Проектирование системы сельскохозяйственного водоснабжения посёлка в Волгоградской области

Таблица 2.1.5 Максимальных секундныхрасходов q_с.макс. в л/с:

где:q_{ч.ком.хоз,пр,ж}- часовые расходы хозяйственного, коммунального производственного и животноводческого сектора, которые соответствуют максимальному часовому потреблению воды, берем из таблицы 1.4.

Проверка расчета происходит с помощью равенства баланса:

q_с.макс= q_{c. ком}+ ?q_{с.сосред,} = q_{c. ком} + q_{с. пр} + q_{с.ж ,} л/с, (2.1.6)

q_с.макс= 214,49=212,97+0,26+1,26

где ?q_{с.сосред.}- секундные сосредоточенные расходы животноводческого комплекса и промышленных предприятий в л/с.

Таблица 2.1.6 Сводная таблица расчетных секундных расходов воды в сети

2.1.5 Построение графиков суммарного суточного водопотребления и интегральной кривой потребления воды

С помощью таблицы 2.1.4 и в ней граф 1,8,10 выстраиваются графики суммарного потребления воды и интегральной кривой рисунок 2.1.1 и 2.1.2.

Рисунок 2.1.1 График суточного потребления воды

Рисунок 2.1.2 Интегральная кривая потребления воды и работа насосной станции 2-го подъема (20 час)

2.2 Расчёт водозаборного сооружения

Водозаборное сооружение определенны по методике [4] для прохождения максимального суточного расхода воды в зависимости от режима работы насосной станции I подъема; принимая во внимание расход воды, необходимый для собственных нужд водопровода, м³/с.

; м³/с (2.2.1)

м³/с

где -- коэффициент, который учитывает нужды водопровода, = 1,09%; Т -- время работы насосной станции I подъема, ч. - круглосуточная работа, =24 ч.

Определяем входные водоприемные отверстия [22]. Площадь отверстий (м²) закрытых решетками:

, м² (2.2.2)

F_бр= 1,25 • •1,2 = 4 м²

где v_вх -- скорость входа м/с; cучетомрыбозащиту, то принимаем v_вх=0,25 м/с; К -- коэффициент, учитывающий стеснение входа стержнями решеток;

Из расчета площади F_бр выбираем решетку (рис.2.1).

Рисунок 2.2.1 Сороудерживающая решетка

Так как отверстия круглые, то диаметр воронок (м):

; м (2.2.3)

D_вор = =2,3 м

где n - число входных воронок, n = 1

Русловой водозабор расположенный в русле реки оказывается под воздействием речного течения, что предотвращает разрушение берегового колодца.

2.2.1 Гидравлический расчет самотечных труб

Для самотечных труб лучше всего подходят стальные, из-за того, что они имеют хорошую степень надежности, а также их укладывают в две лини [20].Существует два режима работы, при которых обеспечивается наименьшее заиление самотечных труб:

1. В паводок, когда работает всего одна линия, при уровне высоких вод (УВВ).

2. Когда работают в одно время две линии, при уровне низких вод (УНВ)

В любом из этих случаев пропуск расчетного расхода должен быть обеспечен при скоростях, не допускающих заиления труб.

Диаметры самотечных труб находят при УНВ согласно СНиП 2.04.02--84, =0,7...1,5 м/с, но не меньше скорости течения реки. Площадь (м) поперечного сечения самотечных труб:

d_сам.тр. =; м (2.2.4)

d_{сам.тр. =} = 1,13 м

Уточняют скорость, по выбранному стандартному диаметру:

; 1 м/с >0,51 м/с (2.2.5)

; м/с (2.2.6)

= 1,4/2•0,7 = 1 м/с

Проверяют скорость по одной линии в паводок при пропуске полного расхода q при:

; 2 м/с > 1,1 м/с (2.2.7)

; м/с (2.2.8)

м/с

Диаметр самотечной трубы подобран верно, так как происходит незаиляемость труб. Самотечные трубы принимаем стальные.

2.2.2 Определение потерь напора в самотечных трубах

Определяем сумму потерь напора (м):

; м (2.2.9)

где h- потери по длине, м; h- местные потери, м. Определяются потери напора в двух основных случаев работы (при УНВ и УВВ) и на случай аварии, когда допускается снижение подачи воды на 30%.

Для работы при УНВ, где работают все линии самотечных труб:

; м (2.2.10)

м

; м (2.2.11)

м

где l -длина самотечных труб, определяют по профилю (рис 1.)м; -расчетный расход водозабора, м/с; n - число линий самотечных труб, из условия надежности подачи воды n =2.

; м (2.2.12)

м

где - потери напора на входе, м; -потери напора при сужении, м; -потери напора при повороте, м; - потери напора на выходе, м.

2.2.3 Береговой колодец

Третий элемент руслового водозабора -- береговой колодец, который входят концы самотечных линий. Он состоит из наземной и подземной частей. Подземная часть колодца имеет по две приемные и две всасывающие секции [18].

Между приемными и всасывающими отделениями находятся сетки. Колодец выполняет функции первичного отстойника (приемные отделения).

Расчетную (рабочую) площадь (м) сеток вычисляют по формуле:

; м² (2.2.13)

1,25 • 1,5 • 1,15 • 1,4/0,2 • 2 = 1,2 м²

где- коэффициент, зависящий от типа и конструкции сеток; = 1,15…1,25; для круглых стержней = 1,15, для прямоугольных = 1,25; - коэффициент стеснения:

Отметки воды в береговом колодце определяютсяуровнем воды в реке и потерь напора на различных режимах работы самотечных труб при УНВ, УВВ и при аварии.

В межень, когда работают две линии (м) при УНВ:

; м (2.2.14)

м

Во всасывающем отделении при УНВ:

; м

м

- потери напора в сети, = 0,1 м.

В межень (УНВ) при аварии:

м

; м

м

И при УВВ, когда работают две линии (м):

м

;м

м

Отметка пола наземной берегового колодца:

м

м

Отметка выхода самотечных труб в приемное отделение находиться ниже уровня воды в немна 0,3 м:

м

м

Верх сетки располагается на 0,1 м ниже минимального уровня воды во всасывающем отделении:

м

Отметка нижней кромки сетки:

; м

0,7-1,5= -0,8 м

где- высота сетки по расчету, м;

Отметка дна колодца ниже на 0,5 м:

; м

-0,8-0,5= -1,3 м

2.3 Подбор насоса для насосной станции I подъема

Расчетный расход (л/с), по которому подбирают насос, определяют по формуле:

; м³/с (2.3.1)

м³/с

где - коэффициент, учитывающий собственные нужды водопровода; - максимальный суточный расход системы водоснабжения, м/сут ; - продолжительность работы насосной станции I подъема, ч; - число рабочих насосов.

Напор насоса равен:

Н = Н_г+ ?h; м Н = 19,8 +1,19 = 21 м(2.3.2)

где Н_г - геодезическая высота подъема воды, м; ?h - сумма потерь, м.

Н_г = z_см - ; м (2.3.3)

Н_г = 19,8 - 0,8 = 19,1 м

?h = h_вс + h_наг = 1,1• А• К•l•Q²; м (2.3.4)

?h = 1,1• 0,001699 • 1,03 • 50 • 1,3² = 1,19 м

где l - расстояние от насосной станции до очистной станции, м l принимаем до 150 м.

Выбираем насос марки Д 3200-75, мощность насоса N = 730 кВт,

КПД = 76 %, допустимыйкаветационный запас ?h = 4,5 м.

Рисунок 2.2.2 Характеристика насоса Д3200-75

2.4 Гидравлический расчет водопроводной кольцевой сети

Для расчета водопроводной сети составлена рабочая схема водопроводной кольцевой сети с учетом дополнительных участков. Схема водопроводной сети показана на рисунке 2.4.1.

Рисунок 2.4.1 Схема кольцевой водопроводной сети

Общая длина сети, из которой вода разбирается равномерно по всей длине:

?L = l_1-2 +l_2-3 + l_3-4 + l_4-5 + l_5-6 + l_6-7 + l_7-8+ l_1-8+ l_2-7+l_4-7 м (2.4.1)

?l = 712 + 400 + 366 + 350 + 680 + 320 + 366 + 250 + 824 + 824= 5092 м

Определяем удельный отбор воды:

Q_{уд =} ==0,04182443л/с (2.4.2)

Путевые расходы участков рассчитаны по формуле:

Q_пут.уч= q_уд·l_уч(2.4.3)

Путевые расходы приводим к узловым полагая, что в каждом узле расходуется 50% воды от подходящих путевых участков [30].

Узловой расход воды в любом узле сети:

(2.4.4)

Таблица 2.4.1- Вычисление путевых и узловых расходов воды

Расчет кольцевых сетей выполнялся по методическим рекомендациям изложенных в литературе [17], сама сетьувязываласть так, чтобы потери напора в кольцах не превышали Дh?±0,5м, а по контуру Дh?±1,0 м.

Распределение расходов по участкам проводилось с учетом узловых расходов по закону Кирхгофа [32]. Истинные путевые расходы по участкам и назначенные диаметры труб для выполнения гидравлического расчета показаны в таблице 2.4.1

Потери напора h,м, на участках сети определяют по формуле:

H = К ^.A^.L^.q² = S^.Q², (2.4.5)

где К - поправочный коэффициент на скорость потока; А - удельное сопротивление труб,;L - длина участка сети, м; q - транзитный расход на участке сети, (принятый из таблицы 2.3) л/с;

S = K·A·L

- расчетное сопротивление участка.

Таблица 2.4.1 Гидравлический расчет кольцевой сети на пропуск хозяйственного расхода в час максимального водопотребления

2.4.1 Расчет сети на случай пожара

Объединенные хозяйственно - питьевые и противопожарные водоводы должны также подавать расходы и на тушение пожара с расходом 12,5 л/с.

Подача противопожарного расхода осуществляется пожарным насосом в сеть минуя водонапорную башню. Во время пожара совместные хозяйственно-питьевые и противопожарные водоводы должны пропускать дополнительный расход на тушение пожаров. Подача противопожарного расхода достигается за счет форсирования работы водопроводнойсети по давлению в ней за счет создание противопожарных насосных агрегатов.

Первоначальные данные для расчета водопровода на случай пожара находим по СНиП2.04.02-84^*[26]. Проверка сети на случай пожара показываетсобой гидравлический расчет сети с той лишь разницей, что при подаче узловых отборов в местах возникновения пожара к полученному ранее q_уз добавляется q_пож принимаем местом возможного пожара в узел - 5.

Первоначальные данные для расчета водопровода на случай пожара:

Пожарный расход - 12,5 л/с; число одновременных пожаров - 1; продолжительность пожара - 3 часа; необходимый свободный напор - 14 м.

Результаты расчета сведены в таблицу 2.4.4.

Таблица 2.4.2

2.4.2 Гидравлический расчет тупиковых участков

Расчет потерь напора на тупиковых участках ведем аналогично расчету потерь напора на участках сети при пропуске максимального расхода по сети. Тупиковые участки служат для транспортирования воды и подачи в сосредоточенные объекты, которыми являются животноводческая ферма и производственный сектор.

Результаты расчета заносим в таблицу 2.4.

Таблица 2.4.3 Гидравлический расчет тупиков

Для определения высоты, на которую необходимо поднять бак для создания в водопроводной сети напоров, удовлетворяющих всех потребителей сети в час максимального разбора воды необходимо составить таблицу для расчета высоты ствола башни при пропуске q _с.макс.

Таблица 2.4.4 Пьезометрические линии давленийпри максимальном секундном расходе воды

Высота ствола ВБ равна действительному свободному напору в месте ее расположения. Н_стВБ = 14 м. При пожаре напор обеспечиваем пожарным насосом при заборе воды из резервуара чистой воды.

Таблица 2.4.5 Пьезометрические линии давленийна случай пожара

Высота ствола ВБ на случай пожара равна действительному свободному напору в месте ее расположения. Н_стВБ = 20,94 м.

2.5 Выбор насоса для насосной станции второго подъема

Насосной станцией второго подъема выполняется подъем воды с помощью мощностью насосама в бак водонапорной башни. На ней располагаются хозяйственные, которые работают 22 часа (с 2⁰⁰-24⁰⁰) и пожарные насосы. Р=100/22=4,5% от суточного расхода.

Расчетный расход хозяйственного насоса q_х.н., м³/с:

q_х.н=Q_сутmax • Р / 100 • 3600 , м³/с (2.5.1)

q_х.н=6774,1 • 4,5%/ (100 • 3600) = 0,004 м³/с = 8,5 м³/ч

Н_н= Н_г + h - полная высота подъема; Н_г - высота подъема, м.

Н_г= 22 + 7,1 = 29,1 м; (2.5.2)

Рисунок 2.5.1 Характеристика насоса К 45/55

Чтобы определить рабочую точку насосной установки, рассчитывается основная рабочая формула характеристики трубопровода:

Н_тр = (Н_г) + б • Q² = 29,1 + 12000 • Q² (2.5.3)

где б - сопротивление в трубопроводе.

б = [(о_сет.к+о_к+о_вх+ л_вc• (l_вс/d_вс) • (16/р² • d_вс⁴)] + (1,1 • А_ОА • l_ОА • К)+ ( 1,1 •А_АВ • l_АВ • К )=17100

Для насосной станции второго подъема принимаем насос К 45/55; n = 3000 об/мин; Мощность насоса 7,5 кВт.

3. ОХРАНА ПРИРОДЫ

3.1 Водоохранные зоны и прибрежно защищённые полосы

Водоохранной зоной является территория, примыкающая к акваториям рек, озер, водохранилищ и других поверхностных водных объектов, на которой устанавливается специальный режим хозяйственной и иных видов деятельности с целью предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения водных объектов, а также сохранения среды обитания объектов животного и растительного мира. Водоохранная зона создается как составная часть природоохранных мер, а также мероприятий по улучшению гидрологического режима и технического состояния, благоустройству водных объектов и их прибрежных территорий. В пределах водоохранных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы, на территориях которых вводятся дополнительные ограничения природопользования.

Земли водного фонда выделены в самостоятельную категорию земель, так как они имеют специальное предназначение служить обеспечению рационального использования и охраны водных ресурсов. Использование и охрана водных объектов тесно связана с землепользованием, осуществляемым на землях водного фонда. Существенный вред водным объектам наносит хозяйственная и иная деятельность человека непосредственно на их берегах и прилегающих территориях, которая приводит к ухудшению качества воды в водных объектах за счет неконтролируемого поступления загрязняющих веществ в составе поверхностного и подземного стока. С другой стороны, осуществление водопользования невозможно без размещения в водоохранных зонах хозяйственных объектов: речных вокзалов, шлюзов т.д

Именно поэтому одним из важнейших традиционных направлений правовой охраны поверхностных вод, в том числе от загрязнения, является ограничение определенных видов деятельности человека на прибрежных территориях путем установления специальных зон и полос с особым правовым режимом. Требования, составляющие правовой режим земель водного фонда, должны обеспечивать рациональное использование таких земель для нужд водопользования, а также ограничивать и запрещать осуществление отдельных видов деятельности, в результате которой может быть причинен вред водному объекту.

Создание охранных и защитных зон в «целях обеспечения устойчивого функционирования естественных экологических систем, защиты природных комплексов, природных ландшафтов и особо охраняемых природных территорий т загрязнения и другого негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности» предусматривается п. 1 52 Федерального закона «Об охране окружающей среды».

Земли водного фонда могут использоваться для строительства и эксплуатации сооружений, обеспечивающих потребности населения в питьевой воде, бытовые, а также оздоровительные и другие потребности населения. Кроме того, земли водного фонда могут использоваться для водохозяйственных, сельскохозяйственных, природоохранных, промышленных, рыбохозяйственных, энергетических, транспортных и иных государственных или муниципальных нужд при соблюдении установленных требований.

Для поддержания водных объектов в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, устанавливаются водоохранные зоны. По существу, водоохранные зоны должны служить естественными барьерами, преграждающими поступление загрязняющих веществ в водные объекты в составе поверхностного и подземного стока.

Порядок создания и правовой режим водоохранных зон в настоящее время определяется Водным кодексом Российской Федерации от 3 июня 2016 г. №74-ФЗ, ст. 65 которого устанавливает, что водоохранными зонами являются территории, примыкающие к акваториям рек, озер, водохранилищ и других поверхностных водных объектов. В такой зоне устанавливается специальный режим хозяйственной и иных видов деятельности с целью предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения водных объектов, а также сохранения среды обитания объектов животного и растительного мира. В пределах водоохранных непосредственно вдоль береговой линии устанавливаются прибрежные защитные полосы, в которых вводятся дополнительные ограничения природопользования.

Эффективность выполнения водоохранными органами защитных функций зависит от двух составляющих их правового статуса: обусловленности размеров и границ этих зон и условий их правового режима. Особенно сложным с научной точки зрения и болезненным с точки зрения экономики является вопрос об установлении границ водоохранных зон. На протяжении истории развития водоохранного законодательства нашего государства подход к решению этого вопроса претерпел значительные изменения.

Действующее водное законодательство принципиально изменило концепцию установления водоохранных зон и значительно ослабило требования к их правовому режиму.

Во-первых, общий объем правового регулирования отношений по установлению водохранных зон был существенно сокращен, поскольку новый Водный кодекс РФ в ст. 65 содержит практически исчерпывающий перечень нормативных положений в данной области и не предусматривает никакого дополнительного правового регулирования, за исключением установления водоохраной зоны озера Байкал.

Во-вторых, в Водном кодексе РФ 2016 г. закреплен формальный подход к созданию водоохранных зон, который был применен предыдущим законодательством для установления минимальных размеров этих зон с возможностью их дальнейшей корректировки в соответствии с разработанными проектами, учитывающими все необходимые факторы и условия.

Водный кодекс Российской Федерации 2016 г. частично воспроизводит нормы «Положения о водоохранных зонах водных объектов и их прибрежных защитных полосах» в части определения этим Положением минимальных размеров водоохранных зон водных объектов, а единственно возможную, учитывая только длину водотоков, а в отношении озер и водохранилищ - их рыбохозяйственную ценность.

Размеры и границы водоохранных зон и прибрежных защитных полос, а также режим их использования устанавливаются, исходя из физико-географических, почвенных, гидрологических и других условий, с учетом прогноза изменения береговой линии водных объектов и утверждаются органами исполнительной власти субъектов РФ. Обычно ширина водоохраной зоны реки составляет от 50 до 500 метров в зависимости от ее протяженности. Ширина прибрежных защитных полос для рек, озер, водохранилищ и других водных объектов устанавливается в зависимости от вида угодий, прилегающих к водному объекту, и крутизны склона прилегающей территории.

Границы водоохранных зон и прибрежных защитных полос уточняются в проектах водоохранных зон, утверждаемых органами исполнительной власти субъектов РФ, и обозначаются на местности водоохранными знаками установленного образца. Об установлении границ водоохранных зон, прибрежных защитных полос и режима ведения хозяйственной и иной деятельности в их пределах информируется население.

В отношении установления прибрежных защитных полос водоохранных зон действующее водное законодательство также пошло по пути упрощения и уменьшения их размеров. Если раньше на ширину прибрежных защитных полос, помимо крутизны склонов, влияли виды прилегающих к водному объекту угодий, и ширина полосы могла достигать 100 метров, то сейчас ширина полос устанавливается в зависимости от уклона берега водного объекта и составляет от 30 до 50 метров.

Для расположенных в границах болот проточных и сточных озер и соответствующих водотоков ширина прибрежной защитной полосы устанавливается в размере 50 метров.

Исключение составляют озера и водохранилища, имеющие особо ценное рыбохозяйственное значение (места нереста, нагула, зимовки рыб и других водных биологических ресурсов), ширина прибрежных защитных полос которых устанавливается в размере 200 метров независимо от уклона прилегающих земель. Соответственно, их водоохранные зоны совпадают с прибрежными защитными полосами и не могут быть больше.

Для водных объектов в пределах черты поселения при наличии набережных и ливневой канализации ширина прибрежной защитной полосы совпадает с парапетом набережной, а ширина водоохраной зоны устанавливается от парапета набережной или (при отсутствии набережной) от береговой линии шириной в соответствии с п. 2-14 ст. 65 Водного кодекса РФ.

Для создания эффективной защиты водных объектов от загрязнения и других видов негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности посредством водоохранных зон важное значение имеет установление необходимого и достаточного перечня ограничений деятельности на их территории.

В пределах водоохранных зон запрещаются:

1) использование сточных вод для удобрения почв;

2) размещение кладбищ, скотомогильников, мест захоронения отходов производства и потребления, радиоактивных, химических, взрывчатых, токсичных, отравляющих и ядовитых веществ;

3) осуществление авиационных мер по борьбе с вредителями и болезнями растений;

4) движение и стоянка транспортных средств (кроме специальных транспортных средств), за исключением их движения по дорогам и стоянки на дорогах и в специально оборудованных местах, имеющих твердое покрытие.

Собственники расположенных в пределах водоохранных зон приусадебных, дачных, садово-огородных участков должны соблюдать правила их пользования, исключающие загрязнения, засорение и истощение водных объектов.

В пределах прибрежных защитных полос устанавливаются дополнительные ограничения. Запрещаются:

1) распашка земель;

2) размещение отвалов размываемых грунтов;

3) выпас сельскохозяйственных животных и организация для них летних лагерей, ванн.

Участки земель в пределах прибрежных защитных полос предоставляются для размещения объектов водоснабжения, рекреации, рыбного и охотничьего хозяйства, водозаборных, портовых и гидротехнических сооружений при наличии лицензии на водопользование, в которых устанавливаются требования по соблюдению водоохранного режима.

Установление водоохранных зон не влечет за собой изъятия земельных участков у землепользователей или запрета на совершение сделок с земельными участками, за исключением случаев, предусмотренных законом. Кроме того, земельные участки в водоохранных зонах водных объектов могут предоставляться гражданам и юридическим лицам по согласованию с федеральным органом исполнительной власти в области управления использованием и охраной водного фонда.

При этом обладатели прав на земельные участки, находящиеся в водоохранных зонах и прибрежных защитных полосах, обязаны соблюдать режим использования таких земель, не причинять вреда водным объектам.

В целях охраны водных объектов, используемых для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, а также содержащих природные лечебные ресурсы, устанавливаются зоны и округа санитарной охраны. При установлении на водных объектах зон санитарной охраны источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения минимальные размеры водоохраных зон и режим хозяйственной деятельности в них определяются санитарными правилами и нормами.

В России существует государственный контроль за использованием и охраной водных объектов, который регламентируется в Водном кодексе РФ от 3 июня 2006 г. №74-ФЗ и в ряде подзаконных актов. Цель контроля за использованием и охраной вод - обеспечить правомерное поведение участников водных отношений, в том числе реализацию прав и строгое исполнение обязанностей водопользователей. Достижение данной цели невозможно без выполнения основных задач государственного контроля, в том числе и - обеспечения правового режима использования земельных участков и иных объектов недвижимости, расположенных в границах водоохранных зон и зон специальной охраны источников питьевого водоснабжения. Т.е. государственный контроль обеспечивает соблюдение особого правового режима. Но, несмотря на это, правовое регулирование водоохранных зон в Российской Федерации с точки зрения охраны водных объектов от негативного антропогенного воздействия в настоящее время нельзя признать удовлетворительным и необходимо его дальнейшее совершенствование.

Полноценная правовая охрана вод и сопряжённых с ними земель может осуществляться, путём неукоснительного соблюдения водного и земельного законодательства, в частности правовых режимов водоохранных и санитарных зон, а также путём более активного использования возможностей бассейновых соглашений.

Однако вопросы экологического оздоровления водных объектов: восстановление качеств, свойств и функций природного комплекса, ландшафта практически не урегулированы российским законодательством.