Система водоснабжения городских территорий

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

Природные источники водоснабжения подразделяются на:

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

- мутность

- содержание органических веществ

- малая жесткость

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

- прозрачность

- малое содержание органики

- высокая жесткость

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

Источник водоснабжения должен отвечать следующим требованиям:

1.Бесперебойная подача качественной воды

2.Достаточная мощность (экологическое равновесие)

3. Небольшое расстояние от объекта потребления

Основными категориями потребления явл.:

- хозяйственно-питьевые нужды (вкл. поливка)

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

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

Сети и сооружения системы водоснабжения города с поверхност­ным источником. Вода поступает в водозаборные сооружения ,

откуда насосами насосной станции пер­вого подъема по водоводам первого подъема подается на очистные сооружения . После очистки из резервуаров чистой воды она забирается насосами насосной станции второго подъема и по водоводам второго подъема подается в наружную водопро­водную сеть города , распределяющую воду по отдельным рай­онам и кварталам города. Водонапорная башня может распола­гаться перед, в середине, либо за сетью города. В последнем случае она называется контрбашней. Сеть города с водонапорной башней соединяют водоводы. Все водоводы проектируются не менее чем в две нитки на случай аварии. Аварийный водовод должен обеспечи­вать пропуск не менее 70% суточного потребления воды городом. По способу подачи воды водоводы могут быть нагнета тельными и самотечными.

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

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

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

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

Виды систем:

- С поверхностным источником. Обеспечивает подачу практи­чески любого необходимого ко­личества воды с учетом перспективного роста городов. Надежна. К недостатком относят
большую строительную и эксплуатационную стоимости. Громоздкость. Экологическое несовершенство ввиду возможного увеличения объема очистных сооружений

- С подземным источником. Обеспечивает высокое санитарное качество воды. Не нарушает экологию окружающей среды. К недостаткам - ограниченность применения из-за недостаточной мощности водоносных горизонтов. Возмо­жность нарушения в ряде случа­ев несущей способности грунтов.

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

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

Водопроводная наружная сеть должна удовлетворять следу­ющим основным требованиям:

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

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

- быть экономичной.

Все эти требования достигаются решением следующих основных задач:

выбором экологически чистого, экономичного и надежного ма­териала труб;

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

правильным выбором конфигурации наружной водопроводной сети в плане.

Наружная водопроводная сеть состоит из:

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

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

В практике водоснабжения используют два основных вида сетей:

разветвленные (тупиковые) и кольцевые . Последние представляют собой систему замкнутых контуров или колец.

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

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

3. МАТЕРИАЛ ВОДОПРОВОДНЫХ ТРУБ И ТИПЫ ИХ СОЕДИНЕНИЙ

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

На выбор типа материала труб существенное влияние оказыва­ют следующие факторы:
экология района прокладки: сейсмичность района прокладки, са­нитарные условия, агрессивность грунтов и воды, климатические условия, гидрогеология грунтов, их механическая прочность;
сроки эксплуатации труб; статические расчеты: внутреннего гидростатического давления в трубах, массы грунта и временных нагрузок, возможности образования вакуума в труб. Трубы должны легко и быстро монтировать­ся на строительной площадке и удовлетворять требованиям на­ибольшей экономичности.

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

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

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

Водоприёмные сооружения имеют различное устройство в зависимости от вида источников водоснабжения и местных условий. Для приёма поверхностных вод используются речные, водохранилищные, озёрные, морские водоприёмники. Для приёма подземных вод в зависимости от глубины залегания водоносных пластов применяются трубчатые (буровые) колодцы, горизонтальные водосборы, представляющие собой дренажные трубы или галереи, укладываемые в пределах водоносного пласта. Родниковые воды собираются при помощи капотажных сооружений (каменных резервуаров, приёмных камер и др.), располагаемых в месте наиболее интенсивного выхода родниковой воды.

Вода поднимается из подземных источников в большинстве случаев центробежными насосами. Весьма эффективны погружные насосы, опускаемые под уровень воды в колодец вместе с электродвигателем, заключённым в водонепроницаемый кожух. При использовании артезианских (напорных) вод после сооружения колодца уровень воды в нём устанавливается над водоносным пластом. Иногда давление в пласте столь велико, что вода самоизливается из колодца на поверхность земли. Для городских водопроводов, использующих подземные воды, обычно сооружают группу колодцев. Вода из них поступает в сборный резервуар и оттуда подаётся потребителям насосной станцией. Шахтные колодцы применяют при относительно неглубоком залегании подземных вод. В зависимости от глубины шахтных колодцев подъём воды из них может быть осуществлен обычными или погружными насосами. В системах В. населённых мест водоприёмные сооружения всех типов включаются в зону санитарной охраны.

Насосные станции современных систем В. оборудуются, как правило, центробежными насосами с электрическим приводом, а также регулирующей, предохранительной и контрольно-измерительной аппаратурой. Многие насосные станции имеют телеуправление и полностью автоматизированы.

Очистные сооружения обрабатывают природную воду с целью придания ей качеств, соответствующих требованиям потребителей. Очищенная вода подаётся к объекту по водоводам и разводится по его территории водопроводной сетью. К уличной сети присоединяются домовые ответвления, по которым вода вводится в здания. Внутри зданий устраивается сеть внутреннего водопровода, подводящая воду к точкам её разбора через различные водоразборные устройства (краны). В благоустроенных жилых домах и в некоторых общественных зданиях устраиваются также системы, снабжающие потребителей горячей водой. В производственных зданиях вода подводится к различным технологическим агрегатам, машинам, аппаратам, котлам и т.д. Разбор воды осуществляется частично и из наружной (уличной) сети через водоразборные колонки (краны). Подача воды для тушения пожаров осуществляется из наружных пожарных гидрантов, располагаемых на уличной сети. Внутренние пожарные краны устанавливаются в общественных и производственных зданиях, а также в жилых домах выше 11 этажей.

Для промышленных предприятий (в определённых условиях) применяют так называемые оборотные системы водоснабжения, а также системы с последовательным использованием воды. Оборотные системы служат для предотвращения нерационального использования природных вод и их загрязнения. В таких системах воду после надлежащей обработки (охлаждения или осветления) снова подают потребителям. Для охлаждения воды в оборотных системах применяются градирни, бассейны брызгальные, охладительные пруды. При этом из источника подаётся вода только для восполнения её потерь при охлаждении и безвозвратных её расходов в производстве. Таким образом, количество воды, забираемой из источника, при оборотной системе значительно меньше, чем при обычной прямоточной системе. Это позволяет иногда использовать природный источник, который при прямоточной системе был бы недостаточным для данного потребителя. Системы с последовательным использованием воды применяют в тех случаях, когда вода, сбрасываемая одним производственным потребителем, может употребляться другим. Это также уменьшает количество воды, которое надо забирать из источника водоснабжения.