промывка горячей водой t = 45-55 °С.

1.7 Определение типа и размеров сороудерживающих сеток

Сетки, через которые проходит вода, поступающая из приемного отделения во всасывающее, могут быть двух типов - плоские(подъёмные) и вращающиеся.

Выбираем сетку вращающуюся бескаркасного типа с лобовым подводом воды. Сетки этой конструкции имеют ряд достоинств по сравнению с сетками других конструкций: они обладают наилучшими гидродинамическими условиями работы, так как поток подходит к сетке равномерно по всему фронту , промывное устройство действует эффективно, все загрязнения смываются и не попадают в зону очищенной воды. Отсутствие каркаса сокращает расход металла, конструкция всего агрегата несложна и компактна, занимаемая агрегатом площадь минимальна.

Рабочая площадь вращающейся сетки :

?_cеt=1.25 *K *(Q_c/v) (м²)

где К - коэффициент, учитывающий стеснение живого потока сеткой:

к_cеt=( а+d/a)²*1.1 к_cеt=(2+0.5/2)²*1.1=1.72

где а - размер ячеек в свету, а = 2 (мм)

d - диаметр проволоки сетки, d = 0.5 (мм)

v - рекомендуемая скорость потока в прозорах сетки между водоприёмным и всасывающим отделениями, v = 1 (м/с)

?_cеt=1.25 *1.72 *(0.821/1)=1.765 (м²)

Принимаем вращающуюся сетку типа ТН-1500 (В=1.5м)

Рабочая высота сетки:

H_c=( ?_cеt / п *B) (м)

где п - число сеток на одну секцию, принимаем одну сетку на секцию ,п=1, В -- рабочая ширина стандартной сетки, В = 1500 (мм)

H_c=(1.765/1 * 1.5)=1.177 (м)

Отметка верхней кромки рабочей части полотна сетки:

Z_c1 = Z_пр -0.15 =151.477 -0.15 =151.327 (м)

Отметка нижней кромки рабочей части полотна сетки:

Z_c2 = Z_с1 - H_c =151.327 - 1.177 =150.15 (м)

Отметка дна всасывающего отделения водозабора:

Z_дво = Z_с2 - D₂ -0.5=150.15 -1.5-0.5 = 149.15 (м)

Отметка оси нижнего барабана: ЎУНВ=151.477 (м)

Z_бар2 = ЎУНВ - H_c - 0.5 D₂ =151.477 - 1.177 - -0.5*1.5 = 149.55 (м)

Отметка оси верхнего барабана: ЎУВВ=156.75 (м)

Z_бар1 = ЎУВВ + с + д + А ( м)

где с = 1м , д =0.3 (м) для I категории надежности водозабора

А - высота оси барабана над уровнем пола, А = 1.5 (м)

Z_бар1 = 156.75+1 + 0.3+ 1.5 = 159.55 (м)

Длина сетки:

L = 2{ Z_бар1 - Z_бар2)+ 0.5р(D₁ + D₂ ) ( м)

где D₁ и D₂ - диаметры барабанов, для вращающейся бескаркасной сетки типа СВБ с лобовым подводом воды D₁ = 750 (мм) , D₂ = 1500 (мм)

L = 2* (159.55 - 149.55) + 0.5* 3.14 *(0.75 + 1.5) = 23.53 (м)

Число звеньев при их высоте 500 мм: = 47 шт

Определяем потери напора в отверстиях сеток:

?_cеt= k* г *q²= К*(г_ос / ?²_cеt)* q²

где К - коэффициент увеличения сопротивления сетки за счет вертикального

перемещения ее в потоке

К = 1 + 0.6 * ( v_в/ v_c)

где v_в - скорость вертикального перемещения полотна сетки в фильтруемом потоке воды, v_в = 0.07 (м/с)

v_c - скорость движения воды в ячейках сетки, v_c = 1 (м/с)

К = 1 + 0.6 * (0.07/1)=1.042

г_ос - удельное гидравлическое сопротивление сетки, г_ос = 0.044 с²/м⁵

h_cеt=1.042*(0.044/1.765²) *0.821²=0.00992м

Потери напора в чистой и загрязненной сетках при нормальных условиях работы водозабора, а также при чистой сетке, но форсированном режиме работы водозабора:

Hcеtз = 0.00992*(1.5/1.25)2 = 0.0143 м

Hcеtав = 1.042*(0.044/1.765)*(2*0.7*0.821) = 0.0194 м

Отметки уровня воды во всасывающем отделении водозабора:

Zвс = Zпр - h_cеt = 151.498 - 0.00992 = 151.488 м

Zвс.з Zвс - Hcеtз = 151.497 - 0.0143 = 151.483 м

Zвс.ав Zвс - Hcеtав = 151.496 - 0.0194 = 151.477 м

1.8 Проверка водоприемного колодца на всплытие

Для устойчивости берегового колодца к всплытию необходимо выполнение условия:

К_{всплытия}=(G_c+ Fw) /P >1.1

где G_c - вес сооружения

Fw - силы трения стен колодца о грунт

Р - взвешивающая сила

К_{всплытия} - коэффициент всплытия

Взвешивающая сила равна:

P=D_{всасывания}*g*с_вод*9*12*(h_k-0.8)

где h_k- глубина колодца

h_k= 157.75 - 146.75 = 11 (м)

P=0.9*9.81*1000*3.14/4*81*10.2=5726.2 кН

Вес сооружения находим из следующего выражения:

G_c=( 3.14/4*81*0.4+(2*18)*11*0.3)*2300+1310+17000+8660)*9.81=3519 ( kH)

Cилы трения стен колодца о грунт равна:

Fw=0.5*10.2²*1800 * 9.81 * 0.06481*3.14/4*81*10.2*0.125=4826 ( kH)

К_{всплытия}=(5726.2 + 3519 ) /4826 =1.92

К_{всплытия}=1.92 >1.1

Условие выполняется, следовательно, сооружение устойчиво к всплытию.

1.9 Проектирование НС - I

Насосные станции первого подъема предназначены для подачи воды из источника водоснабжения на очистные сооружения или непосредственно в сеть, если очистка воды не требуется.

Насосные станции первого подъёма обычно устраиваются заглубленные. Подземную часть здания НС -1 возводят из железобетона и тщательно изолируют от подземных вод. В плане здание может быть прямоугольного или круглого очертания.

Как правило на НС -1 часто устанавливаются два рабочих агрегата и один или два резервных. Требования к резервному оборудованию бесперебойности работы станции в целом зависит от её начертания. Как правило, в НС -1 устраиваются отдельные всасывающие линии для каждого насоса. Коллекторы и узлы переключения напорных трубопроводов монтируют в отдельных камерах, примыкающих к НС или расположенных в непосредственной близости от неё. В этих же камерах располагают задвижки и обратные клапаны, предохраняющие машинный зал от затопления в случае аварии на трубопроводах в пределах насосной станции. Все трубопроводы как в пределах НС, так и вне её защищают от наружной коррозии соответствующей изоляцией. Для удаления воды, проникшей в здание через неплотности стен и днища станции, а также выливающейся из внутренних трубопроводов при ремонте оборудования, в машинном зале НС устанавливают дренажные насосы.

Кроме основного помещения - машинного зала, в здании предусматривают вспомогательные и бытовые помещения. К вспомогательным помещениям относятся: помещения распределительных установок и мастерских и т.д.

Проектируемая в курсовом проекте HC-I предназначена для забора воды из берегового водоприемного колодца и подачи её на ОС.

Насосное оборудование устанавливается из расчета на всасывание при минимальном уровне воды в колодце. Здание НС полузаглубленного типа.

Заглубление пола НС - 11 (м).

Высота верхнего строения - 4.5 ( м).

1.10 Проектирование всасывающих и напорных линий

Схема коммуникаций трубопроводов в НС, взаимное расположение насосов и взаимность их переключения определяют надежность работы и удобство обслуживания НС.

Напорные трубопроводы, а иногда и всасывающие линии оборудуются задвижками, обеспечивающими возможность отключения того или иного насоса, каких -то участков трубопровода как при нормальной работе станции, так и в случае аварии на станции или водоводах.

Расположение и число задвижек принимают исходя из числа рабочих и резервных агрегатов. При проектировании и монтаже всасывающих и напорных трубопроводов НС следует придерживаться выработанных практикой приёмов и способов, удобство монтажа обеспечивающих и надёжность работы.

Всасывающий трубопровод желательно устраивать небольшой длины. Уклон не менее 0.005, чтобы воздух мог свободно двигаться вместе с потоком воды и удаляться насосами. Образование воздушных мешков на всасывающих трубопроводах не допускается.

Для монтажа всасывающих трубопроводов применяются обычно стальные трубы на сварке или на фланцевых соединениях в местах примыкания к арматуре или насосу. Диаметр всасывающих трубопроводов следует принять таким, чтобы скорость движения воды в них менее 0.6-1 (м/с) для труб d <250 (мм) ; 0.8 -1.5 (м/с) d = 250-800 ( мм).

Для предотвращения попадания воздуха во входное отверстие всасывающих труб часть приемной воронки должна быть заглублена ниже поверхности УНВ в камере >1.5d входного отверстия. После монтажа всасывающие трубопроводы испытываются на прочность и плотность.

Напорные трубопроводы монтируются из стальных труб .

Всасывающие и напорные трубопроводы внутри НС следует рассматривать под поверхностью пола, укладывая их на опорах так, чтобы был обеспечен проход и обслуживание оборудования и арматуры. Над трубопроводами устанавливаются мостики.

1.11 Подбор насосов

Основными параметрами при выборе насоса являются напор и подача.

Принимаем два рабочих и два резервных насоса с подачей равной подачи одной секции:

Q_н = Q_с = 0.821 м3/с = 821 л/с = 2956 м3/ч

Расчет напора, развиваемого насосами.

Напор, который должен развивать насос первого подъема, рассчитывают конкретно для данной схемы размещения НС в системе водоснабжения.

Если HC-I подает воду на ОС, то полный напор, который должен развивать насос, определяется:

Н = Z_рез - Z_пр +(l* i) (м)

где Zрез - отметка резервуара, Zрез=168.25 (м)

Zпр -- отметку воды в приёмной камере берегового колодца, Zпр=151.477 (м)

l - длинна всасывающего трубопровода, l=1720 (м)

i -- уклон в напорном водоводе, i=0.00381

D_напор - диаметр напорного водовода , D_напор=800 (мм)

D_всасыв - диаметр всасывающего водовода , D_всасыв=900 (мм)

Н = 168.25 -151.477 +(1720* 0.00381)=23.33 (м)

По подаче и напору принимаем насос Д 2500-45

Q_насоса =1980 - 2970 м3/ч - производительность насоса

Напор насоса до 45 м

КПД = 0.87, диаметр рабочего колеса 740 мм, масса агрегата 8660 кг, масса насоса 2277кг, допустимая вакуумметрическая высота 1.0 м.

1.12 Определение отметки оси насоса

Для обеспечения бескавитационной работы насоса необходимо соблюдать допустимую высоту всасывания:

H_вс.доп=h_a - h_н.п - ? h_доп - h_п.в (м)

где h_a - напор, соответствующий атмосферному давлению, h_a = 10.2 (м)

h_н.п - напор, соответствующий атмосферному давлению насыщенных паров

перекачиваемой жидкости, h_н.п = 0.12 (м)

? h_доп - допустимый кавитационный запас, ? h_доп ⁼ 6 (м)

h_п.в =i*L+ ?ж*(v²/g) (м)

где i = 0.00127

L - длина трубопровода, L=20 (м)

?ж - сумма коэффициентов местного сопротивления, ?ж = 1.15 v - скорость движения при входе в фасонную часть

v=4*Q / р*D² (м/с) v=4*0.486 /3.14*0.9²=0.76 (м/с)

h_п.в =0.00127*20+ 1.15*(0.76²/9.81)=0.093 (м)

H_вс.доп=10.2 - 0.12 - 6 - 0.093=3.98 (м)

Отметка оси насоса принимается по формуле :

Z_OH = Z_пр+ H^доп_вак -(г_осн-L_вас) + ( S_p / 2g*W ² ) * Q_нас² - (V_всасыв / 2g) (м)

Z_OH =151.477₊ 1 -(0.02504-20) + ( 0.15+0.29 / 2*9.81*0.4043 ² ) * 0.821 ² - (1 / 2* 9.81) =152.355 м)

1.13 Конструирование водоприемного колодца

В плане береговой колодец имеет круглую форму. Глубина осадочной части приемных камер должна быть 0.5-1.5 ( м). При размещении всасывающих линий в камерах всасывания необходимо соблюдать допустимые расстояния от стенок и дна камеры. Принимаем типовые размеры колодца, раздельного с насосной станцией первого подъема, предназначенного для забора воды.

Заглубленная часть сооружения - железобетонный колодец, круглого в плане - осуществляется опускным методом. Верхнее строение - кирпичная, прямоугольная в плане. Эксплуатация сооружения предусмотрена без дежурного персонала.

1.14 Подбор вспомогательного оборудования

К вспомогательному оборудованию относятся задвижки, обратные клапаны, грузоподъемное оборудование, дренажная система.

Задвижка параллельная с электрическим приводом d=800 (мм)

Обратный клапан поворотный фланцевый с противовесом d=800 (мм). Подъемно-транспортное оборудование на водопроводных насосных станциях служит для монтажа и демонтажа насосов, электродвигателей, задвижек, трубопроводов и фасонных частей.

Грузоподъемное оборудование выбирается в зависимости от максимальной массы поднимаемой детали.

Тип кранового оборудования зависит от конструкции здания НС.

Максимальная масса поднимаемой детали m_max = 5 (т). Выбираем мостовой двухбалочный кран с длиной пролета 11(м), грузоподъемностью 10 (т). Для мостового крана здание оборудуется подкрановыми путями, которые опираются на консоли железобетонных колонн. Дренажная система с насосной установкой необходима на заглубленных шахтных насосных станциях для отлива воды, которая фильтруется через ограждающие конструкции и вытекает через неплотности сальников насосов и арматуры. Пол машинного зала или самого нижнего подвального помещения, а также все каналы для трубопроводов делаются с уклоном i>0.005 в сторону внешних стен. По периметру помещения делают водоотводящий лоток с уклоном к дренажному колодцу, откуда вода по мере накопления отводится за пределы насосной станции. Объем дренажного колодца принимают равным 10-15-минутной подаче насоса:

V = 821*1/5= 164.2( м³)

Для откачки используются самовсасывающие центробежные насосы (один рабочий и один резервный). Подбирают насосы на основе практики эксплуатации - для нашего случая Qдр = 10 (л/с) . Работу дренажной установки автоматизируют.

1.15 Зоны санитарной охраны поверхностных источников водоснабжения

На всех водозаборах коммунального водоснабжения создаются зоны санитарной охраны для обеспечения санитарно - эпидемиологической безопасности функционирования. Зоны санитарной охраны подразделяются на 3 этапа:

I - строго режима.

II - режимы ограничений.

III - режимы ограничений.

Границы 1-го пояса зон санитарной охраны для водоёмов:

вверх по течению - не менее 200 (м).

вниз по течению - не менее 100 (м).

по примыкающему к водозабору берегу - не менее 100 (м) от уреза летней - осенней межени.

в направлении, к противоположному берегу - в сл.акваториях и берег шириной не менее 50 (м) от уреза летней - осенней межени.

Границы II -го пояса:

вниз по течению - не менее 250 (м) от водозабора.

вверх по течению - в зависимости от скорости течения.

Границы III -го пояса должны быть вверх и вниз по течению такими же, как и для II -го пояса, а боковые (стороны) границы должны устанавливаться не менее водоразделов в пределах 3-5 ( м).

Территория 1-го пояса должна быть спланирована для отвода сточных вод за его пределы, ограждена и обеспечена охраной. Акватория 1-го пояса ограждается предупредительными знаками.

Во 2-м поясе зоны санитарной охраны поверхностного источника подлежит: обозначить границы пояса на пересечении дорог и пешеходных троп специальными столбами со знаками, выявить объект, загрязняющие источник водоснабжения и разрабатывать мероприятия по охране окружающей среды.

В пределах 3-го пояса запрещается: отведение в сторону водозабора сточных вод, не отвечающих требованиям СНиП.

2. Сооружения для забора подземных вод

2.1 Описание гидрогеологических условий и принятых схем отбора воды из подземного источника

Требуемый забор воды из подземных источников Q_в._подз⁼ 85000 (м^э/сут). Для расчета принимаем напорный водоносный пласт района 3 мощностью 29.75 (м). Водоупорами служат:

верхним - глины.

нижним - глины.

Водовмещающая порода - песок мелко зернистый .

Этот район используется полностью с рессурсом воды 30000 ( м³/сут).

Безнапорный водоносный пласт района 2 обладает мощностью 27.75 (м). Водоупорами служат:

верхним - песок мелко зернистый

нижним - глины.

Водовмещающая порода --. песок средне зернистый

Этот район используется полностью с ресурсами 40000 (м³/сут).

Для забора подземных вод используют водозаборные скважины, которые представляют собой вертикальные выработки круглого сечения большой глубины и сравнительно малого диаметра.

Водозаборные скважины устраиваются путем вертикального бурения с закреплением стенок полностью или частично обсадными трубами в целях предохранения стенок от обрушения и изоляции от возможного притока воды в скважину из неэксплуатируемых водоносных пластов.

2.2 Проектирование и расчет взаимодействующих скважин в напорных условиях

S = Ўcm.yp. - Ўвеpx.вoдoyп. = 152 - 143.25 = 8.75 ( м)

2.2.1 Определение производительности скважин

Определение производительности скважин производят в следующей последовательности: а )напорные условия, б) безнапорные условия

1) на основании материалов изысканий намечают для данного пласта

предварительную производительность скважин Q°_c, определяют требуемое количество скважин п°, определяют для них тип фильтра и находят S°, I^o_{c ,} d^o_c ,I^o_ф

2) определяют рациональное расположение скважин, находят Ф^о_с ,ж^о₁ , ж^о₂

3) определяют Q¹_с , п¹ и т.д., пока Q^п-1_c ? Q^п_c

Q°_c = 700 ( м³/сут)

п_раб =Q_вз / Q°_c =30000/700 =43 (скв.)

где п_раб - количество рабочих скважин

Q_вз -- объем воды, забираемый водозабором, Q_вз=30000 ( м³/сут)

Q°_c - расчетная производительность скважины, Q°_c=700 ( м³/сут)

Для водозаборного сооружения 1-й категории надежности при числе рабочих скважин более 13 количество резервных скважин должно составлять не менее 20% от числа рабочих:

п_рез=0.1 *п_раб =0.1*43 = 5 ( скв)

Тогда общее количество скважин:

п° = п_раб + п_рез =43 + 5= 48 ( скв)

Принимаем расстояние между скважинами равным l°_c =250 (м), тогда протяженность водозабора: * при линейном расположении скважин:

L^л = {п° -1) *1°_с = 47*250 = 11750 ( м)

* при круговом расположении скважин протяженность круга и его радиус:

L^кр =1.1* п° *1°_с =1.1*48*250 = 13200 (м)

L^кp 13200

r_кр = ------= --------= 2102 (м)

2п 2*3.14

Приняв радиус влияния скважин R=90 (м) , радиус скважин r_с=0.5 (м), определим безразмерное фильтрационное сопротивление системы скважин:

* при линейном расположении скважин

Ф^л_с=lп*(1°_с/2р* r_с)+( р*R/1°_с)

Ф^л_с=lп*(250/2*3.14* 0.5)+( 3.14*90/250)=5

* при круговом расположении скважин:

Ф^кр_с=lп*(R^пo_/п^o* r_кр ^пo-1*r_c)

Ф^кр_с=lп*(90⁴⁸ _/48*2102⁴⁷*0.5=146.8

Т.к. Ф^л_с <, Ф^кр_с принимаем линейное расположение скважин.

Длина фильтра определяется по формуле:

L_ф=Q^o_c /р*d_c* v_ф.доп (м)

где v_ф.доп - допустимая скорость фильтрации

К_ф- коэффициент фильтрации, К_ф=4

v_ф.доп = (60 ч 70)3v К_ф = 60 * 3v 4 = 95.244 ( м/сут)

L_ф=700 /3.14*1.0*95.244 =2.34 (м)

Т.к. расчетная длина фильтра недостаточна (рекомендуется принимать ее равной 10...20м), то принимаем ее равной 20 (м).

Значения поправки ж₁, приводятся в справочной литературе в зависимости от степени вскрытия пласта е = 1_ф/ т и отношения е = т / r_с.

С достаточной точностью можно определить ж₁ по формуле:

ж₁=(1-е)^б * (lп е)^k

где а и к - показатели степени, при примыкании фильтра к одному из водоупоров их значения равны соответственно 2.5 и 1.9.

m- мощность водонапорного пласта, m=29.75

е=l_ф / m е=20 / 29.75=0.672

е=m / r_c е=2*29.75 /1.0=59.5

ж₁=(1-0.672)^2.5 * (lп 59.5)^1.9 =0.892

Значение поправки ж₂ вычисляется по формуле Абрамова:

ж₂ =0.2* (A * K^0.5_ф *h_ср / Q^o_c * 24 ) *vS * v_ф.доп

ж₂ =0.2* (8 * 4^0.5 *29.75 / 700 ) *v8.75 * 95.244 =3.9

где А - параметр фильтра, для каркасностержневого фильтра с гравийной обсыпкой . А=8

К_ф- коэффициент фильтрации, К_ф=4

h_ср - средняя мощность пласта в районе действия скважин, для напорных пластов

h_ср=29.75 (м)

S - понижение уровня воды в скважине, должно быть менее допустимого:

Q°_c - расчетная производительность скважины, Q°_c=700 ( м³/сут)

v_ф.доп - допустимая скорость фильтрации

Определим производительность скважин после первого приближения:

2р*К_ф*m*S 2*3.14*4*29.75*8.75

О¹_с = ₌ = 690 ( м³ /сут)

Ф_с+ ж₁+ ж₂ 5 + 0.892 +3.9

Принимаем производительность скважины в напорном пласте равной 690 (м³ /сут).

2.2.2 Расчет фильтра скважин

Конструкция фильтра зависит от водовмещающей породы. Т.к. водовмещающая порода напорного водоносного пласта -- песок мелко зернистый, в соответствии со стандартами и нормами Беларуси выбираем каркасно-стержневой фильтр с гравийной обсыпкой.

Т.к. длина фильтра должна соответствовать требованию 1_ф ? (0.5...0.8)*m, то

расчетное значение 1_ф =20 (м) вполне подходит.

Необходимая площадь фильтрующей части составляет:

F_ф= Q_c / v_ф.доп (м²)

F_ф=700 /95.244 =7.35 (м²)

Диаметр фильтра определяется из формулы:

D_ф= F_ф / р*1_ф (м)

D_ф=7.35/3.14*20 =0.117 (м)

2.2.3 Расчет сборных водоводов

Длина каждого участка сборного водовода принята 250 (м), последнего участка - от т.5 до РЧВ - 500 (м). Длина горизонтальных линий подключения скважин к сборному водоводу намечена в пределах 20 (м).

Гидравлический расчет сборных водоводов выполняется по схеме расчета тупиковых водопроводных сетей с рассредоточенной подачей воды в точки питания. Узловые расходы равны производительности скважины. Результаты расчета сведены в таблицу.

N участка	q, м3/с	d, мм	1000i	1, м	h=il	Hi
1-2	0.0081	100	0.021	250	5.25	21.094
2-3	0.0162	150	0.01017	250	2.543	15.844
3-4	0.0243	200	0.005194	250	1.299	13.302
4-5	0.0324	200	0.00864	250	2.16	12.002
5-6	0.0405	250	0.0044	250	1.1	9.842
6-7	0.0486	250	0.006164	250	1.541	8.742
7-8	0.0567	250	0.008219	250	2.055	7.201
8-9	0.0648	300	0.004158	250	1.101	5.146
9-10	0.1296	350	0.007219	250	1.805	4.045
10-РЧВ	0.1944	450	0.00448	500	2.24	2.24

2.2.4 Определение необходимого напора насосов и подбор водоподъемного оборудования

Требуемый напор насосного оборудования скважин определяется по формуле:

H^тр_н =H_г+? h_с+ h_сб.в+ h_изл (м)

где Н_г - геометрическая высота подъема воды:

Н_г = ЎPЧB - Ўдин.ур.скв. = 162 - 152 = 10м

? h_с - потери напора в водоподъемном оборудовании скважины:

? h_с= h_щ+ h_в/п +h_пт ( м)

h_щ -- потери напора на участке между фильтром двигателя и обсадной трубой, принимаем.

h_щ=(16/2*g*р² ) *0.04* ( (l_двиг/d_обс-d_дави +0.3) /( d² _обс-d²_дави )² ) *Q²_c (м)

h_щ=(16/2*9.81*3.14² ) *0.04* ( (0.945_г/0.253-0.186 +0.3) /

/( 0.253² -0.186 ² )² ) *0.0081² = 0.0056 (м)

h_в/п -- потери напора на участке от насоса до устья скважины, длина этого участка (при диаметре 70мм):

l_в/п =Ў пов.зем. - Ўдин.ур. + 0,5 * 1_ф = 158 -152 + 0.5 *20 = 16 ( м)

h_в/п=i*l = 0.1958 *16 = 3.133 (м)

h_пт - потери напора в подающем трубопроводе длиной 20м, диаметром 100мм:

h_пт = 0.021 *20 =0.42 (м)

h _сб.в. - потери напора в сборных водоводах на каждом участке от подключения до РЧВ, определяются по таблице.

h_изл - требуемый напор на изливе, h_изл =1 (м)

? h_c =0.0056+3.133+0.42 = 3.559 (м)

№ уч-ка	1 - 2	2 - 3	3 - 4	4 - 5	5 - 6	6 - 7	7 - 8	8 - 9	9 - 10	10 - РЧВ
Hсб	21.094	15.844	13.30	12.00	9.842	8.742	7.201	5.146	4.045	2.24
Нн	35.653	30.403	27.86	26.56	24.40	23.30	21.76	19.70	18.60	16.80

Исходя из расчетной подачи насоса 29.2 м3 /час и напора от 16.8 до 35.653 м принимаем насос ЭЦВ8-40-60.

2.3 Проектирование и расчет взаимодействующих скважин в безнапорных условиях

Н_о = Ўcm.yp. -Ўниж.водоуп. =182 - 154.25 = 27.75 ( м) S=

=0.5*H_о = 0.5*27.75=13.875 (м)

2.3.1 Определение производительности скважин

Определение производительности скважин производят в той же последовательности, что и напорных.

Q°_c = q_уд * S = 8 *13.875 = 111 ( м³/час)

п_раб =Q_вз / Q°_c =40000/111*24 =15 (скважин)

где п_раб - количество рабочих скважин

q_уд=8 (м³/ч) - удельная водоотдача

Q_вз -- объем воды, забираемый водозабором, Q_вз=40000 ( м³/сут)

Q°_c - расчетная производительность скважины, Q°_c=2664 ( м³/сут)

Для водозаборного сооружения 1-й категории надежности при числе рабочих скважин 5-12 количество резервных скважин равно 2. Тогда общее количество скважин:

п_рез=0.2 *п_раб =0.2*15 = 3 ( скв)

п° = п_раб + п_рез =15+ 3 = 18 ( скв)

Принимаем расстояние между скважинами равным l ^o_c =250м, скважины располагаем линейно вследствие небольшого их количества. Тогда протяженность водозабора:

L^л = {п° -1) *1°_с = (18 -1) *250 = 4250 ( м)

Приняв радиус влияния скважин R=250 (m), радиус скважин r_с=0.4 (м), определим безразмерное фильтрационное сопротивление системы скважин:

Ф^л_с=lп*(1°_с/2р* r_с)+( р*R/1°_с)

Ф^л_с=lп*(250/2*3.14* 0.4)+( 3.14*250/250)=7.74

Длина фильтра определяется по формуле:

L_ф=Q^o_c /р*d_c* v_ф.доп (м)

где v_ф.доп - допустимая скорость фильтрации

К_ф- коэффициент фильтрации, К_ф=20

v_ф.доп = (60 ч 70)3v К_ф = 65 * 3v 20 = 176.44 ( м³/сут)

L_ф=2664 /3.14*0.8* 176.44 =6.011 (м)

Значения поправки ж₁, приводятся в справочной литературе в зависимости от степени вскрытия пласта е = 1_ф/ Н_о и отношения е = Н_о / r_с. С достаточной точностью можно определить ж₁ по формуле:

ж₁=(1-е)^б * (lп е)^k

где а и к - показатели степени, при примыкании фильтра к одному из водоупоров их значения равны соответственно 2.5 и 1.9.

е=l_ф / Н_р = l_ф / Н_о-0.5*S е=6.011 / 20.813=0.29

е= Н_р / r_c е=20.813/ 0.4=52.03

ж₁=(1-0.29)^2.5 * (lп 52.03)^1.9 =5.782

Значение поправки ж₂ вычисляется по формуле Абрамова:

ж₂ =0.2* (A * K^0.5_ф *h_ср / Q^o_c ) *vS * v_ф.доп

ж₂ =0.2* (25* 20^0.5 *22.2 / 2664 ) *v13.875 * 176.44 =7.888

где А - параметр фильтра, для сетчатого фильтра, А=25

К_ф- коэффициент фильтрации, К_ф=20

h_ср - средняя мощность пласта в районе действия скважин, для безнапорных пластов

h_ср=0.8* Н_о (м) h_ср=0.8* 27.75=22.2 (м)

S - понижение уровня воды в скважине, должно быть менее допустимого:

Q°_c - расчетная производительность скважины, Q°_c=2664 ( м³/сут)

v_ф.доп - допустимая скорость фильтрации.

Определим производительность скважин после первого приближения:

р*К_ф*(2*Н_о-S)*S 3.14*20*(2*27.75-13.875)*13.875

О¹_с=----------------------- _{= ----------------------------------------------- -}= 1531.13 ( м³ /сут)

Ф_с+ ж₁+ ж₂ 7.74 +5.782+7.888

= 63.8 (м³ /ч)

Q°_c - расчетная производительность скважины, Q°_c=1440 ( м³/сут)

п_раб =Q_вз / Q°_c =40000/1440 =28 (скважин)

п_рез=0.2 *п_раб =0.2*28 =6 ( скв)

п° = п_раб + п_рез =28+ 6 = 34 ( скв)

L^л = {п° -1) *1°_с = (34 -1) *250 = 8250 ( м)

Ф^л_с=lп*(250/2*3.14* 0.4)+( 3.14*250/250)=7.74

Длина фильтра определяется по формуле:

L_ф=Q^o_c /р*d_c* v_ф.доп =1440/3.14*0.8*176.44=16 (м)

е=l_ф / Н_р = l_ф / Н_о-0.5*S

е=16 / 20.813=0.0.769

ж₁=(1-0769)^2.5 * (lп 52.03)^1.9 =0.35

ж₂ =0.2* (23* 20^0.5 *22.2 / 1440 ) *v13.875 * 176.44 =14.6

где А - параметр фильтра, для сетчатого фильтра, А=23

р*К_ф*(2*Н_о-S)*S 3.14*20*(2*27.75-13.875)*13.875

О2_с=----------------------- _{= ---------------------------------------- -}= 1444.76 ( м³ /сут)

Ф_с+ ж₁+ ж₂ 7.74 +0.35+14.6

= 60.2 (м³ /ч)

Принимаем производительность скважины в безнапорном пласте равной Q°_c=1440( м³ /сут)= 60(м³/час).В таком случае количество рабочих скважин п_раб⁼28, резервных - п_рез=6, общее число скважин - п=34.

2.3.2 Расчет фильтра скважин

Конструкция фильтра зависит от водовмещающей породы. Т.к. водовмещающая порода безнапорного водоносного пласта - песок мелко зернистый, в соответствии со стандартами и нормами Беларуси выбираем сетчатый фильтр.

Т.к. длина фильтра должна соответствовать требованию 1_ф ? (0.5...0.8)H_о , то расчетное значение l_ф=16м вполне подходит.

Необходимая площадь фильтрующей части составляет:

F_ф= Q_c / v_ф.доп (м²)

F_ф=1440 /176.44 =8.16 (м²)

Диаметр фильтра определяется из формулы:

D_ф= F_ф / р*1_ф (м)

D_ф=8.16/3.14*16 =0.162 (м)

2.3.3 Расчет сборных водоводов

Длина каждого участка сборного водовода принята 250 (м), последнего участка - от т. 10 до РЧВ - 500 (м). Длина горизонтальных линий подключения скважин к сборному водоводу намечена в пределах 20 (м). Диаметр трубопроводов линий подключения принимается навным 125 (мм). Диаметр труб водоподъемной колонны в соответствии с намеченным типом насоса составляет 125 (мм).

Гидравлический расчет сборных водоводов выполняется по схеме расчета тупиковых водопроводных сетей с рассредоточенной подачей воды в точки питания. Узловые расходы равны производительности скважины .Результаты расчета сведены в таблицу.

N участка	q,л/c	d, мм	i	1, мм	h=il	Hi
1-2	16.72	150	0. 01076	250	2.69	19.66
2-3	33.44	200	0.00937	250	2.34	16.97
3-4	50.16	250	0.00654	250	1.63	14.63
4-5	66.88	300	0.00442	250	1.11	13.00
5-6	83.6	300	0.00668	250	1.67	11.89
6-7	100.32	300	0.00954	250	2.39	10.22
7-8	117.04	350	0.00599	250	1.5	7.83
8-9	133.76	350	0.00769	250	1.92	6.33
9-10	150.48	400	0.00498	250	1.34	4.41
10-РЧВ	300.96	500	0.00614	500	3.07	3.07

2.3.4 Определение необходимого напора насосов и подбор водоподъемного оборудования

Требуемый напор насосного оборудования скважин определяется по формуле:

H^тр_н=H_г+?h_c+h_сб.в+h_изл (м)

где Н_г - геометрическая высота подъема воды:

H_г = ЎPЧB - Ўдин.ур.скв. = 194 - 182 = 12 ( м)

?h_c -- потери напора в водоподъемном оборудовании скважины:

?h_c = h_щ+ h_в/п +h_пт (м)

h_щ - потери напора на участке между фильтром двигателя и обсадной трубой:

h_щ=(16/2*g*р² ) *0.04* ( (l_двиг/d_обс-d_дави +0.3) /( d² _обс-d²_дави )² ) *Q²_c (м)

h_щ=(16/2*9.81*3.14² ) *0.04* ( (1.343/(0.304-0.23)+0.3) /( 0.304² -0.23 ² )² ) *0.01672 = 0.0154 (м)

h_в/п - потери напора на участке от насоса до устья скважины, длина этого участка (при диаметре 125мм):

1_вп = Ўпов.зем. - Ўдин.ур. + 0.5 *1_ф = 190 - 182 + 0.5 * 16 = 16( м)

h_в/п =i*l= 0.027 *16 = 0.43 (м)

h_пт -- потери напора в подающем трубопроводе длиной 20м, диаметром 125 (мм)

h_пт =i*l= 0.027 *20 = 0.54 (м)

h_сб.в - потери напора с сборных водоводах на каждом участке от подключения до РЧВ, определяются по таблице.

h_изл - требуемый напор на изливе, h_изл = 1 (м)

	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-РЧВ
Hi	19.66	16.97	14.63	13	11.89	10.22	7.83	6.33	4.41	3.07
Нн	33.66	30.97	28.63	27	25.89	24.22	21.83	20.33	18.41	17.07

Исходя из расчетной подачи насоса 60м3 /час и напора от 17.07 до 33.66 м принимаем насос Э11,В8-65-70. Мощностью 18 кВт и массой 120 кг.

2.4 Проектирование здания насосной станции первого подъема

Над устьем колодца устраивают павильоны над поверхностью земли или ниже. Расположение павильона относительно поверхности земли зависит от типа насосов. Для насосов ЭЦВ, оборудованных погружным двигателем, принимается заглубленная схема расположения павильона.

2.5 Зоны санитарной охраны подземного источника водоснабжения

Для обеспечения необходимой санитарной защиты водозабора предусматривается создание трех поясов зоны санитарной охраны.

Первый пояс образуется выделением вокруг каждой скважины территории на 30 (м) во всех направлениях.

Второй пояс включает территорию, находящуюся в радиусе R от крайних скважин:

R=?(Q* T / р * т * п ) (м)

где Q - производительность всего водозабора. Q_нап=30000 ( м³ /сут) , Q _без=40000( м³ /сут)

Т - время добегания загрязнений до поверхности скважины

для второй климатической зоны, в которой расположена Республика Беларусь:

для безнапорных пластов - 200 суток

для напорных пластов - 100 суток m - мощность пласта, m _без =27.75 (м), m_нап =29.75 (м)

п - пористость пласта, п=0.3

R _без =v(40000* 200 / 3.14 * 27.75 * 0.3 )= 553.2 (м)

R_нап =v(30000* 100 / 3.14 * 29.75 * 0.3 )= 327.2 (м)

Третий пояс включает территорию, находящуюся в радиусе R, определяемом по той же формуле, что и для второго пояса, но при Т = 25лет = 9125сут.

R _без =v(40000* 9125 / 3.14 * 227.75 * 0.3 )= 3737 (м)

R_нап=v(30000* 9125 / 3.14 * 29.75 * 0.3 )= 3125.4 (м)

Литература

Абрамов Н. Н. «Водоснабжение»

Старинский В. П., Михайлик Л. Г. «Водозаборные и очистные сооружения коммунальных водопроводов»

Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. «Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб»

Размещено на Allbest.ru