Водоснабжение города
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Сибирский государственный ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ"
Кафедра Водоснабжение и водоотведения
Расчетно-пояснительная записка
к курсовому проекту
«Водоснабжение города»
Студент гр.СГ-09
Руководитель доцент, к.т.н. Ланге Л.Р.
Новокузнецк
2012
Введение
Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многолетние гидрологические наблюдения за динамикой качества воды в реках обнаруживают тенденцию увеличения уровня загрязненности воды, содержание загрязняющих веществ в воде превышают предельно допустимые концентрации в 10 и более раз.
В связи с тем, что, как правило, поверхностные водоемы являются источниками питьевого водоснабжения населенных пунктов, то их состояние не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (низовья Волги, Южный Урал, Кузбасс) это состояние достигло опасного уровня для здоровья населения.
Адекватная поставка чистой, полезной и приемлемой воды существенна, необходима для подержания здоровья и удовлетворения требований современного общества. В некоторых местах вода доступна в неограниченных количествах, и найти способ, чтобы грамотно использовать - не трудная проблема. Это особенно хорошо для городов, расположенных на больших внутренних озерах или реках. С другой стороны имеются города, где географическое местоположение требует, сложной системы поставки воды, и обеспечение снабжения воды в этих местах становится большой технической задачей.
Важность достаточной поставки воды для внутренних и индустриальных целей долго была решающим фактором в местоположении городов. Самые ранние поселенцы поняли эту потребность и воспользовались преимуществом естественных водных источников, устанавливая колонии в близкой близости к ним.
Вода может быть принята из любых источников для человеческого потребления после того, как она подверглась предварительной обработке, чтобы быть чистой. Поскольку общины человека росли в населении, спрос на воду увеличился, и возможность загрязнения стала очевидной. Прогресс и цивилизация призвали к сложной и различной системе и методам водной очистки и поставки.
1 Выбор места расположения головных водонапорных сооружений и башни. Трассировка водопроводной сети.
При использовании в качестве источника водоснабжения реки место расположения водозабора принимаем выше населенного пункта по течению реки, с таким расчетом, чтобы поверхностный загрязненный сток с территории города не мог попасть в воду, забираемую водозаборными сооружениями. Очистные сооружения, резервуары чистой воды и насосную станцию второго подъема располагаем в непосредственной близости от водозабора.
Для уменьшения высоты водонапорной башни (с целью ее удешевления), ее располагаем на самом высоком месте населенного пункта, в пределах населенного пункта
Установив местоположение насосной станции и водонапорной башни, начинаем проектировать на плане города трассы водоводов и водопроводной сети.
Водопроводная сеть состоит из магистральной и распределительной. Гидравлическому расчету подвергается только магистральная сеть. При выполнении курсового проекта была запроектирована магистральная сеть, состоящая из 4 замкнутых колец, исходя из следующих основных положений:
- главные магистральные сети должны совпадать с продольным направлением застройки, равномерно охватывать территорию города и вместе с тем подавать воду в удаленные районы кратчайшим путем;
- магистральные линии нужно прокладывать по улицам с высокими геодезическими отметками, чтобы обеспечить достаточные свободные напоры в распределительной сети;
- для обеспечения бесперебойной подачи воды потребителям, число магистралей должно быть не менее двух. Расстояние между ними 600 - 800 м. Для распределения воды в случае аварии на отдельных участках этих линий или при пожаре магистрали связываются перемычками, расстояние между которыми принимается 800 -900 м;
- следует стремиться к тому, чтобы сеть имела малую протяженность участков, то есть магистрали и перемычки должны находиться внутри городской застройки;
- Насосная станция второго подъема и водонапорная башня соединяются с кольцевой сетью двумя водоводами.
2 Определение расчетных суточных расходов воды
В данном курсовом проекте запроектирована объединенная хозяйственно-противопожарная система водоснабжения низкого давления, которая в соответствии с [1, п.4.3] обеспечивает:
• хозяйственно-питьевое водопотребление жилых и общественных зданий, нужды коммунально-бытовых предприятий;
• хозяйственно-питьевое водопотребление на промышленных предприятиях;
• производственные нужды тех промышленных предприятий, для которых требуется вода питьевого качества;
• тушение пожаров;
• и может выполнять поливочные функции.
Проектирование водопроводных сетей и связанных с ними водопроводных сооружений ведут из условий работы их в сутки максимального водопотребления. По [1] предусматривается также определение расходов в сутки наименьшего водопотребления для выявления излишних напоров в сети, но при выполнении курсового проекта этот случай не рассматривается.
2.1 Хозяйственно-питьевые расходы в жилых и общественных зданиях населенного пункта
В соответствии с нормой водопотребления производим определение суточного водопотребления на хозяйственные нужды населенного пункта, назначенной в зависимости от географического положения населенного пункта и степени благоустройства жилой застройки.
Среднесуточный расход воды Qсут.m, м3/сут, на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта определяем по формуле
где qж – удельное водопотребление на одного жителя принимается по [1, таблица 1];
Nж – расчетное число жителей.
В районе при зданиях с централизованным горячим водоснабжением 40% от общего расхода воды на хозяйственные нужды поступает из тепловой сети, отсюда следует, что , где 230 – это норма водопотребления на 1ого человека, принимаем Qн=230, так как по заданию дан Кемеровская область, а это северная полоса, где наблюдается суровый климат.
N=70000- по заданию.
В районе среднесуточный расход воды Qсут.m, м3/сут, равен
Расчетный расход в сутки
наибольшего водопотребления Qc
где Ксут.max - максимальный коэффициент суточной неравномерности, зависит от степени благоустройства, принимаемый по [1], Ксут.max= 1,1- 1,3.
Примем для района Ксут.max= 1,1.
Этот коэффициент зависти от степени благоустройства, чем лучше благоустройство, тем водопотребление более равномерное, т.е. коэффициент ближе к 1.
В районе расчетный расход
в сутки наибольшего
2.2 Расход воды на полив улиц и зеленых насаждений в городе
Расход воды на поливку улиц и зеленых насаждений в городе Qполив, м3/сут, принимаем дополнительно к городскому расходу по [1, п.2.3] и определяем по формуле
, (3)
где qуд - удельное среднесуточное водопотребление на поливку в пересчете на одного жителя, по [1, табл. 3, прим. 1], qуд=50 л/чел.
В целях экономии питьевой воды только часть потребностей воды на поливку и мойку территорий (не более 10 - 15 %) будет забираться из проектируемой водопроводной сети, а остальная часть будет доставляться к месту потребления специальными машинами или системами.
В районе расход воды на поливку улиц и зеленых насаждений в городе Qполив, м3/сут, равен
2.3 Расход воды на промышленном предприятии
Расход воды на хозяйственно-питьевые, душевые, технологические и поливочные нужды предприятия является дополнительным сосредоточенным расходом.
Расчетный суточный расход воды Qсут.х-п, м3/сут, на хозяйственно-питьевые нужды рабочих, во время их пребывания на производстве, определяем, исходя из норм водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды работающих, по формуле
,
где qг, qx - нормы расхода воды на одного рабочего в горячих и холодных цехах, принимаемые согласно [2, прил. 1], л/чел. смену;
ΣNг, ΣNX - суммарное количество рабочих, соответственно в горячих и холодных цехах, за все смены, чел.
qг= 45 л/чел. смену, qх= 25 л/чел. смену.
ΣNг =100+200=300(чел),
ΣNх =500+200= 700(чел).
Расчетный суточный расход воды Qсут.д., м /сут, на прием душа определяем по формуле
,
где Nд - количество рабочих, пользующихся душем, за сутки;
nд - расчетное количество человек на одну душевую сетку, принимаем в зависимости от санитарной характеристики технологического процесса по [3, таблица. 6, п.2.5];
qд - норма расхода холодной воды на одну душевую сетку, по [2, прил. 3] составляет 270 л/смену.
nд =25, т.к. санитарная характеристика производственного процесса-1а.
Количество рабочих, пользующихся душем, за сутки Nд ,чел, определим по формуле
Nд = Nх +Nг ,
Nд = 700*15% +300*25%=75+30=180(чел).
Подставим данные в формулу и определим расчетный суточный расход воды Qсут.д., м /сут, на прием душа
Суточный расход на поливку и мойку территории предприятия зависит от поливаемой площади предприятия, нормы расхода на одну поливку и мойку, а также количества планируемых поливок и моек в сутки и определяется по [1, таблица 3].
где 10% -- это поливаемая площадь предприятия.
Принимаем 1 поливку в сутки, суточный расход на поливку и мойку равен
Потребности воды питьевого качества на технологические нужды принимаем по укрупненным нормам расхода воды на единицу продукции. На моем промпредприятии,
2.4 Расход воды на пожаротушение
Расход воды на пожаротушение не входит в расчетную сумму суточного водопотребления. Однако его величина необходима для проверочного расчета на случай возникновения пожара, а также определения пожарных запасов башни и РЧВ. Определение расхода на наружное пожаротушение зависит от того, где находится предприятие: в пределах населенного пункта или вне его. Для населенного пункта количество одновременных пожаров и расход на тушение одного пожара определяются по количеству жителей и этажности застроек.
Расход на один пожар для населенного пункта равен 35 л/с, так как количество жителей 70 тыс. чел. и этажность застройки – четыре этажа. Количество одновременных пожаров для населенного пункта – два пожара.
На предприятии число одновременных пожаров зависит от площади предприятия. Расчетный расход на один пожар зависит от категории производства по пожарной опасности, от объема здания и от степени стойкости здания.
На промышленном предприятии количество одновременных пожаров – один пожар, так как площадь предприятия меньше 150Га.
Расход воды на пожаротушение, Qп., л/с, подбираем по СНиП, так как промышленное предприятие находится в черте города, население более 25 тыс. чел.. Расчетное количество пожаров определяется совместно для населенного пункта и промышленного предприятия, и расчетный расход принимается равным 35л/с.
Qп=35+35+17,5=87,5 л/с (7)
3 Режим расходования воды
Для гидравлического расчета водопроводной сети и назначения режима работы насосной станции второго подъема необходимо знать график водопотребления по часам суток. Для этого определяется режим расходования воды в течение суток по каждой из категорий водопотребления, в соответствии с [1, п.2.7,2.8].
Режим водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды обычно принимается на основании данных о фактических режимах работы аналогичных населенных пунктов, в зависимости от максимального коэффициента часовой неравномерности .
Максимальный qч.max ,м3/ч, и минимальный qч.mm , м3/ч, часовые расходы в сутки наибольшего водопотребления определяются по формулам
, (8)
, (9)
где Кч.max - максимальный коэффициент часовой неравномерности водопотребления;
Kч.min - минимальный коэффициент часовой неравномерности водопотребления.
Коэффициенты
часовой неравномерности
хозяйственно-питьевого
, (10)
,
где αmax, αmin- коэффициенты, учитывающие степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и др., по [1];
βmax, βmin- коэффициенты, учитывающие общее число жителей в населенном пункте [1, таблица 2].
Продолжительность периодов среднего водопотребления Тт принимается равной 8-10 часам.
Продолжительность максимального водопотребления Ттах определяется по формуле
, (12)
где Тmax - продолжительность максимального водопотребления,
Tmin - продолжительность минимального водопотребления,
Tm - продолжительность среднего водопотребления.
Продолжительность минимального водопотребления Ттin определится из соотношения
. (13)
Для района: αmax = 1,4, αmin = 0,6, βmax = 1,13, βmin = 0,64
Максимальный Кч.max , м3/ч, и минимальный Kч.min , м3/ч, коэффициенты часовой неравномерности водопотребления для района равны
Максимальный qч.max , м3/ч, и минимальный qч.mm, м3/ч, часовые расходы в сутки наибольшего водопотребления района равны
Продолжительность максимального водопотребления Ттах, ч, для района равен
Продолжительность минимального водопотребления Тт , ч, для района равен
Распределение расходов воды по часам суток на поливку должно исключать полив в часы максимального водопотребления в населенном пункте.
График распределения воды на предприятии производится в зависимости от режима его работы.
Режим водопотребления
на технологические нужды обычно
задается технологами данного
Определенные часовые расходы заносим в соответствующие графы таблицы 3, затем суммируем и выражаем в % от Qcyт.max. По данным таблицы строим ступенчатый график водопотребления в городе, в течение суток, и определяем час максимального водопотребления.
4 Назначение режима работы насосной станции второго подъема. Определение емкостей водонапорной башни и резервуаров чистой воды
Период водопотребления |
Продолжительность периода, час |
Расходы по периодам водопотребления | ||||||||
население |
Промышленное предприятие, м3 |
Общий расход |
Подача насосной ст. 2 подьема |
Приток в бак, м3 |
Расход из бака, м3 | |||||
|
Хозяйственно-питьевые, м3 |
Поливочные, м3 |
М3 |
% |
М3 |
% | |||||
Максимальный суточный
расход |
24 |
10626 |
350 |
33,20 |
11009,20 |
100 |
11009,20 |
100 |
- |
- |
Средний часовой расход |
9 |
442,75 |
- |
12,45 |
455,20 |
4,13 |
458,72 |
4,16 |
2,78 |
- |
Минимальный часовой
расход |
7 |
168,25 |
50 |
9,68 |
227,93 |
2,54 |
458,72 |
4,16 |
230,79 |
- |
Максимальный часовой расход |
8 |
699,25 |
- |
11,07 |
710,32 |
6,45 |
458,72 |
4,16 |
- |
251,60 |
Секундный расход |
- |
194,24 |
- |
3,08 |
197,31 |
1,79 |
127,42 |
4,16 |
- |
69,97 |
Таблица 1 – Сводная таблица расчетных расходов воды
Рисунок 1 – Совмещенный
график работы водопотребления
Режим работы насосной станции второго подъема выбирается так, чтобы достичь минимальной регулирующей емкости башни.
Суммарная емкость бака водонапорной башни Wб, л/с, складывается из регулирующей емкости Wбрег и пожарного запаса воды Wn.
. (14)
Регулирующий объем определяем по совмещенному графику, как несоответствие между режимом водопотребления и подачей насосной станции второго подъема.
Пожарный запас, необходимый на тушение одного пожара qп в течение 10 мин., при максимальном водопотреблении города qr , м3, определяем по формуле
,
Окончательные размеры бака водонапорной башни определяем по данным типовых проектов, а при их отсутствии из соотношения высоты бака и его диаметра ; тогда , .
Определение емкости резервуаров чистой воды (РЧВ) производим на основании совмещенного графика поступления воды в резервуары от насосной станции первого подъема, который всегда принимается равномерным, и принятого графика отбора ее насосами второго подъема.
Суммарный объем резервуара WР.Ч.В. , м3, определяем по формуле
.
где WРЧВрег - регулирующий объем воды в РЧВ. При совпадении графиков работы насосных станций первого и второго подъемов определяется по [1, п.9.7];
WН.П.З. - объем неприкосновенного пожарного запаса, м3 ;
Wсоб. - объем воды на собственные нужды очистной станции, м3, принимается 2 - 4 % от общего суточного расхода воды, подаваемого потребителю.
Объем неприкосновенного пожарного запаса WН.П.З., м3 , определяем по формуле
,
где 3Qпож. - запас воды на тушение расчетного числа пожаров длительностью три часа;
3Qmax - суммарный расход за три смежных часа максимального водопотребления без учета воды на полив территорий, прием душа на промышленном предприятии (таблица 2);
Q1 - подача воды насосной станции первого подъема, м /ч.
Запас воды на тушение расчетного числа пожаров длительностью три часа 3Qпож., м3, равен
Суммарный расход за три смежных часа максимального водопотребления 3Qmax, м3, равен
Подача воды насосной станции первого подъема Q1, м /ч, равна
Объем неприкосновенного пожарного запаса WН.П.З., м3, равен
Объем воды на собственные нужды очистной станции Wсоб., м3, равен
Суммарный объем резервуара WР.Ч.В. , м3, равен
По общему объему РЧВ определяем их количество и размеры по типовым проектам. Принимаем два резервуара, емкостью 1000м3.
Паспорт: Типовой проект
№ 901-4-5с
Площадь (18000*12000)мм3=228,96*106мм2
Высота 1,2м
Ширина 1,8м
5 Гидравлический расчет сети
5.1 Расчетные режимы работы сети
Для сетей, с контррезервуаром, расчетным режимом является работа сети, в час максимального транзита воды в башню. Он наблюдается обычно в час минимального водопотребления и определяется по наибольшему притоку в бак.
Сети подвергаются ряду проверочных расчетов.
Проверяется способность сети пропустить в "час max" дополнительный пожарный расход (час пожара). Точками возникновения пожара в городе являются наиболее удаленные от начала сети и высоко расположенные точки. Полный расход на тушение пожара подает насосная станция второго подъема, т.к. башня опорожняется в первые 10 минут пожара, его определяют по формуле
, (18)
где Qч.max - общий расход по городу в час max водопотребления за вычетом поливочных и душевых расходов на предприятии, если таковые имеются в этот час;
qпож - расход воды на тушение расчетного числа пожаров в городе, л/с.
При этом расходы воды в общественных, коммунальных, промышленных предприятиях, пожарные расходы учитываются как сосредоточенные отборы qcocp. Расходы воды в жилых зданиях и поливочные расходы в населенном пункте считаются равномерно - распределенными по всей длине магистральной сети qp-p.
Равномерно-распределенный расход определяем по формуле
, (19)
где qобщ - общий расход по городу, л/с;
- суммарный сосредоточенный расход, л/с.
5.2 Подготовка сети к гидравлическому расчету
Подготовку сети к гидравлическому расчету производим в следующей последовательности.
- Трассу сети, нанесенную на генплане, вычерчиваем на листе в виде схемы с указанием точки подсоединения водоводов и места подключения башни к сети (рисунок 2).
- Сеть разбиваем на расчетные участки, проставляем номера расчетных точек. Границами участков являются узлы и точки ответвлений сосредоточенных расходов. Проставляем длину каждого участка. Вычисляем общую длину участков сети .
Для каждого района определяем удельные расходы
. (20)
3. По удельным расходам определяем путевые расходы для каждого расчетного участка сети
, (21)
где l - длина расчетного участка, м.
Определение путевых расходов ведем в табличной форме (таблица 2).
Таблица 2 – Путевые расходы
Номер участка |
Длина, l, м |
Час максимального водопотребления | |
Удельный расход qуд, л/с*м |
Путевой расход qп, л/с | ||
1-2 |
1450 |
0,024 |
35,26 |
2-4 |
1060 |
0,024 |
25,78 |
1-3 |
680 |
0,024 |
16,54 |
3-4 |
1230 |
0,024 |
29,91 |
4-6 |
1000 |
0,024 |
24,32 |
3-5 |
1000 |
0,024 |
24,32 |
5-6 |
1230 |
0,024 |
29,91 |
∑=186,02 | |||
Таблица 3 – Узловые расходы
Номер узловой точки |
Наименование сосредоточение потребителей |
Номера, примыкающие к узлу участков |
Час максимального водопотребления | |||
∑qп |
qузл=0,5∑qп |
qсоср |
qобщузл | |||
|
1 |
П.П. |
1-2; 1-3 |
51,79 |
25,90 |
11,18 |
37,08 |
2 |
1-2; 2-4 |
61,03 |
30,52 |
30,52 | ||
3 |
1-3; 3-4; 3-5 |
70,76 |
35,38 |
35,38 | ||
4 |
2-4; 3-4; 4-6 |
80,00 |
40,00 |
40,00 | ||
5 |
3-5; 5-6 |
54,23 |
27,11 |
27,11 | ||
6 |
4-6; 5-6 |
54,23 |
27,11 |
27,11 | ||
∑=197,20 | ||||||
