Сооружения для забора подземных и поверхностных вод

Министерство  образования Республики Беларусь

 

Белорусский Национальный Технический Университет

 

Кафедра «Водоснабжение и водоотведение»

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

к курсовому  проекту

по дисциплине «Водозаборные сооружения»

 

 

Тема: «Сооружения  для забора подземных и поверхностных вод»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Исполнитель:   Миланович А.А. 

                                                                                                  ст. гр. 110239

 

                                                                     Руководитель:   Климков В.Т. 

 

 

 

 

 

 

 

Минск-2012 

Состав проекта

 

Пояснительная записка на  42  странице.

Графическое приложение – лист формата А1:

1) план и разрез водозаборного  сооружения в выбранном створе  реки;

2) деталь: решетка;

3) план подземного водозабора;

4) разрез скважины и здания  НС-I;

5) деталь фильтра скважины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

    Введение…………………………………………………………….…..6

 

.

1. Сооружения для забора подземных вод……………………………7

1.1 Описание гидрогеологических условий и принятых схем отбора воды из подземного источника…………………………………………...8

1.2 Проектирование и расчет взаимодействующих скважин в напорных условиях……………………………………………………..…8

1.2.1 Определение производительности скважины ………………….9

1.2.2 Расчет фильтра скважин ………………………………………....11

1.2.3 Расчет сборных водоводов ………………………………………12

1.2.4 Определение необходимого напора насосов и подбор водоподъемного оборудования…………………………………………...13

1.3 Проектирование и расчет взаимодействующих скважин в безнапорных условиях…………………………………………………….13

1.3.1 Определение производительности скважины ……….................13

1.3.2 Расчет сборных водоводов ………………………………………16

1.3.3 Определение необходимого напора насосов и подбор водоподъемного оборудования ………………………………………….17

1.4 Проектирование здания НС-I………………………………………17

1.5 Зоны санитарной охраны подземного источника водоснабжения18


 
   
   
   

2. Сооружения для забора поверхностных вод…………………………..20

  

2.1 Определение производительности водозабора………………………21

  

2.2 Выбор и обоснование створа реки и компоновки водозаборного сооружения………………………………………………………………….22

  
    1. Определение размеров водоприемных окон……………………….….23
  
    1. Подбор решеток…………………………………………………………25
  

2.5Борьба с шугой…………………………………………………………..26

  

2.6 Очистка решёток………………………………………………………..26

    1. Выбор и обоснование типа оголовка и определение его размеров.27
  
    1. Проектирование и конструирование самотечных водоводов………..29
    2. Рыбозащитные мероприятия ………………………………………….30
    3. Определение типа и размеров сороудерживающих сеток…………..32
  

2.11 Определение расчетных уровней воды в водоприемном колодце….34

  

2.12 Проектирование НС – I………………………………………………...35

  

2.13 Проектирование всасывающих и напорных линий………………......36

  

2.14 Подбор насосов…………………………………………………………37

  

2.15 Определение отметки оси насоса……………………………………...38

  

2.16 Конструирование водоприемного колодца…………………………...39

  

2.17 Подбор вспомогательного оборудования……………………………..39

  

2.18Зоны санитарной охраны поверхностных источников водоснабжения40

  

Список использованных источников………………………………………42

 

Введение

 

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 подземных вод
    • сооружения для забора поверхностных вод

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

В данном курсовом проекте необходимо запроектировать  сооружения для забора подземных  и поверхностных вод. Сооружения запроектированы для водоснабжения  небольшого города с водопотреблением 139 тыс. м3/сут. Согласно плану, сооружения для забора поверхностных вод расположены недалеко от города. Сооружения для забора подземных вод расположены в 2 районах: 3-й (напорный пласт) и 1-й (безнапорный пласт).

 

 

 

1 СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ЗАБОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

 

Подземные воды представляют особую ценность как  источник питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, а также водоснабжения  некоторых промышленных производств, для технологического процесса которых  требуется вода питьевого качества.

В отличие  от поверхностных подземные воды обычно благоприятны в санитарном отношении, имеют более низкую и мало изменяющуюся в течение года температуру, не содержат механических взвесей, что позволяет  использовать их для водоснабжения  без дополнительной очистки и  обработки.

Подземные воды в РБ почти повсеместно имеют  повышенное содержание железа, поэтому  воду необходимо подвергать обезжелезиванию.

Подземные воды добывают из водоносных пластов  и комплексов. Под водоносным пластом  понимают ограниченную область геологических  образований, представленную обводнёнными пористыми или трещиноватыми  породами. Водоносный комплекс – это  система гидравлически взаимосвязанных  водоносных пластов.

Водоносные  пласты характеризуются формой и  размерами в плане, мощностью  водоносной толщи, физическими параметрами  водовмещающих пород, условиями  залегания этих пород, запасами находящейся  в них воды, граничными условиями  на контуре пласта.

По размерам пластов в плане и по особенностям их использования они могут быть:

1) пласт  неограниченных размеров – это  пласт, контуры которого находятся  за пределами воронки депрессии  проектируемого водозабора;

2) полуограниченный  пласт – пласт, контуры которого  в плане с одной стороны  пересекаются или совпадают с  контурами предполагаемой воронки  депрессии водозабора;

3)ограниченный  пласт – пласт, контуры которого  в плане пересекаются или совпадают  со всех сторон с контурами  воронки депрессии проектируемого  водозабора.  

 

 

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

 

По заданию  на проектирование производительность водозабора подземных вод  составляет 59тыс. м3/сут.

Для расчёта  принимаем разрез в районе источников подземных вод №1 (22000 м3/сут), №3 (36000 м3/сут).

Водозабор забирает воду из напорного водоносного  пласта (район №3),сложенный песками  среднезернистыми с коэффициентом фильтрации k=10 м3/сут, и безнапорного водоносного пласта (район №1), сложенный песками мелкозернистыми с коэффициентом фильтрации k=2 м3/сут. Для дальнейших расчётов выбираем линейную схему расположения скважин. 

 

 

1.2 Проектирование и расчет взаимодействующих  скважин в напорных условиях 

 

Мощность  водоносного пласта m=20,5 м.

Статический уровень воды находится на отметке 106,0 м.

Коэффициент фильтрации водонасыщенного грунта (песок мелкозернистый) равен 10 м3/сут.

Понижение уровня воды в скважине составляет:

где hн – потери напора в насосе, hн = 3,1..8,5 м (принимаем 5,6м).

 

 

 

 

1.2.1 Определение производительности скважин

 

Определение производительности скважин производят в следующей последовательности:

  1. на основании материалов изысканий намечают для данного пласта предварительную производительность скважин , определяют требуемое количество скважин n;
  2. определяют рациональное расположение скважин, находят , , ;
  3. определяют , n1 и т.д., пока .

Производительность  одной скважины предварительно намечается:

 м3/ч

где S-понижение уровня, м;

           q-удельный расход водовмещающей породы, q =6 м3/ч.

 

Число рабочих  скважин в водозаборе:

скв.

где  nраб – количество рабочих скважин;

QВЗ – объем воды, забираемый водозабором;

 – предварительно принятая  производительность скважины.

При числе  рабочих скважин от 5-12, принимается 2 резервные скважины, если число скважин более 12, то резервных 20% от количества рабочих.

Тогда общее  количество скважин:

 скв.

Расстояние  между скважинами принимается равными  =50м, тогда протяженность водозабора при линейном расположении скважин:

м

Радиус  влияния скважин для среднезернистого песка принимается 300 м. Радиус скважин rс=0,2 м. Безразмерное фильтрационное сопротивление системы скважин при их линейном  расположении составляет:

Длина фильтра  составляет:

 м. 

Принимаем

Допустимая  скорость фильтрации:

 м/сут .

Значения  дополнительного безразмерного  фильтрационного сопротивления  приводятся в справочной литературе в зависимости от степени вскрытия пласта и отношения (фильтр примыкает к водоупору)

            Исходя из предыдущих данных получаем .

Коэффициент несовершенства скважины :

где hср=m=20,5 м.

 S – понижение уровня воды в скважине.

 

Потери напора в фильтре:

, м

м

Производительность  скважин после первого приближения  составляет:

 

Так как расхождение  между  значениями и составляет больше 10%, то делаем второе приближение.

скв.

 скв

Тогда общее  количество скважин:

 скв.

=50м, 
м

Радиус  влияния скважин для среднезернистого песка принимается 300 м. Радиус скважин rс=0,2м.

Коэффициент несовершенства скважины :

Производительность  скважин после второго приближения  составляет:

Так как , производительность скважины в напорном пласте равна 33,6 м3/ч. В таком случае количество рабочих скважин nраб = 45, резервных – nрез = 9, общее число скважин n=54.

 

 

1.2.2 Расчет фильтра скважин

 

Конструкция фильтра зависит от водовмещающей породы. Так как водовмещающая порода напорного водоносного пласта – песок среднезернистый, то в соответствии со стандартами и нормами Беларуси принимается каркасно-стержневой фильтр с гравийной обсыпкой.

 

Так как длина фильтра должна соответствовать требованию , то принятое значение =10,3 м подходит.

Необходимая площадь фильтрующей части составляет:

м2

Диаметр фильтра  определяется из формулы:

м

 

Диаметр обсадных труб скважин принимается из возможности  опускания в них погружных  насосов и создания необходимых  условий для отбора воды из скважин. Минимальный диаметр обсадных труб:       

м

 

 

1.2.3 Расчет сборных водоводов

 

Гидравлический  расчет сборных водоводов выполняется  по схеме расчета тупиковых водопроводных  сетей. Длина каждого участка  сборного водовода принята 50м, последнего участка до РЧВ – 500м. Длина горизонтальных линий подключения скважин к сборному водоводу намечена в пределах 30м ( принимаем 20м). Диаметр трубопроводов линий подключения принимается равным 100мм. Результаты расчета сводим в таблицу.

 

 

 

 

 

 

N участка

q, л/с

d, мм

L, мм

h=il

Hi

1-2

9,3

100

50

0,78

0,78

2-3

18,6

150

50

0,55

1,33

3-4

27,9

200

50

0,81

2,14

4-5

37,2

200

50

0,49

2,63

5-6

46,5

200

50

0,75

3,38

6-7

55,8

250

50

0,35

3,73

7-8

65,1

250

50

0,46

4,19

8-9

74,4

300

50

0,24

4,43

9-10

83,7

300

50

0,30

4,73

10-РЧВ

418,5

300-600

2700

10,70

15,43


 

1.2.4 Определение необходимого напора  насосов и подбор водоподъемного  оборудования

 

Требуемый напор  насосного оборудования скважин  определяется по формуле:

, м

где  Нг – геометрическая высота подъема воды:

 

м

 

Тогда напор  насоса в первой скважине равен:

Исходя из расчетной подачи насоса, равной  33,6 м3/ч,  и напора 37 м принимается насос ЭЦВ 8 -40-70 для всех скважин.

 

 

1.3 Проектирование и расчет взаимодействующих скважин в безнапорных условиях

 

 

1.3.1 Определение производительности скважины

 

Определение производительности скважин производят в следующей последовательности:

    1. на основании материалов изысканий намечают для данного пласта предварительную производительность скважин , определяют требуемое количество скважин n;
    2. определяют рациональное расположение скважин, находят , , ;
    3. определяют , n1 и т.д., пока .

 

Производительность  одной скважины предварительно намечается:

 м3/ч

где      S-понижение уровня, м;

            q-удельный расход водовмещающей породы, q =2 м3/ч.

Число рабочих  скважин в водозаборе:

скв.

где  nраб – количество рабочих скважин

QВЗ – объем воды, забираемый водозабором

 – предварительно принятая  производительность скважины

Для водозаборного  сооружения I-й категории надежности при числе рабочих скважин до 12,  количество резервных скважин равно 2, если более 12, то количество резервных скважин равно 20% от количества рабочих.. Тогда общее количество скважин:

 скв.

 

Расстояние  между скважинами принимается равными  =50м, тогда протяженность водозабора при линейном расположении скважин:

м

Радиус  влияния скважин для гравия мелкого  принимается 150 м. Радиус скважин rс=0,2м. Безразмерное фильтрационное сопротивление системы скважин при их линейном  расположении составляет:

Длина фильтра  составляет:

Допустимая  скорость фильтрации:

м/сут

Значения  дополнительного безразмерного  фильтрационного сопротивления  приводятся в справочной литературе в зависимости от степени вскрытия пласта и отношения .

Исходя  из предыдущих данных получаем

Определим допустимое понижения уровня в скважине:

,м

где H- высота статического уровня воды в скважине,  H=35м.

 

м

 

Потери  напора в фильтре скважины:

,м

 

м.

Поправочный коэффициент ξ2:

Определим производительность скважин после  первого приближения:

 

 

Так как расхождение между приближениями составляет больше 10% делаем второе приближение.

скв.

 скв

Тогда общее  количество скважин:

 скв.

 

Пересчитаем :

Производительность  скважин после второго приближения  составляет:

 

Так как , производительность скважины в напорном пласте равна 21,8 м3/ч. В таком случае количество рабочих скважин nраб = 40, резервных – nрез = 8, общее число скважин n=48.

 

 

1.3.2 Расчет сборных водоводов

 

Гидравлический  расчет сборных водоводов выполняется  по схеме расчета тупиковых водопроводных  сетей. Длина каждого участка  сборного водовода принята 50м, последнего участка до РЧВ – 500м. Длина горизонтальных линий подключения скважин к сборному водоводу намечена в пределах 20м.

Результаты расчета сводим в таблицу: 

N участка

q, л/с

d, мм

L, мм

h=il

Hi

1-2

6,06

80

50

0,86

0,86

2-3

12,12

125

50

0,58

1,44

3-4

18,18

150

50

0,52

1,96

4-5

24,24

175

50

0,61

2,57

5-6

30,3

200

50

0,33

2,90

6-7

36,36

200

50

0,46

3,36

7-8

42,42

200

50

0,62

3,98

8-9

48,48

250

50

0,26

4,24

9-10

54,54

250

50

0,33

4,57

10-РЧВ

236,34

250-450

2400

13,30

17,87


 

1.3.3 Определение необходимого напора  насосов и подбор водоподъемного  оборудования

 

Требуемый напор  насосного оборудования скважин  определяется по формуле:

, м

где - отметка воды в РЧВ и отметка динамического уровня воды в скважине соответственно.

Σhс – потери напора в напорном трубопроводе по пути следования до РЧВ.

м

Исходя из расчетной подачи одной скважины 21,8 м3/ч и напора в 37,4 м принимаем насос   ЭЦВ 6-25-50  для всех скважин .

 

 

1.4 Проектирование здания насосной станции первого подъема

 

Насосные  станции I подъема сооружают над устьем скважины. Помещение для насосных установок выполняют в виде наземного павильона. В нем находится устье скважины, запорно-регулирующая и предохранительная арматура, контрольно-измерительные приборы.

Насосные  станции в виде наземных павильонов по сравнению с подземными удобнее в эксплуатации, в них надежнее сохраняется оборудование и арматура.

 

 

1.5 Зоны санитарной охраны подземного источника водоснабжения

 

Зоны  санитарной охраны создаются на водозаборных сооружениях, использующих подземные  воды для хозяйственно-питьевого  водоснабжения. Они имеют три  пояса. Границы первого пояса  устанавливаются в зависимости  от степени защищенности используемого  пласта от загрязнений.

Первый пояс зоны санитарной охраны образуется выделением вокруг каждой скважины ограждённых участков территории с удалением их границ от скважины на 30-50 м в любом направлении. На территории первого пояса зоны санитарной охраны  запрещается вести сельскохозяйственные работы с применением органических и минеральных удобрений. Запрещаются также все виды строительства, проживание людей, прокладка трубопроводов различного назначения (за исключение трубопроводов, обслуживающих водопроводные сооружения), выпас скота.

Территория  первого пояса должна быть огорожена  и озеленена. Рекомендуется глухое ограждение высотой 2,5 м и  сторожевая сигнализация.

Границы второго пояса.

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

где  Q – дебит скважины, м3/сут

Т – время продвижения микробного загрязнения; для второй климатической  зоны, в которой расположена Республика Беларусь: для безнапорных пластов – 200 суток, для напорных пластов – 200 суток;

m – мощность пласта, м

ρ – пористость водоносного пласта, ρ нап=0,3; ρ безнап=0,35.

Границы третьего пояса ЗСО .

Третий пояс включает территорию, находящуюся в  радиусе R, определяемом по той же формуле, что и для второго пояса, но при Т = 25лет = 9125сут. (время службы скважины, расчетное время продвижения химического загрязнения).

 

На территории третьего пояса запрещается размещение складов горюче-смазочных материалов, ядохимикатов, минеральных удобрений, шламонакопителей и других объектов, которые могут вызвать химические загрязнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 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.

 

 

 

 

 

 

  • 2.1 Определение производительности водозабора

    •  

    Определим категорию надёжности водозаборного  сооружения:

     

    Qmax сут = Kн∙ Кmax сут∙ q ∙ N/1000, м3/сут

     

    где   Qmax сут – максимальное суточное водопотребление города, м3/сут;

             Kн – коэффициент, учитывающий неучтённые расходы, Kн = 1,2;

             Кmax сут – коэффициент суточной неравномерности, Кmax сут = 1,3;

             q - суточная средняя за год проектная норма водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды на одного жителя, q = 140 л/сут∙чел;

             N – количество жителей, чел.

     

    N = Qmax сут ∙ 1000/ Kн∙ Кmax сут ∙ q, чел

    N = 80000∙ 1000/1,2∙1,3∙  140 = 366300 чел

     

    Так как N > 50000 чел, следовательно, водозаборное сооружение относится к I – й категории надёжности.

    Производительность  водозабора определяется:

     

    Qв = (1+0,01р) ∙ Qmax сут ,  м3/сут;

     

    Qв = (1+0,01р) ∙ Qmax сут /t , м3/с

     

    где   Qmax сут – максимальное суточное водопотребление города (из задания), м3/сут;

    5 – 10% - расходы  воды на собственные нужды  водопровода;

    t – расчётная продолжительность работы водозабора в сутки наибольшего водопотребления, t = 24 часа.

     

    Qв =(1+0,01∙6) ∙ (80000/86400) = 0,98 м3/с

     

    Производительность  одной секции водозабора определяется:

     

    Q1 = Qпов/n, м3/с

     

    где n – количество секций, n = 2;

             Qпов – производительность водозабора поверхностных вод, м3/сут.

     

    Q1 = 0,98/2 = 0,49 м3/с

     

    При работе водозабора в аварийном режиме:

     

    Qав = 0,7∙ Qпов, м3/сут

     

    Qав = 0,7∙ Qпов/t, м3/с

     

    где Qпов – производительность водозабора поверхностных вод, м3/сут;

              0,7 – коэффициент допустимого  снижения подачи воды в период  аварии.

                    Qав = 0,7∙ 80000 = 56000 м3/сут

                         Qав = 0,7∙ 80000/86400 = 0,65 м3/с

     

     

    2.2 Выбор и обоснование створа реки и компоновки водозаборного сооружения

     

    В данном курсовом проекте разрабатывается  русловое водозаборное сооружение раздельного  типа, т.к.:

    - производительность водозабора до 2 м3/ с;

    - амплитуда  колебаний уровней воды в источнике  меньше 6 м;

    - наличие  пологого берега, т.е. недостаточность  глубины воды у берега.

    Технологические элементы руслового водозаборного  сооружения раздельного типа:

    - затопленный  водоприемный оголовок;

    - самотечные  водоводы;

    - береговой  сеточный колодец;

    - насосная  станция первого подъема;

    - камера  предохранительной арматуры.

     

     

    2.3  Определение размеров водоприемных окон