Наружные водопроводные сети

Водопроводные сети подразделяются на водоводы и водопроводные сети. При их проектировании учитываются технологические и экономические требования. Технологические требования определяются функциональным назначением водоводов и сетей в системе водоснабжения. К таким функциям относятся:

- связывание всех сооружений в единую систему водоснабжения;

- транспортирование воды потребителям;

- обеспечение надежности работы системы водоснабжения.

Сети по начертанию разделяются на кольцевые и тупиковые.

По своему начертанию водопроводные сети бывают разветвленные или тупиковые (рис. а) и кольцевые (рис. б). Конфигурация сети зависит от планирования снабжаемого водой объекта, размещения на его территории отдельных водопотребителей, рельефа местности, места расположения используемых источников водоснабжения, наличия естественных и искусственных препятствий.

Тупиковые сети допускают транспортирование воды к потребителю по единственному направлению. Поэтому такие сети не обеспечивают бесперебойности, так как авария на любом участке этой сети приводит к прекращению подачи воды всем потребителям, расположенным ниже места аварии по направлению движения воды.

Тупиковые водопроводные сети или отдельные линии допускается прокладывать в следующих случаях:

- при подаче воды на производственные цели, если допустить перерыв в водоснабжении предприятия или цеха предприятия;

- при подаче воды на производственные цели, если диаметр подающего трубопровода равен или менее 100 мм;

- при подаче воды на противопожарные или на хозяйственно- противопожарные нужды независимо от расхода воды на пожаротушение, если длина линий не превышает 200 м.

Схемы начертания водопроводных сетей:

а - тупиковая; б - кольцевая; 1 - водонапорная башня; 2 - магистральная сеть; 3 - водопотребители.

Кольцевые сети в отличие от тупиковых имеют более высокую надежность. Благодаря наличию параллельно работающих магистралей в этих сетях авария на любом участке не вызывает прекращения подачи воды всем потребителям, кроме питающихся непосредственно от поврежденного участка.

Как тупиковые, так и кольцевые сети подразделяются на магистральные, сопроводительные и распределительные линии. Магистральными называются линии, на которых транзитный расход, транспортирующийся по этой линии без раздачи по ходу движения воды, превышает путевой расход (разделяющийся в линии по ходу движения воды), т.е. Q_тр>Q_пут; распределительными линиями называют такие, на которых Q_пут≥Q_тр. Сопроводительные линии делаются параллельно магистральным. Они применяются при диаметре магистральных линий и водоводов 800 мм и более и транзитном расходе не менее 80% суммарного расхода. Кроме указанного деления все водопроводные линии (водоводы и сети) делятся на участки. Участком называют отрезок линии, в пределах которого расчетный расход, скорость движения и температура воды остаются постоянными.

1.2. Трассировки водопроводных линий.

При трассировке решается задача увязки направления прокладки их с рельефом и планировкой территории. Выбор трассы производится с учетом гидрогеологических, топографических, санитарно-гигиенических, экономических, технологических и других требований. Основными требованиями, диктующими выбор трассы водопроводных линий являются:

- охват всех водопотребителей водопроводными линиями;

- возможно наименьшая стоимость водоводов и водопроводной сети;

- бесперебойная подача воды потребителям как при нормальной работе, так и при возможных авариях на отдельных участках сети водопровода.

Особенностью проектирования городской водопроводной сети является выделение из всей массы водопроводных линий системы магистральных линий (магистральной сети), на которую возлагается основная работа по транспортировке воды по территории города.

Основное направление линий магистральной сети должно соответствовать вытянутой территории города. По главному направлению следует прокладывать несколько магистральных линий, включенных параллельно, что необходимо для обеспечения требуемой надежности системы водоснабжения. Транзитные магистрали нужно соединять перемычками для возможности перераспределения расходов воды между магистралями при изменении работы сети. При нормальной работе эти перемычки несут незначительную нагрузку. Кольцам, образуемым основными транзитными магистралями и перемычками, по возможности надо придавать форму, вытянутую вдоль главного направления движения воды, с тем, чтобы сократить длины мало работающих перемычек.

Обычно число магистралей принимается исходя из расчета расстояния между ними равного 300-600 м. Соответственно, расстояние между перемычками принимается равным 400-800 м. Сеть магистральных линий следует прокладывать равномерно по всей территории города.

Назначение системы остальных линий сети (распределительная сеть) и сопроводительной, получающих воду из магистралей, - отдавать воду через домовые ответвления и пожарные гидранты.

1.3. Определение глубины заложения труб

Глубина заложения водопроводных линий при их подземной прокладке устанавливается с учетом предотвращения замерзания воды в трубах в зимний период и нагрева ее в летний период, а также исключения повреждения труб транспортом или другой временной нагрузкой.

Глубина укладки труб, считая до их низа должна быть больше расчетной глубины промерзания грунта, которая определяется глубиной нахождения нулевой температуры.

Расчетная глубина промерзания h_и устанавливается на основании многолетних наблюдений за фактической глубиной промерзания в самую холодную и малоснежную зиму.

Для сетей, имеющих переменный режим работы и небольшие диаметры, глубина заложения трубы h_зал (м) принимается на 0,5 м больше расчетной глубины проникновения нулевой температуры:

Минимальная глубина заложения трубопроводов, вызываемая защитой воды от нагревания, принимается не менее 0,5 и до верха трубы.

Определяя глубину заложения, следует учитывать условия пересечения водопроводных линий с другими подземными сооружениями. При новом строительстве глубина заложения трубопроводов должна определяться по проекту вертикальной планировки территории строительства. До проведения планировки может оказаться, что в некоторых местах трассы прокладки труб глубина заложения окажется меньше глубины промерзания. В таких случаях должны приниматься меры по теплоизоляции трубопроводов.

1.4. Этапы проектирования водопроводных линий

Исходными данными для проектирования являются:

- состав водопотребителей и их требования к количеству воды и напорам Н_св;

- расположение потребителей воды на плане объекта;

- расчетные расходы воды, максимальные, минимальные, средние (суточные, часовые секундные);

- режим водопотребления;

- глубина заложения трубопроводов;

- противопожарные требования потребителей воды.

Процесс проектирования разделяется на три этапа:

1. Подготовка сети к гидравлическому расчету. Этот этап сводится к выбору вида сетей, трассировке водоводов, выявлению сосредоточенных расходов, определению расчетных и проверочных расходов, определению путевых, транзитных и узловых расходов, выбору скоростей, определению длин, диаметров участков и др.

2. Гидравлический расчет водопроводной сети. В результате расчета определяются потери напора на участках и свободные напоры в различных точках сети; по полученным расходам и напорам производится подбор насосного оборудования и расчет напорно-регулирующих устройств, строятся пьезометрические графики при различных режимах работы водопроводных сооружений.

3. Конструирование и деталировка водоводов и сети. Эта часть проектирования выполняется после выбора материала и диаметра труб, размещения арматуры, колодцев и других сооружений на сети.

1.5. Определение расчетных расходов

Расходование воды на хозяйственно-питьевые нужды населения является основной категорией водопотребления в городе. Количество расходуемой воды зависит от степени санитарно-технического благоустройства районов жилой застройки и от климатических условий.

Анализ фактических расходов воды по этой категории водопотребления на одного жителя для различных условий дает основании для составления норм хозяйственно-питьевого водопотребления (табл. 1). Эти нормы, периодически пересматриваемые, включены в главу СНиП П-31-74 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения". Их следует использовать при составлении проектов городских водопроводов для определения расчетных объемов потребления воды на хозяйственно-питьевые нужды.

Приведенные в табл. 1 нормы включают расходы воды на хозяйственно-питьевые и бытовые нужды в жилых и общественных зданиях, в том-числе на предприятиях коммунально-бытового обслуживания населения.

Выбор норм водопотребления в пределах, указанных в табл. 1, следует производить с учетом природно-климатических условий, мощности источника водоснабжения, степени благоустройства, этажности застройки, уклада жизни населения и других местных условий.

Зная число жителей N_i в отдельных районах города с различной степенью санитарно-технического благоустройства жилищ, можно определить средний за год суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды города в целом:

Q = ∑(q_iN_i) (1)

Таблица 1

Степень благоустройства районов жилой застройки	Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных пунктах на одного жителя средне-годичные (за год) q, л/сут
Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией, без ванн	125-160
То же, с ваннами и местными нагревателями	160-230
То же, с централизованным горячим водоснабжением	230-350

В пределах каждого года происходят циклические колебания суточного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды: сезонные, связанные с изменениями температуры, влажности в отдельные сезоны года, а также недельные, обусловливаемые особенностями водопотребления в отдельные дни недели (праздничные, предпраздничные, будние и т. п.). В СНиП даны следующие значения коэффициентов неравномерности наибольшего и наименьшего суточного расхода: K _{сут,макс} = 1,1...1,3; K _{сут.мин} = 0,7... 0,9. Таким образом, наибольший и наименьший (за год) расчетные суточные расходы составляют соответственно:

и

Наибольший (расчетный) суточный расход является основой для расчета большинства сооружений систем водоснабжения и, в частности,,для расчета систем подачи и распределения воды.

Расходование воды на поливку улиц и зеленых насаждений. Рас четные расходы воды на эти нужды зависят от размеров поливаемых площадей и "удельной нормы" расхода воды на единицу площади. СНиП 11-31-74 предусмотрены следующие удельные нормы расхода воды, л/м²:

Механическая мойка усовершенствованных покрытий проездов и площадей.	1,2-1,5 на одну мойку
Механическая поливка усовершенствованных покрытий проездов и площадей......	0,3-0,4 на одну поливку
Поливка вручную (из шлангов) усовершенствованных покрытий тротуаров и проездов..	0,4-0,5 на одну поливку
Поливка городских зеленых насаждений.	3-4 на одну поливку
Поливка газонов и цветников..	4-6 " " "

Число поливок в сутки устанавливают в зависимости от климатических условий.

При отсутствии данных о площадях поливки допускается принимать ориентировочно расход воды на поливку от 50 до 90 л/сут на одного жителя в зависимости от природно-климатических условий, мощности источника водоснабжения, от степени благоустройства населенных пунктов и других местных условий.

Площадь поливки можно определять непосредственно по плану города (на расчетный год его развития). Для приближенных расчетов площадь улиц, проездов и площадей можно определять ориентировочно в соответствии с нормами планировки и застройки населённых пунктов.

В расчетный расход воды на поливку включают расходы, которые забираются через ответвления от внутренних водопроводов, и расходы, отбираемые поливочными машинами через специальные колонки из городского водопровода или из емкостей (специальных или общегородских), пополняемых из водопроводной сети.

Определенный расчетом суточный расход на поливку (для теплых и сухих сезонов) следует включать в максимальный суточный расход городского водопровода.

Расходование воды на тушение пожаров. Как уже было указано, этот вид водопотребления носит специфичный характер, поскольку является эпизодическим и вызывается случайными событиями. Система водоснабжения должна обеспечить возможность подачи требуемых количеств воды к месту пожара в любой момент.

При расчетах систем водоснабжения необходимо знать расчетный пожарный расход, т. е. количество воды, подаваемой в единицу; времени для нужд пожаротушения, и общий запас воды, требуемый для.тушения пожара.

Согласно СНиП, расход воды на тушение одного пожара в городах и поселках определяется в зависимости от числа жителей и характера застройки.В СНиП указана расчетная длительность тушения пожара 3 ч. Соответственно этому может быть определено общее количество воды, затрачиваемой на тушение одного или нескольких одновременных пожаров.

Расход воды для пожаротушения на промышленных предприятиях определяется в зависимости от характера производства и степени огнестойкости производственных зданий.

Расчетное число одновременных пожаров для объединенных противопожарный водопроводов населенного пункта и нескольких расположенных "в нем промышленных предприятий определяется по согласованию с органами пожарного надзора.

Расходование воды на производственные и бытовые нужды промышленных предприятий, расположенных на территории города или в непосредственной близости к его границам, составляет следующую категорию водопотребления в городе.

Многие технологические процессы промышленных предприятий обусловливают постоянный в течение года объем водопотребления. Иногда объемы водопотребления изменяются по сезонам года.

Согласно существующим нормам, расход воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих во время их пребывания на производстве учитывается дополнительно к тем хозяйственно-питьевым расходам, которые им полагаются как жителям города или рабочего поселка. Эти дополнительные расходы составляют на одного рабочего в смену в цехах со значительным выделением тепла 45л, а в остальных цехах 25 л. Кроме того, на производствах, связанных с загрязнением тела или требующих особого санитарного режима, должен быть предусмотрен расход воды в душевых из расчета 500 л/ч на одну душевую сетку в течение 45 мин. Для указанных нужд требуется использование воды питьевого качества, поэтому она обычно забирается из сети городского водопровода.

Вода на технологические нужды промышленных предприятий, находящихся в городе, может забираться как из городского водопровода, так и из природных источников - в зависимости от количества потребляемой "производственной" воды и требований к ее качеству

Обеспечение потребностей города в воде и определение суммарных расчетных суточных расходов воды. После определения суточных расходов по отдельным категориям водопотребления должно быть принято обоснованное решение о целесообразности подачи воды единой системой или устройства на территории города нескольких систем водоснабжения.

Полный максимальный суточный расход включает:

• а) суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды на селения в сутки наибольшего водопотребления Q _макс
• б) расход воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих во время их пребывания на производстве (он предполагается неизменным в течение года);
• в) расход воды на производственные нужды предприятий (для сезона наибольшего потребления воды);
• г) поливочный расход (если поливка осуществляется из сети городского водопровода).

Полный минимальный суточный расход включает:

• а) суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды на селения в сутки наименьшего водопотребления Q _мин;
• б) расход воды на питьевые нужды рабочих на производстве;
• в) расход воды на производственные нужды предприятий (для сезона наименьшего потребления воды).

Средний суточный расход включает:

• а) расход воды на хозяйственно-питьевые нужды Q;
• б) средний за год суточный расход воды на нужды предприятий, снабжаемых водой из городской сети;
• в) поливочный расход - с учетом местных: климатических -условий.

В практике проектирования гидравлическому расчету подвергают, как правило, только сеть магистральных линий, а диаметры распределительных линий хозяйственно-противопожарного водопровода принимают не менее 100 мм и диктуются эти размеры расходом воды на пожаротушение. В крупных городах подача пожарного расхода требует увеличения диаметра труб распределительной сети до 150 мм, а иногда и до 200 мм.

1.6. Гидравлический расчет водопроводной сети

Выбор расчетной схемы отдачи воды сетью и определение расчетных расходов. Особенностью сети городского водопровода являются чрезвычайно большое количество точек отбора воды из сети и разнообразие режимов этого отбора. Гидравлический расчет сети обычно ведется по упрощенной условной схеме, наиболее близко отражающей действительную картину отдачи воды сетью в отдельные расчетные моменты ее работы. Наиболее часто принимается такая условная расчетная схема отдачи воды, при которой сосредоточенный водоотбор наиболее крупных водопотребителей. (промышленные предприятия, станции, пожарные расходы) намечается отдельными узловыми точками, что должно вполне соответствовать действительной картине работы сети, а водоотбор остальных водопотребителей (население, поливка улиц, площадей и зеленых насаждений) предполагается равномерным по длине магистральной сети (сети, подлежащей расчету) с отбором его в узловых точках расчетных участков. При этом условно считают, что водоотдача каждого участка сети пропорциональна его длине при постоянном удельном расходе, определяемом по выражению

(1)

где Q - полный расход воды, отбираемой из сети потребителями, соответствующий принятому расчетному режиму; Σ Q _р - суммарный расход воды, отбираемой из сети рассредоточенными потребителями при принятом расчетном режиме; Σ Q _с - то же, крупными сосредоточенными потребителями; Σ l - общая расчетная длина магистральной сети, из которой осуществляется водоотбор.

Если величина расхода воды из сети рассредоточенными водопотребителями различная для различных районов города (в зависимости от плотности населения, благоустройства и т. д.), удельный расход q _уд определяют отдельно для участков сети, проходящих по территории этих районов. Участки сети, служащие только для транспортирования воды, а не для ее раздачи, т. е. проходящие по незастроенным территориям, паркам, площадям, мостам, в расчетную длину Σl не включают.

При определении удельных расходов q _уд следует помнить, что величина их изменяется в соответствии с графиком водопотребления и будет различна для различных расчетных режимов и, следовательно, должна вычисляться для каждого случая отдельно.

Исходя из вышеуказанных соображений, водоотдача каждого участка сети (путевой расход участка) определяется по формуле

(2)

где l _уч - длина расчетного участка, т. е. участка между двумя узловыми точками - точками подключения водоводов от насосных станций, водонапорных башен; крупных водопотребителей, пересечения и ответвления магистральных линий.

Удельный расход можно определять не только на единицу длины сети, но и на единицу площади территории, снабжаемой водой.

Отбор путевых расходов, как указывается выше, предполагается в узловых точках, к которым примыкают расчетные участки. При этом для упрощения, расчетов принимают, что путевой расход каждого участка делится пополам и присоединяется в качестве сосредоточенного расхода в узловой точке участка. Таким образом, расчетный узловой расход любой узловой точки сети будет состоять из фактического сосредоточенного расхода, отбираемого непосредственно в узле, и полусуммы путевых расходов всех примыкающих к точке участков:

(6)

где п - количество расчетных участков, примыкающих к рассматриваемому (i -му) узлу.

Подготовка к гидравлическому расчету. До начала гидравлического расчета должна быть выполнена трассировка водопроводной сети, установлены точки подключения водопотребителей с сосредоточенными отборами воды, определены места пересечений и ответвлений магистральной сети. Кроме того, должно быть определено максимальное суточное и соответствующее ему почасовое водопотребления объекта, установлены режимы подачи в сеть и отбор воды из сети, а также приняты расчетные режимы, ее работы.

При решении указанных задач по подготовке к гидравлическому расчету сети обычно пользуются планом объекта водоснабжения, на котором намечают узловые (расчетные) точки сети, расчетные участки, а также обозначают кольца (поля) водопроводной сети. Дальнейшую работу по подготовке сети к гидравлическому расчету целесообразно производить на схемах водопроводной сети. Схемы вычерчивают без масштаба, сохраняя конфигурацию сети. На схемах указывают узловые расходы (общие или сосредоточенные и приведенные к узловым путевые расходы, а часто и те и другие), длины расчетных участков, предполагаемое (предварительное) потокораспределение, а также предполагаемые, наиболее экономически выгодные для данного потокораспределения диаметры трубопроводов расчетных участков.

Наиболее ответственной операцией по подготовке сети к гидравлическому расчету является назначение начального распределения потоков воды по расчетным участкам. Для кольцевых водопроводных сетей при назначении первоначального потокораспределения общей рекомендацией может быть положение о равной или близкой пропускной способности параллельно расположенных магистралей, о их взаимозаменяемости при аварии и постоянной их нагрузке. Начальное потокораспределение для каждого расчетного случая следует производить с соблюдением первого закона Кирхгофа, выраженного уравнением

где Q_i - сосредоточенный отбор воды в рассматриваемом (i -м) узле; Σ q_i-k - сумма расходов воды в расчетных участках, примыкающих к расчетному узлу.

По намеченному потокораспределению и величине расходов в каждом участке сети определяют диаметры этих участков.

Определение диаметров труб. Диаметры труб водопроводной сети и водоводов следует выбирать по величинам расходов принятого потокораспределения расчетного режима для каждого участка на основании технико-экономических расчетов.

Минимальный диаметр тpyб водопровода, объединенного с противопожарным, в населенных пунктах и промышленных предприятиях должен быть не менее 100 мм, а в сельских населенных пунктах - не менее 75 мм.

Предельные расходы q _пр, л/с при значениях экономического фактора Э_т=0,75

Определение потерь напора в сети. Определение потерь напора в трубопроводах сети является составной частью задачи определения требуемых напоров насосов, подающих воду в сеть, высоты водонапорных башен, расходования энергии на подачу воды потребителям.

Учитывая большую, как правило, протяженность водопроводной сети любого объекта водоснабжения и относительно небольшие потери на местные сопротивления, основными при расчете сети следует считать потери напора на гидравлическое трение в трубах по длине.

Учитывая, что потери напора h прямо пропорциональны длине трубопровода, на практике определяют величину потерь напора на единицу длины трубопровода в безразмерных величинах гидравлического уклона i= h/l, откуда полная потеря напора для всей длины h=il.

Для облегчения и ускорения определения потерь напора по длине на практике широко используют специальные таблицы, графики и номограммы, в частности таблицы, составленные Ф. А. Шевелевым. Таблицы дают величины потерь напора на единицу длины трубопровода (i) или на 1000 м длины (1000 i) для всех стандартных диаметров труб различных типов в широком диапазоне расходов и соответствующих им скоростей. Пользоваться таблицами весьма удобно при расчете разветвленных сетей, когда по заданному расходу q можно подобрать диаметр в соответствии с принятой величиной скорости и определить величину потерь на 1000 м.

Методы увязки кольцевых водопроводных сетей. Задачей увязки кольцевой водопроводной сети является нахождение действительного распределения подаваемой в сеть воды по ее участкам при принятых наиболее выгодных диаметрах и расчетных режимах ее работы. В каждом замкнутом контуре сети (кольце) сумма потерь напора на участках, где движение воды осуществляется по часовой стрелке (+), должна быть равна сумме потерь напора на участках, на которых вода движется против часовой стрелки (-).

Рис. 3. Расчетные схемы водопроводной сети города: а - в час максимального транзита воды в башню; б - в час максимального водопотребления.
2. ВОДООТВЕДЕНИЕ (КАНАЛИЗАЦИЯ)

Дата добавления: 2015-07-15