Водоснабжение и водоотведение города

       «ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ВОДООТВЕДЕНИЕ ГОРОДА» 

       Исходные  данные для расчета систем водоснабжения  и канализации 

Необходимо:

1. Определить расходы на водопотребление населенного пункта;

2. Составить график водопотребления в сутки наибольшего расхода воды и опре-

делить режим  работы насосной станции 2-го подъёма;

3. Определить емкость бака водонапорной башни и ёмкость резервуаров насосной

станции 2-го подъёма;

4. Запроектировать бытовую канализационную сеть, объединенную с производст-

венной, для полной раздельной системы водоотведения. 

2. ВОДОСНАБЖЕНИЕ

2.1. Определение расходов  на хозяйственно-питьевые  нужды населения

Согласно генплану площадь жилой застройки первого  района составляет S1 = 446,8 га (без учета улиц, бульваров и т.п.), а площадь жилой застройки второго района составляет S2 = 421,6 га. При заданной плотности населения число

жителей города, округленное вверх кратно 10 составляет:

N1 = P1 × S1 = 235 × 446,8 = 104998 чел.

N2 = P2 × S2 = 210 × 21,6 = 88536 чел.

Общая численность  населения составляет:

N = N1 × N2 = 104998 + 88536 = 193534 чел. 

В соответствии с заданной степенью благоустройства жилых зданий принимаем по СНиП [13], среднесуточное хозяйственно-питьевое водопотребление q = 300 л/сут.

Расчетный среднесуточный расход воды составляет:

Q=  

где N – число  жителей; 1000 – учитывает перевод  литров в м3.

Хозяйственно-питьевое водопотребление неравномерно как  по часам суток, так и по суткам. Это связано с условиями быта населения, режимом работы предприятий, степенью благоустройства зданий и т.д. Поэтому всегда рассчитывается расход воды в сутки наибольшего водопотребления (обычно это выходные дни летом):

=  1,2*58060,2 = 69672,3

где К сут..max – коэффициент суточной неравномерности  водопотребления. Принимаем К сут..max = 1,2.

С учетом количества воды на нужды местной промышленности, обслуживающей население, и других неучтенных расходов (п. 2.1. [13]) расчетный расход воды в сутки наибольшего водопотребления составляет: 
 
 

Необходимо также  определить коэффициенты часовой неравномерности  водо-

потребления (п. 2.2. [13]):

К ч.max = a max × b max = 1,3 × 1,0767 = 1,399

где a – коэффициент, зависящий от степени благоустройства зданий и режима ра-

боты предприятий. Принимаем a max = 1,3;

b – коэффициент, зависящий от числа жителей в населенном пункте, определяется

интерполяцией из табл. 2. 
 
 

2.2. Определение расхода  воды на нужды  бань и прачечных

Расход воды на бани и прачечные определяем в  зависимости от их пропускной

способности с  учетом существующих норм водопотребления.

Число мест в  бане определяется из расчета 5 мест на 1000 жителей: 
 

В соответствии с п. 4.1.3. (см. стр. 9) принимаем три бани вместимостью 300

чел, расположенные  в левой части генплана, и одну баню вместимостью 100 чел,

расположенную в правой части генплана.

Продолжительность работы бани принимается обычно t б = 16 ч. (с 7 до 23

час.). Норма водопотребления  на одного посетителя бани принята q б = 180 л/чел.:

Q б1 = 0,001 × n б × q б × t б = 0,001 × 300 × 180 × 16 = 864 ;

Q б2 = 0,001 × 100 × 180 × 16 = 288 .

Расход воды в банях всего города составляет:

Q б1 × 2 + Q б2 = 864 × 2=3 + 288 = 2880 . 

Расход воды в прачечной определяется по норме  расхода воды на 1 кг сухого белья: qпр=75 л/кг (по СНиП [12]).

Количество белья, поступающего в смену (t см = 8 ч) от 1000 жителей принимаем согласно СНиП [12]: g пр = 110 кг.

Общее количество белья, поступающего в прачечные  за одну смену:

G пр = 0,001 × g пр × N = 0,001 × 110 × 193534 = 21288,74 кг.

В соответствии с п. 4.1.3. принимаем 3 прачечные производительно-

стью 5000 кг белья  в смену, расположенные в левой части генплана,  2 прачечные производительностью 3000 кг белья и 1 прачечную производительностью 500 кг белья, расположенные в правой части генплана.

Обычно прачечная  работает в 2 смены с 7 до 23 час (n см = 2). Суточное водопотребление прачечных: 
 
 
 

                         3 *  

2.3. Определение расхода  на поливку улиц  и зеленых насаждений

Расход воды на эти нужды определяется (п. 2.3. [13]) исходя из числа жителей

города – 50...90 л/сут. на одного жителя в зависимости от природно-климатических условий. Например, для Южного Урала q пол = 60 л/сут. на человека. Расход воды на поливку зеленых насаждений и улиц составляет:

Q пол = 0,001 × q пол × N = 0,001 × 60 × 193534 = 11612 м3/сут.

Опыт эксплуатации городских водопроводов показывает, что 70...80 % суточного количества воды на поливку в городах расходуется механизированным способом, т. е. поливомоечными машинами, а 20...30 % – вручную из поливочных кранов. Для рационального использования воды питьевого качества отбор воды

поливомоечными  машинами предусматривается из реки, и эта часть расхода исключается из рассчитанных расходов. Поэтому расчетный расход воды на поливку

(вручную):

Q’ пол = 11612 × 0,2 = 2322,4 м3/сут. 

2.4. Определение расходов  воды на промышленных  предприятиях

На промышленных предприятиях вода расходуется на хозяйственно-питьевые

нужды, на душевые  и на технологические нужды.

А) Определение расхода  воды на хозяйственно-питьевые нужды

Норма водопотребления  на хозяйственно-питьевые нужды принята (по п. 2.4.

[13]): для “горячих”  цехов – 45 л/чел. в смену,  для “холодных” цехов – 25 л/чел.

Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды предприятий  определяется по формуле:

Q см = N см. × q /1000,

где N см – количество работающих в смену, чел. 

Б) Определение расхода  воды на душевые нужды

На промышленных предприятиях рабочие принимают  душ после окончания

рабочей смены. Расход воды на прием душей определяется из расчета 500 л/ч на одну душевую сетку. Расчетная продолжительность пользования душем – 45 мин. Следовательно, расчетный расход на одну душевую сетку составляет q дс = = 375 л/ч. По нормам одна душевая сетка устанавливается на 15, 7 и 5 рабочих в зависимости от степени загрязнения, обусловленного характером производства. Принимаем (по п.2.4 СНиП [13]): 7 человек на одну душевую сетку на машиностроительном заводе и 15 человек на одну душевую сетку на радиозаводе.

Расход воды в одну смену определяется по формуле:

Q д = n дс ×  q дс × 0,001 м3/смену,

где n дс – число  душевых сеток. 
 
 

В) Определение расхода  воды на технологические  нужды

Расход воды на технологические нужды составляет сумму расходов на все технологические операции данного предприятия. В соответствии с п. 5.1 расходы на технологические нужды по данным технологов составляют:

на машиностроительном заводе – 6528 м3/сут (за 3 смены);

на радиозаводе  – 18200 м3/сут (за 2 смены).

Г) Определение общего расхода воды на промышленных предприятиях

Общий расход воды на промышленных предприятиях за сутки  определяется

как сумма всех расходов:

Q з = Q д + Q х-п  + Q техн. м3/сут.

на машиностроительном заводе – 7119,13 м3/сут.

на радиозаводе  – 18510,55 м3/сут.

5.2.5. Определение расхода  воды на пожаротушение

Этот расход определяется в зависимости от числа  жителей и характера за-

стройки по СНиП [13]:

расчетное число  пожаров – n п = 2;

расход воды на 1 пожар жилого здания – q пж = 35 л/с;

продолжительность тушения пожара – 3 часа.

Расход воды на наружное пожаротушение на промышленном предприятии за-

висит от площади  предприятия, объема зданий, степени  их огнестойкости и кате-

гории производства по пожарной опасности. Принимаем норму  расхода воды на 1

пожар промышленного  здания (машиностроительный завод) q пп=20 л/с и на 1 по-

жар промышленного  здания (радиозавод) q пп = 10 л/с. 

При наличии  в городе промышленных предприятий  общий расход на пожаро-

тушение определяется как сумма большего необходимого расхода плюс половина

меньшего необходимого расхода.

Общий расход на наружное пожаротушение:

Q пож.нар. = 2 ×  35 + 2 × (20 + 10)/ 2 = 100 л/с.

Расход воды на внутреннее пожаротушение принимают (по СНиП [13], табл. 2)

из расчета  одновременного действия двух пожарных струй по 2,5 л/с:

Q пож.вн. = 2,5 ×  2 = 5 л/с

Общий расход воды на пожаротушение в городе и на предприятиях:

Q пож = Q пож.нар.+ Q пож.вн. = 100 + 5 = 105 л/с. 
 

5.2.6. Общий расчетный  расход воды в  городе в сутки  наибольшего водо-

потребления

Общий расход воды в городе – это сумма всех необходимых  расходов, кроме

расхода на пожаротушение, т.к. этот объем должен храниться  в водонапорном ба-

ке или в  специальных резервуарах:

- расход воды на хозяйственно-питьевые нужды – 73155,85;

- расход воды на нужды бань – 2880;

- расход воды на нужды прачечных – ;

- расход воды на поливку улиц – 2322,4;

- расход воды на машиностроительном заводе – 7119,13;

- на радиозаводе – 18510,55

Итого: 107212.93 м3/сут 

5.2.7. Определение суммарных  расходов

Распределение расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населения принято с учетом ранее рассчитанного коэффициента часовой неоднородности К ч =1,4.

На машиностроительном и радиозаводе имеются свои резервуары и насосная станция, вода из городского водопровода будет поступать в эти резервуары примерно равномерно в течение каждой смены, расходоваться она будет на технологические нужды по графику завода. При К ч = 1 технологические расходы распределяются равномерно в течение суток. При К ч = 1,2 и двухсменном режиме работы предприятия в первую (дневную) смену расходуется 60 % воды от суточного расхода, а во вторую – 40 %. Распределение расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды на промышленных предприятиях производится с учетом коэффициента неравномерности К: для «холодных» цехов К = 2,5; для «горячих цехов» К = 3 (см. табл. 5).

Распределение расхода воды на душевые нужды  по часам смены производится

по табл. 7.

С учетом всего  этого составляется таблица распределения расходов воды в городе по часам суток наибольшего водопотребления (табл. 11) и определяется в час наибольшего расхода воды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Распределение расходов воды в городе по часам суток наибольшего водопотребления

Час наибольшего  потребления воды: 9..10 ч. ( 5,88%).

Строим график водопотребления.

2.8. Режим работы насосной  станции 2-го подъема

Режим работы насосной станции 2-го подъема обычно принимается ступенчатым за счет изменения количества работающих насосов. График работы насосной станции должен по возможности приближаться к графику водопотребления: в этом случае объем бака водонапорной башни будет наименьшим. Однако по условиям эксплуатации насосных станций число ступеней должно быть не больше трех. Обычно число ступеней насосных агрегатов принимается равным 2 для города с расходом воды 50…60 тыс. м3 в сутки. При этом регулирующая емкость

бака водонапорной башни должна быть от 2,5 до 6 % от суточного расхода города. В нашем примере принято две ступени работы насосной станции 2-го подъема: в периоды с 0 до 5 часов и с 21 до 24 часов часовая производительность насосов будет составлять 2,5 %, а в период с 5 до 21 часов – 5,0 % от общего расхода воды (см. рис. 2 и табл. 12). Общая подача воды насосами в сеть:

2,5 % × 8 + 5,0 % ×  16 = 100 %. 
 

5.2.9. Определение ёмкости  бака водонапорной  башни

Объем бака водонапорной башни:

Vб = Vр + Vп,

где Vр – регулирующая емкость, м3

Vп – противопожарный  запас воды, м3. 
 
 
 
 

Определение регулирующей емкости  бака водонапорной башни

(в  % от суточного  расхода) 

Регулирующая  емкость бака водонапорной башни (в % от суточного расхода)

определяют путем  совмещения графиков водопотребления  и работы насосной

станции. Видно, что максимальный остаток воды в баке (или регулирующая емкость) составляет 5,987 % от суточного расхода воды, или

=  

В баке водонапорной башни предусматривается также хранение противопожарного запаса воды на тушение одного наружного и одного внутреннего пожара в течение 10 мин (п. 9.5. СНиП [13]), т.е.

*t =

где 60 – перевод  мин в с.;

10 – время  тушения пожара, мин.;

1000 – перевод  литров в м3.

       Общий объем бака водонапорной башни:

       Vб  = 6438,39 + 63 = 6501,39 м3.

Принимаем водонапорную башню с баком ёмкостью 6500 м3. Поскольку в российской практике таких типовых башен нет, придется строить её по индивидуальному проекту. 

       2.10. Определение ёмкости  резервуаров насосной  станции 2-го подъема 

Общий объем  резервуаров у насосной станции II подъема определяем по формуле:

W_рез = W_рег + W_н.з + W_ст,

где W_рег – регулирующая емкость, м³;

W_н.з – неприкосновенный противопожарный запас воды на тушение всех расчетных пожаров, м³;

W_ст – запас воды на промывку фильтров и другие собственные нужды очистной станции, м³

Регулирующая  емкость резервуаров W_рег определяется (в процентах от суточного расхода воды) путем совмещения графиков работы насосной станции I подъема и насосной станции II подъема: площадь графика (рис. 1) между линиями поступления воды  со стороны очистных сооружений в количестве около 4,17 % от суточного расхода и откачки ее из резервуара насосной станцией II подъема (5,0 % от суточного расхода) в течение 16 часов (с 6 до 22 часов). Переводя эту площадь из процентов в м³, получаем:

W_рег = (5,0 – 4,17) · 16 · 107212.93 /100 = 14237,87 м³;

Неприкосновенный  противопожарный запас воды  определяем по формуле:

W_н.з. = 3(Q_пож – Q_ср.ч.) + ∑q_ч.max3,

где Q_пож – часовой расход на тушение пожаров,

Q_пож = 3,6 · 200 = 720 м³/ч;

Q_ср.ч – часовой расход воды, поступающей в резервуары со стороны очистных сооружений,

Q_ср.ч = Q_сут.max/24 = 107212.93 /24 = 4467,2 м³/ч;

q_ч.max – суммарный расход воды за 3 часа наибольшего водопотребления. В данном примере это суммарный расход воды городом с 7 до 10 часов (табл. 4),

∑q_ч.max3 = 15,506 м³.

Wн.з = 3 · (720 – 4467,2) + 15,506 = 4264,4 м³.

Объем воды на собственные  нужды очистной станции W_ст рассчитывается на две промывки одного фильтра или на три промывки при одновременной промывке двух фильтров. Величину W_ст определяют после расчета водоочистной станции с учетом типа и площади фильтров, а также интенсивности их промывки. Ориентировочно ее можно принимать равной W_ст = (0,01…0,015)Q_сут.max. Для данных условий принимаем объем воды на нужды станции равным 1,5 % от Q_сут.max:

W_ст = 0,015 · Q_сут.max = 0,015 · 107212.93 = 1608,19 м³.

Общий объем  резервуаров составит:

W_рез = 14237,87 + 4264,4 + 1608,19= 20110,46 м³.

Согласно имеющимся  типовым проектам, принимаем два  резервуара по типовому проекту 901-4-63,83:

- один марки  РЕ-100М-120 ёмкостью 12 000 м³

- второй марки  РЕ-100М-90 ёмкостью 9000 м³. 
 

Расчет  сетей водоотведения  города 

  Выбор системы и схемы  водоотведения  

  В соответствии с заданием проведен расчет хозяйственно-бытовой сети водоотведения, объединенной с производственной (без  учета дождевой сети).

  В соответствии с рельефом местности  на генплане намечена трассировка сети водоотведения (Приложение 1), позволяющая  охватить наибольшую часть города самотечной канализацией с расположением главной  канализационной насосной станции  в пониженной части города. Кварталы, которые не удается канализовать по пониженной стороне квартала, биссектрисами  углов разбиты на части, тяготеющие к определенным участкам сети, и  пронумерованы буквами русского алфавита. С учетом масштаба генплана вычислены площади всех частей кварталов  и занесены в таблицу 6 для определения  средних расходов.