Водоснабжение и мелиорация. Назаров А.Д

Лектор – Назаров Александр Дмитриевич, доцент, кандидат геолого-минералогических наук Лекции по курсу «Водоснабжение и инженерные мелиорации»

Водоснабжение и мелиорация. Назаров А.Д

Лектор – Назаров Александр Дмитриевич, доцент,

кандидат геолого-минералогических наук

Лекции по курсу «Водоснабжение и инженерные мелиорации»

  1. Комплексное использование и охрана водных ресурсов

Дисциплина «Водоснабжение и инженерные мелиорации» является логическим завершением многих специальных курсов и посвящена вопросам практического использования водных ресурсов и их сохранению как наиболее важного природного ресурса (после атмосферного воздуха), обеспечивающего жизнь на планете Земля.

Эволюция человека и человеческого общества связана с постоянно растущим потреблением воды. В целом оно превосходит суммарное потребление всех видов ресурсов и продукции.

В качестве примера роста потребления воды можно привести такие цифры:

— в период с 1900 до 1975 г. промышленное водопотребление возросло:

— в мире — в 21 раз – от 30 до 630 км3/год;

— в СССР — в 83 раза – от 1 до 83 км3/год.

В период с 1913 по 1968 г.г. население в СССР возросло в 1,5 раза, а потребление воды — более чем в 5 раз. Это связано с ростом промышленности, особенно наиболее водоемкой отрасли – гидроэнергетики (см. табл.).

Темпы развития народного хозяйства и водопотребления в СССР

ПоказателиГоды
191319401968
Численность населения, млн.чел.159194236,7
Объем промышленной продукции(по отношению к 1913 г.)17,779
Выработка электроэнергии гидростанциями, млрд. квт. ч.0,045,1104
Площади орошения, млн. га4693
Объем используемой воды, км34980250

Водопотребление и водообеспечение во всем мире, в том числе и в нашей стране, имеет несколько особенностей. Главные из них состоят в следующем:

1.Количество и пространственное распределение водных ресурсов не всегда соответствуют потребностям в них и, следовательно, потребность в ресурсах не всегда соответствует их наличию;

2. Использование воды отличается значительной неравномерностью. Наиболее постоянное водопотребление на промышленных предприятиях, работающих круглосуточно, при водоснабжении населенных пунктов и в гидроэнергетике. Гораздо менее равномерно водопотребление в орошении, водном транспорте, рыбоводстве.

При орошении подача воды нужна лишь в вегетационный период; водный транспорт и лесосплав нуждаются в поддержании определенных глубин в период навигации, рыбное хозяйство в период нереста. В некоторых отраслях хозяйства потребление воды существенно изменяется в течение суток.

Все это весьма усложняет использование воды и ее распределение между потребителями.

3. Особое значение приобретает разделение вод по качеству. Для питьевого водоснабжения должна использоваться вода высшего качества, прежде всего подземная, а также незагрязненных водоемов и водотоков. Для нужд промышленности и орошения может быть использована вода более низкого качества за исключением отдельных видов промышленности.

Для гидроэнергетики, судоходства, лесосплава качество воды особого значения не имеет.

Требования отдельных отраслей хозяйства к качеству воды сформулированы в нескольких нормативных документах – ГОСТах для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водоснабжения и в ТУ (технических условиях) для различных отраслей промышленности, питьевых – в ГОСТах и СанПиНах

4. Рост водопотребления вызвал и рост сброса сточных вод. Для защиты вод от загрязнения требуется многократное разбавление стоков. В условиях дефицита воды это зачастую становится невозможным. В конечном итоге ухудшается качество природных вод.

В силу указанных проблем использование вод и весь процесс водоснабжения – водоотведения становятся сложными задачами, решение которых требует специальной организации. В последние 30-40 лет это направление народного хозяйства оформилось в виде отрасли, которая получила название –

Различные ученые и практики вкладывали в это понятие несколько разный смысл. К настоящему времени наметились 2 подхода в его определении. В “Водохозяйственном словаре” (1970 г.) говорится, что

водное хозяйство – это совокупность мероприятий, направленных на изучение, учет, охрану и использование водных ресурсов для нужд общества и государства, а также на борьбу с ущербом, причиняемым народному хозяйству разрушительными действиями воды”

Другой вариант определения “водного хозяйства”, сохраняя содержание первого, расширяет его и звучит так:

Водное хозяйство – это отрасль народного хозяйства, занимающаяся изучением, учетом, планированием комплексного использования водных ресурсов, охраной поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения и транспортировкой их к месту назначения (потребления)”

Как видим, первое определение включает “использование вод”, а второе – только “планирование использования”, первое не включает очень важный элемент – транспортировку воды, а второе – борьбу с разрушительными действиями воды

На мой взгляд, суть водного хозяйства объединяет оба эти понятия и поэтому определение лучше звучит так:

Водное хозяйство – это отрасль народного хозяйства, занимающаяся изучением, учетом, планированием и комплексным использованием водных ресурсов, их транспортировкой к месту назначения, охраной от загрязнения и истощения и борьбой с разрушительными действиями воды”

Отсюда вытекают основные задачи водного хозяйства:

а) обеспечение всех отраслей народного хозяйства водой в необходимом количестве,

б) необходимого качества ,

в) и в нужное время,

г) борьба и предупреждение разрушительного действия воды

    1. Следующие виды использования водных ресурсов

Водное хозяйство включает обслуживание следующих водопотребителей:

  1. хозяйственно-бытовое водоснабжение;

  2. водоснабжение промышленных предприятий и теплоэнергетики;

  3. обеспечение гидроэнергетики;

  4. сельскохозяйственное водоснабжение (водоснабжение, орошение и обводнение, осушение земельных угодий);

  5. водный транспорт;

  6. лесосплав и рыбное хозяйство;

  7. спортивно-оздоровительное использование;

  8. водоотведение;

  9. борьба с разрушительными действиями воды: наводнениями, селями (водно-грязевые выносы), оползнями, размывом берегов и т.д.

Как любая отрасль народного хозяйства, водное хозяйство характеризуется своим особым производственным процессом.

Цель этого процесса состоит в создании определенного режима водных источников, который обеспечит возможность бесперебойного использования водных ресурсов всеми потребителями. Создание такого режима достигается обычно с помощью специальных гидротехнических сооружений, которые образуют важнейший элемент производственного процесса водного хозяйства.

Конечным результатом такого процесса является подготовленная к разным видам использования вода, представляющая собой продукцию водного хозяйства

Следовательно, продукция водного хозяйства – это, прежде всего, вода, подготовленная к различным видам использования. Для различных потребителей эта продукция характеризуется различными показателями:

А) это вода определенного качества, доставленная водопотребителям в определенном объеме и в необходимое для них время;

Б) объем воды, поддерживаемый на определенном уровне, который обеспечивает выработку электроэнергии, судоходство, лесосплав, орошение;

В) водная среда, обладающая необходимыми для развития живых организмов скоростями течения, течением и кислородным режимами, если они обеспечиваются с помощью каких-либо мероприятий

Водные ресурсы, подвергнутые обработке в ходе использования обществом, приобретают определенную трудовую стоимость. Она измеряется капитальными и текущими затратами на создание и эксплуатацию гидротехнических сооружений, при помощи которых осуществляется использование продукции водного хозяйства, т.е. водных ресурсов

Водное хозяйство во всех развитых странах превратилось в систему организованно планируемых мероприятий по рациональному и комплексному использованию водных ресурсов и их охране от истощения и загрязнения

Бесперебойное водоснабжение всех отраслей народного хозяйства и населенных мест достигается путем создания устойчивых во времени запасов воды на основе поиска и разведки месторождений подземных вод, регулирования или перераспределения поверхностного стока и централизованной подачи воды потребителям. Это связано с огромными объемами гидротехнического, мелиоративного и других видов строительства, требует больших капиталовложений и эксплуатационных затрат.

Целесообразность переброски стока определяется экономическими показателями: затратами на водоснабжение, влиянием этих затрат на стоимость продукции, использующей воду; экономическим эффектом от улучшения условий водообеспеченности, улучшением экологической обстановки и многим другим.

Межбассейновая переброска стока из многоводных бассейнов в маловодные стала одним из важнейших мероприятий в системе водного хозяйства страны.

За годы советской власти были осуществлены крупные межбассейновые переброски стока рек. Построены каналы Волга-Москва, Волга-Дон, Днепр-Кривой Рог, Северо-Крымский, подающий воду Днепра в северную засушливую часть Крыма, Каракумский, Иртыш-Караганда и др.

Вторым условием бесперебойного водоснабжения является согласование интересов многих отраслей народного хозяйства. Необходимые для этого мероприятия зачастую изменяют веками установленные связи в природе, что может негативно влиять на экологическую ситуацию больших территорий.

В связи с этим водное хозяйство не может функционировать в виде разрозненных, не взаимодействующих элементов. В современных условиях водное хозяйство страны формируется в виде сложной иерархической структуры.

    1. Структура водного хозяйства

Верхней ступенькой водохозяйственной структуры является

Единая водохозяйственная система страны – ЕВХС , ее основное назначение – объединять крупнейшие природные источники водных ресурсов по всей стране и осуществлять их регулирование и распределение между основными регионами. При формировании ЕВХС решаются технические, экономические и организационные проблемы.

Одним из первых этапов создания ЕВХС явилось формирование водного хозяйства как отдельной отрасли путем централизации управления системы в целом и ее отдельных объектов.

Основные функции ЕВХС состоят в следующем:

  1. учет количества и качества вод в крупнейших водоемах и водотоках;

  2. прогноз развития водного хозяйства с учетом изменений природной среды и основных тенденций социального развития общества и научно-технического прогресса;

  3. формирование крупных программ водохозяйственного строительства на основе централизованного федерального финансирования;

  4. обеспечение всех отраслей хозяйства водой в соответствие с их требованиями к качеству и количеству, и режиму подачи;

  5. осуществление контроля за состоянием и качеством вод в процессе их использования, очистки и отведения.

Формирование ЕВХС является основной задачей будущего развития водного хозяйства страны.

Следующей ступенью единой водохозяйственной структуры страны является

    1. Региональная водохозяйственная система (РВХС)

Она формируется в пределах отдельных регионов страны. Она объединяет объекты и системы крупнейших водотоков и водоемов крупных регионов страны. Регулирование использования водных ресурсов внутри этих регионов осуществляется за счет межбассейнового перераспределения водных ресурсов.

Управление региональными системами осуществляется централизованно на уровне регионов. На территории бывшего СССР за годы советской власти сформированы 3 основных хозяйственных региона: Европейская часть страны; Западная Сибирь – Казахстан – Средняя Азия; Восточная Сибирь и Дальний Восток.

К настоящему времени наиболее сформирована РВХС в Е.Ч.С. Основные водохозяйственные мероприятия этой системы – территориальное перераспределение речного стока. Оно осуществляется по системе каналов: им. Москвы, Северский Донец – Донбасс, Днепр – Кривой Рог, Днепр – Крым, Волга – Дон и др. Общий объем переброски составляет 25-30 км3/год.

При этом сформирована глубоководная транспортная система внутри страны. Она включает каналы: Беломорско-Балтийский, Волго – Донский, им. Москвы. Они связали крупнейшие реки, озера и моря Европейской части страны, а именно: Волгу, Днепр, Дон, Неву, Ладожское, Онежское озера, Белое, Балтийское, Каспийское, Азовское и Черное моря.

При дальнейшем развитии этой системы переброска стока должна достигнуть 60-70 км3/год, т.е. увеличится.

Формирование РВХС Западной Сибири, Казахстана и Средней Азии связывалось с переброской части стока Оби и Иртыша в бассейн Аральского моря.

На первом этапе объем этих перебросок должен был составить 25-30 км3/год. В настоящее время в связи с распадом СССР формирование этой системы приостановлено.

Каждая из стран, входящих в эту РВХС, пытается решать свои водохозяйственные проблемы самостоятельно.

Создание РВХС в восточных районах страны началось с освоения водных ресурсов Ангары, Енисея, Амура. На Ангаре и Енисее построен каскад водохранилищ и ГЭС, на Амуре построена Зейская ГЭС с водохранилищем, заканчивается строительство Буреинской ГЭС с водохранилищем.

Задачи этих водохранилищ – не только в получении электроэнергии, но и защите прилегающих районов от наводнений.

Пока в эту систему не включен бассейн реки Лены, но чрезвычайные события весны – лета 2001 года ставят вопрос о расширении водохозяйственного строительства в ее бассейне, главным образом, для защиты от наводнений.

Следующая ступень водохозяйственной структуры страны – это Бассейновые водохозяйственные системы (БВХС). Они создаются в пределах водосборных бассейнов отдельных крупных рек. Основой их формирования являются, как правило, каскад водохранилищ на основной реке и ее притоках.

Основная задача БВХС – регулирование стока бассейна реки для удовлетворения всех водопользователей, пользующегося водными ресурсами этого бассейна, при условии их рационального использования. Практически на всех крупнейших реках южного склона территории ЕЧС созданы каскады водохранилищ с общим зарегулированным объемом стока около 150 км3.

Наиболее развитые водохозяйственные системы созданы в бассейнах Волги, Камы, Днепра, Дона, Днестра. Практически все БВХС в ЕЧС имеют комплексное значение. В восточной части страны такие системы наиболее развиты лишь в бассейнах Енисея и Ангары, частично – в бассейне верхней Оби.

Следующей ступенькой иерархической лестницы водохозяйственной структуры страны являются:

Источник: http://uchebana5.ru/cont/2103539.html

Водоснабжение и инженерная мелиорация (стр. 1 )

Водоснабжение и мелиорация. Назаров А.Д

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. 

(технический университет)

Н. С.ПЕТРОВ

Практикум

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2005

УДК 628.1 + 551.491.5 (075.80)

ББК 38.761.1 + 40.6

П305

Рассмотрены теоретические подходы к планированию и проведению инженерных мероприятий, связанных с водоснабжением населенных пунктов и мелиорацией городских и промышленных территорий. Изложены особенности гидрогеологических и гидравлических расчетов водозаборов подземных вод, водоподъемного оборудования, тупиковых и кольцевых водопроводных сетей, осушения городских и промышленных территорий.

Практикум предназначен для студентов специальности 080300 (130302) «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания», изучающих курс «Водоснабжение и инженерная мелиорация».

Оно окажется полезным для студентов специальности 080700 (130203) «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых», 06080 (080502) «Экономика и управление на производстве», а также специалистов, занимающихся вопросами хозяйственно-питьевого водоснабжения, осушения городских и промышленных территорий.

Научный редактор проф.

Рецензенты: кафедра грунтоведения и инженерной геологии Санкт-Петербургского ун-та, канд. геол.-мин. наук (ВНИМИ)

П305. Водоснабжение и инженерная мелиорация: Практикум / . Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2005. 60 с.

ISBN 5-94211-169-3

УДК 628.1 + 551.491.5 (075.80)

ББК 38.761.1 + 40.6

ISBN 5-94211-169-3Ó Санкт-Петербургский горныйинститут им. , 2005 г.

ВВЕДЕНИЕ

Практикум является логическим продолжением пособия «Водоснабжение и инженерная мелиорация», опубликованного автором в 2003 г.

Однако, если в учебном пособии основное внимание отведено теоретическим вопросам организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и инженерной мелиорации, включающей в себя дренаж городских и промышленных территорий, осушение и орошение сельскохозяйственных земель, то в практикуме выделены особенности гидродинамических и гидравлических расчетов при проектировании объектов водопровода, городских и промышленных инженерных сооружений, подверженных влиянию подземных и поверхностных вод.

В практикуме приведен комплекс аналитических решений, привлекаемых для подсчета эксплуатационных запасов подземных вод гидродинамическим и гидравлическим методами, для расчетов береговых (инфильтрационных) водозаборов, водонапорных башен, фильтров водозаборных скважин.

Особое внимание уделено специфике гидравлических расчетов тупиковых и кольцевых водопроводных сетей, а также гидрогеологическим расчетам, связанным с проектированием систематического и берегового дренажа городских территорий.

Приведены конкретные примеры гидравлических и гидродинамических расчетов водопроводов и дренажных сооружений, проектируемых для осушения городских и промышленных территорий.

Автор надеется, что практикум будет весьма полезен студентам и специалистам, занимающимся проведением гидродинамических и гидравлических расчетов для решения ряда народнохозяйственных задач, и будет весьма благодарен за все замечания, которые помогут способствовать его совершенствованию.

1. РАСЧЕТЫ ПОТРЕБНОСТИ

НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ В ВОДЕ

Водоснабжение городов и других населенных пунктов осуществляется на базе как поверхностных, так и подземных вод путем устройства централизованных систем водоснабжения (водопроводов).

Система водоснабжения включает следующие элементы:

· сооружения для приема воды (водоприемные сооружения);

· водоподъемные сооружения – насосные станции, подающие воду к местам ее очистки, хранения или потребления;

· сооружения для очистки воды;

· водоводы и водопроводные сети для транспортировки воды к потребителю;

· башни и резервуары как регулирующие или запасные емкости в системе водоснабжения.

Принципиальная схема водопровода следующая. Вода забирается из источника (поверхностного или подземного) с помощью водозаборного сооружения и подается насосами, установленными на станции I подъема, на очистные сооружения.

После очистки вода поступает в сборный резервуар, из которого забирается насосами станции II подъема и подается по водоводам в водонапорную башню, а затем в магистральную водопроводную сеть.

Водонапорная башня служит для хранения и периодического аккумулирования воды.

Количество воды, необходимое для водоснабжения населенного пункта, определяется в соответствии с действующими нормами, основанными на анализе фактической работы существующих систем.

Для расчета расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населения необходимо учитывать число жителей в населенном пункте, норму водопотребления (расход воды, приходящийся на одного жителя), а также неравномерность подачи воды потребителю в течение года и в течение суток.

Норма водопотребления зависит от характера санитарно-технического оборудования зданий, благоустройства населенного пункта, местных климатических условий и задается соответствующими строительными нормами и правилами [10].

Неравномерность подачи воды в течение года характеризуется коэффициентом суточной неравномерности aсут, определяемым как отношение суточного расхода в дни наибольшего водопотребления к среднему суточному расходу за год; неравномерность подачи воды в течение суток учитывается коэффициентом часовой неравномерности aчас, представляющим собой отношение максимального часового расхода к среднечасовому.

Расход воды на хозяйственно-питьевое водоснабжение жителей населенного пункта

, (1)

где – норма водопотребления на одного жителя; – число жителей. Как правило, численное значение коэффициента cуточной неравномерности подачи воды принимается в расчетах равным 1,1-1,3 [1, 6, 8].

При проектировании водопровода, помимо расхода воды на хозяйственно-питьевое водоснабжение жителей, необходимо также учитывать расходы воды на благоустройство населенных пунктов и на тушение пожаров, а при наличии производственных объектов – расходы воды на хозяйственно-питьевое и технологическое водоснабжение.

Дополнительное расходование воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих в период их пребывания на производстве

, (2)

где W1 и W2 – нормы расхода воды на одного работающего в обычных цехах и цехах с тепловыделением более 20 ккал; N1 и N2 – соответственно количество работающих в цехах с нормальным и высоким тепловыделением; aчас–1 и aчас–2 – коэффициенты часовой неравномерности водопотребления для указанных цехов соответственно.

Планирование расходов воды на благоустройство населенных пунктов и промышленных предприятий Q3 производится в соответствии с нормами расхода воды на поливку зеленых насаждений, газонов, цветников, поливку и мойку покрытий проездов, улиц и площадей. Число поливок в сутки принимается в зависимости от местных климатических условий. Если площадь территории, подлежащей поливке или мойке, неизвестна, то для ориентировочных расчетов принимают

, (3)

где W3 – норма расхода воды на благоустройство населенного пункта, приходящегося на одного жителя, в зависимости от климатических условий и степени благоустройства населенного пункта W3 = 50-90 л/сут.

Расход воды на пожаротушение рассчитывается с учетом числа жителей, расчетного числа и продолжительности одновременных пожаров, этажности зданий в населенных пунктах:

, (4)

где q – норма расхода воды на тушение одного пожара, л/с; n – расчетное количество одновременных пожаров; t – продолжительность пожара, в расчетах t = 3 ч.

Формула (4) позволяет учитывать потребность в воде на пожаротушение в суммарной производительности водозабора. Неприкосновенный пожарный запас должен восстанавливаться за 24 ч.

Потребление воды на производственные нужды Q5 зависит от характера и объема производства и определяется на основании технологических расчетов.

Общий (суммарный) расход воды на водоснабжение населенного пункта с промышленным производством, вычисляемый по формуле

, (5)

является основой для выбора производительности источника водоснабжения.

Численные значения норм водопотребления на хозяйственно-питьевое водоснабжение, на благоустройство и пожаротушение населенных пунктов приведены в работе [8].

Пример 1. Выполнить расчет потребности в воде поселка городского типа, застроенного одно — и двухэтажными зданиями с внутренним водопроводом и канализацией с централизованным горячим водоснабжением.

За пределами поселка располагается горно-обогатительное предприятие, на котором работает часть жителей поселка. Число жителей в поселке 8000 человек. На предприятии работает 3000 человек; из них в цехах с высоким тепловыделением 1000 человек.

Потребность в воде на технологические нужды предприятия (для обогащения полезного ископаемого) 1500 м3/сут.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Источник: https://pandia.ru/text/80/240/21225.php

Водоснабжение и инженерная мелиорация : н.с.петров

Водоснабжение и мелиорация. Назаров А.Д

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова

(технический университет)

Н.С.ПЕТРОВ

ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ИНЖЕНЕРНАЯ МЕЛИОРАЦИЯ

Учебное пособие

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2003

УДК 628.1 + 551.491.5 (075.80)

ББК 38.761.1 + 40,6

П305

Изложены основные подходы к организации хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов на базе подземных и поверхностных вод.

Описаны конструктивные особенности водозаборов, водоподъемного оборудования, очистных сооружений, регулирующих емкостей, водопроводных сетей и порядок гидрогеологических и гидравлических расчетов.

Рассмотрены особенности планирования и проведения дренажных мероприятий при осушении городских и промышленных территорий, организации мелиоративных систем при осушении и орошении сельскохозяйственных территорий.

Пособие предназначено для студентов специальности 080300 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания», изучающих курс «Водоснабжение и инженерная мелиорация».

Оно окажется полезным для студентов специальностей 080700 «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых», 06080 «Экономика и управление на предприятии (в горной промышленности и геологоразведке)», а также специалистов, занимающихся вопросами хозяйственно-питьевого водоснабжения, осушения городских и промышленных территорий, мелиорации сельскохозяйственных земель.

Научный редактор проф. В.В.Антонов

Рецензенты: кафедра грунтоведения и инженерной геологии Санкт-Петербургского ун-та, канд. геол.-мин. наук В.Н.Назима (ОАО «СПб-Гипрошахт»).

Петров Н.С.

П305. Водоснабжение и инженерная мелиорация: Учеб. пособие / Н.С.Петров. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2003. 81 с.

ISBN 5-94211-106-5.

УДК 628.1 + 551.491.5 (075.80)

ББК 38.761.1 + 40,6

ISBN 5-94211-106-5

Ó        Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2003 г.

Введение

Дисциплина «Водоснабжение и инженерная мелиорация» завершает гидрогеологическое и инженерно-геологическое образование студентов специальности 080300 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» и базируется на сумме тех знаний, которые они получили при изучении курсов «Основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии», «Динамика подземных вод», «Поиски и разведка подземных вод» и «Горно-промышленная гидрогеология». Рассматриваемая дисциплина имеет четко выраженную инженерную направленность, связанную с планированием, организацией, гидрогеологическими и гидравлическими расчетами систем водоснабжения и инженерной мелиорации. Учебное пособие, исходя из названия курса, условно делится на две части.

В первой части пособия рассмотрены вопросы организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (водопроводов).

Водопровод – это комплекс инженерных сооружений и мероприятий, обеспечивающих получение воды от природных источников, ее очистку, транспортировку и подачу потребителям.

Описаны конструктивные особенности водоприемников поверхностных и подземных вод, методы очистки воды на очистных сооружениях, методы расчета эксплуатационных запасов подземных вод, методы гидравлических расчетов водонапорных башен, тупиковых и кольцевых водопроводных сетей.

Вторая часть учебного пособия посвящена инженерной мелиорации, включающей в себя дренаж городских и промышленных территорий от подтопления, осушение и орошение сельскохозяйственных земель. Показано, что гидрогеологические условия в значительной степени определяют принципиальную схему и методы мелиорации территорий.

Поскольку учебное пособие по водоснабжению и инженерной мелиорации для студентов специальности 080300 издается впервые, то автор будет благодарен за все замечания, которые помогут способствовать его совершенствованию.

1. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Водоснабжение представляет собой систему мероприятий, цель которых – обеспечение водой различных ее потребителей. Комплекс инженерных сооружений, используемых для водоснабжения, называют системой водоснабжения или водопроводом.

1.1. Потребители воды и нормы водопотребления

Для водоснабжения населенных пунктов широко привлекаются как поверхностные, так и подземные воды.

Под водопотреблением понимают такое использование природных вод, при котором вода принудительно извлекается из природного источника и передается пользователям в народном хозяйстве.

В противном случае мы имеем дело с водопользованием – использованием воды без попутного ее отбора (например, судоходство, лесосплав, гидроэнергетика и т.д.).

Вода расходуется различными потребителями на самые разнообразные нужды, подавляющее большинство которых можно объединить в три основных категории [1, 13, 19]:

1. Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения: бытовые расходы воды (на питье, приготовление пищи, стирку и т.д.) и расходы воды на обеспечение благоустройства населенных пунктов (поливка улиц, площадей, зеленых насаждений).

2. Расход воды для производственных (технических) целей на предприятиях промышленности, транспорта, энергетики, сельского хозяйства.

3. Расход воды на тушение пожаров.

Определение общего количества воды, которое должно быть подано потребителю, является весьма важной задачей при проектировании системы водоснабжения и производится в соответствии с действующими нормами, установленными на основе анализа работы действующих систем.

Общий расход воды на население пропорционален числу жителей в населенном пункте, а потому, прежде всего, необходимо знать каков расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, приходящийся на одного жителя, т.е. норму водопотребления. Норма водопотребления зависит от характера санитарно-технического оборудования зданий, благоустройства населенных пунктов, местных климатических условий и т.д.

В течение года и в течение суток вода для хозяйственно-питьевых и производственных целей расходуется неравномерно: летом расходуется воды больше, чем зимой, а в дневные часы больше, чем в ночные. Это связано с режимом жизни населения населенных пунктов, цикличностью промышленного производства, неравномерностью выпуска продукции и другими особенностями работы предприятий.

Неравномерность хозяйственно-питьевого водопотребления в течение года характеризуется коэффициентом суточной неравномерности

,

где  – суточный расход в дни наибольшего потребления;  – средний суточный расход за год.

Потребление воды на хозяйственно-питьевые нужды изменяется не только в годовом цикле, но и в течение суток. В связи с этим, наряду с коэффициентом суточной неравномерности, в расчеты по оценке потребности в воде населенного пункта вводится поправка в виде коэффициента часовой неравномерности водопотребления

,

где  – максимальный часовой расход;  – средний часовой расход за сутки.

Согласно строительным нормам и правилам [19], предусмотрены следующие расчетные среднесуточные расходы на хозяйственно-питьевые нужды на одного жителя населенного пункта в литрах (в числителе) и значения коэффициентов часовой неравномерности подачи воды (в знаменателе):

Жилая застройка с благоустройством:
с внутренним водопроводом и канализацией
без ванн125-160/1,4-1,5
с ваннами и местными водонагревателями160-230/1,25-1,3
с централизованным горячим водоснабжением250-350/1,2-1,25
без внутреннего водопровода, канализации с отбором   воды из водоразборных колонок30-50/1,8-2,0

Расход воды на хозяйственно-питьевое водоснабжение жителей населенного пункта

,

где W – норма водопотребления на одного жителя; N – число жителей.

Численное значение коэффициента суточной неравномерности подачи воды принимается в расчетах равным 1,1-1,3 [1].

Дополнительный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих в период их пребывания на производстве

,

где W1 и W2 – нормы расхода воды на одного работающего соответственно в обычных цехах и цехах с тепловыделением более 20 ккал на 1 м3/ч, W1 = 25 л/сут, W2 = 45 л/сут; N1 и N2 – соответственно количество работающих в цехах с нормальным и высоким тепловыделением; aчас1 и aчас2 – коэффициенты часовой неравномерности водопотребления для указанных цехов aчас1 = 3,0, aчас2 = 2,5.

Планирование расходов воды на благоустройство населенных пунктов и промышленных предприятий Q3: поливку зеленых насаждений, газонов, цветников, поливку и мойку покрытий проездов, улиц и площадей – производится в соответствии со следующими нормами расхода воды на одну мойку или поливку, л/м2:

Механизированная мойка усовершенствованных покрытий проездов и площадей

1,2-1,5

Механизированная поливка усовершенствованных покрытий проездов и площадей

0,3-0,4

Поливка вручную (из шлангов) усовершенствованных покрытий тротуаров и проездов

0,4-0,5

Поливка городских зеленых насаждений

3-4

Поливка газонов и цветников

4-6

Число поливок в сутки зависит от местных климатических условий и степени благоустройства населенного пункта. Если площадь территории, подлежащей поливке или мойке, неизвестна, то для ориентировочных расчетов величины пользуются выражением

,

где W3 – норма  расхода  воды на благоустройство населенного пункта, приходящая на одного жителя,  W3 = 50-90 л/сут;  N – число жителей.

Расходование воды для тушения пожаров производится эпизодически (во время пожара).

Расчетные расходы воды на наружное пожаротушение и расчетное число одновременных пожаров в населенных пунктах устанавливаются в зависимости от размеров, огнестойкости зданий и на основании опыта тушения пожаров (табл.1).

Отметим, что противопожарный водопровод должен предусматриваться в населенных пунктах, на промышленных предприятиях, сельскохозяйственных комплексах и объединяться с хозяйственно-питьевым или производственным водопроводом.

Нормы расходования воды на нужды пожаротушения в населенных пунктах на один пожар, л/с

Число жителей

в населенном пункте,

тыс. человек, не более

Расчетное число

одновременных

пожаров

Застройка зданиями
до двух этажей

включительно

три этажа

и более

511010
1011015
2521015
10022535
200340
300355
400370
500380
600385
700390
800395
10003100
20004100

Продолжительность тушения пожара принимается равной 3 часа. Общий расход воды на пожаротушение

,                                              (1)

где q – норма расхода воды на тушение одного пожара, л/с (табл.1), n – расчетное число одновременных пожаров, t – продолжительность пожара, сек. Формула (1) позволяет учитывать потребность в воде на пожаротушение в суммарной производительности водозабора с восстановлением неприкосновенного пожарного запаса за 24 ч.

Потребление воды на производственные нужды Q5 зависит от характера и объема производства и определяется на основании технологических расчетов.

Общий (суммарный) расход воды на водоснабжение населенного пункта с промышленным производством

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

и является основой для выбора производительности источника водоснабжения.

1.2. Схемы и источники водоснабжения

Современное водоснабжение городов и других населенных пунктов осуществляется через централизованные системы водоснабжения (водопроводы).

Система водоснабжения должна обеспечивать получение воды из природных источников, ее очистку (при необходимости) и подачу потребителю. Состав системы водоснабжения следующий (рис.1):

  • сооружения для приема воды (водоприемные сооружения);
  • водоподъемные сооружения – насосные станции, подающие воду к местам ее очистки, хранения или потребления;
  • сооружения для очистки воды;
  • водоводы и водопроводные сети для транспортировки воды к потребителю;
  • башни и резервуары в качестве регулирующих или запасных емкостей.

Согласно предложенной схеме вода забирается из источника с помощью водозаборного сооружения и подается насосами, установленными на станции I подъема, на очистные сооружения.

После очистки вода поступает в сборный резервуар, из которого забирается насосами станции II подъема и подается по водоводам в водонапорную башню, а затем в магистральную водопроводную сеть.

Водонапорная башня служит для хранения и периодического аккумулирования воды.

Такова принципиальная схема водоснабжения населенного пункта, однако, в зависимости от ряда факторов она может быть существенно изменена.

Так, например, если вода источника не требует очистки, то из приведенной схемы исключаются очистные сооружения и связанные с ними насосная станция II подъема и резервуар чистой воды.

Если отбор воды ведется из горных ключей, располагающихся гипсометрически выше объектов водопотребления, то вода подается самотеком и из схемы исключаются насосные станции.

В качестве источников водоснабжения могут быть использованы воды поверхностные (рек, озер) и подземные. Источники водоснабжения должны отвечать следующим требованиям:

  • возможность получения необходимого количества воды с учетом роста водопотребления в перспективе;
  • бесперебойность подачи воды потребителю;
  • высокое качество воды или возможность ее простой и дешевой очистки;
  • наименьшая стоимость подачи воды к объекту без нарушения экологии района.

При выборе в качестве источника водоснабжения речных вод следует учитывать, во-первых, сезонные колебания расхода реки и ориентироваться на получение требуемых количеств воды в меженный период. Ясно, что периодически пересыхающие или перемерзающие реки не могут быть источниками водоснабжения, если на них нет водохранилищ.

Во-вторых, речные воды, как правило, нуждаются в очистке, так как для них характерна большая мутность (максимальная в паводки), высокое содержание органических веществ и бактерий, а часто и цветность воды.

Вода озер отличается от речных вод малой мутностью (кроме прибрежной зоны), а для вод водохранилищ характерна цветность как результат развития в водоеме микроскопических водорослей.

Подземные воды, в частности артезианские, имеют устойчивый химический и гидродинамический режимы и менее подвержены загрязнению. Они являются более предпочтительным источником водоснабжения, чем поверхностные воды, хотя часто обладают повышенной минерализацией и жесткостью.

При окончательном выборе источника водоснабжения, помимо качества воды, необходимо его сравнение с альтернативными по следующим параметрам: мощность источника, удаленность его от объекта, стоимость подачи и очистки воды.

2. ВОДОПРИЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ И ВОДОПОДЪЕМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Как уже отмечалось, для организации централизованного водоснабжения широко используются поверхностные и подземные воды. Соответственно, все водоприемные сооружения могут быть разделены на две основные группы: сооружения для приема воды из поверхностных источников и сооружения для приема подземных вод.

из поверхностных источников

Сооружения для приема поверхностных вод должны обеспечивать бесперебойное снабжение потребителя водой хорошего качества в течение всего года. При выборе речных водоприемников следует учитывать амплитуду колебаний уровней воды, ледовые условия, топографию берега и дна реки, характер грунтов. Все эти обстоятельства определяют выбор типа и конструкции водоприемных сооружений.

Рекомендации к выбору мест расположения водоприемников [1] следующие:

1. Водоприемники должны располагаться выше по течению от места сброса сточных вод и выходов оврагов; место строительства водоприемников у населенных пунктов должно согласовываться с органами санитарного надзора и обеспечивать условия для организации зон санитарной охраны.

2. Водоприемники следует располагать на тех участках реки, где нет размыва берегов и отложений наносов. Заметим, что максимальная мощность отложений наносов образуется на выпуклом берегу, размыв берега, наоборот, – на вогнутом. При выборе участка под строительство водоприемника предпочтение следует отдавать вогнутому берегу без размыва его берегов.

3. Водоприемники не должны располагаться в местах образования ледяных заторов.

В практике водоснабжения для забора поверхностных вод широко используются водоприемники берегового и руслового типов; в отдельных случаях передвижные (плавучие) водоприемники.

Водоприемники берегового типа оборудуются при наличии вблизи берега такой глубины воды, которая обеспечивает требуемые условия забора воды.

Водозаборное сооружение состоит из водоприемного железобетонного берегового колодца и насосной станции.

При этом насосы I подъема могут располагаться как в отдельном здании насосной станции (раздельный водоприемник), так и в самом водоприемнике (совмещенный водоприемник).

Береговой колодец в раздельном водоприемнике разделен перегородкой на приемную и всасывающую камеры. В последнюю опускают всасывающие трубы насосов (рис.2).

Вода из реки поступает в приемную камеру через входные окна, оборудованные с наружной стороны съемными решетками, а с внутренней стороны затворами дроссельного типа. В проеме перегородки между приемной и всасывающей камерами устанавливают сетку из проволоки.

Процеживание воды через решетки и сетки обеспечивает ее защиту от мусора, водорослей, мелкого планктона. Над колодцем оборудуется служебный павильон, из которого осуществляется управление водоприемным устройством.

Заглубление насосной станции (отметка оси насосов) зависит от амплитуды колебания уровней воды в реке и допустимой высоты всасывания насоса. Верх водоприемного колодца должен возвышаться над самым высоким уровнем воды в реке не менее чем на 0,5 м.

Всасывающие трубы в целях защиты их от коррозии, облегчения осмотра и ремонта располагают в специальной галерее.

Совмещенные водоприемники оборудуются при благоприятных геолого-гидрогеологических условиях. Они экономичны и получили более широкое распространение, чем раздельные. В совмещенных водоприемниках здание станции примыкает непосредственно к водоприемному колодцу или может быть конструктивно полностью объединено с водоприемником.

Водоприемники руслового типа оборудуются при сравнительно пологих берегах, слабых грунтах и малых глубинах воды в реке (рис.3).

Недостаток этого типа водоприемников состоит в том, что они требуют сооружения длинных всасывающих труб от точки приема воды до насосной станции на берегу. В связи с этим всасывающие линии заменяют самотечными.

Дальнейшее движение воды аналогично ее движению в водозаборе берегового типа.

Неотъемлемой частью такого водоприемника является оголовок – сооружение для приема воды. Оголовки могут быть полностью затопляемыми, периодически затопляемыми высокими водами и незатопляемыми. Наиболее распространены оголовки первого типа, так как они не подвергаются воздействию ледовых нагрузок.

Самотечные линии (не менее двух) предназначены для транспортировки воды от оголовка к водоприемнику. Диаметр их зависит от расхода и расчетной скорости движения воды. Изготовляются они из стальных, железобетонных, асбестоцементных труб.

Береговые колодцы водоприемников руслового типа аналогичны по устройству водоприемным колодцам водоприемников берегового типа.

При работе насосов уровень воды в береговом колодце опускается ниже уровня воды в реке на высоту, равную потерям напоров, обусловленных гидравлическими сопротивлениями напоров при движении воды по самотечным линиям.

Чтобы потери были малыми и, следовательно, заглубление колодца меньше, скорость движения по самотечным линиям должна быть небольшой, но и не настолько малой, чтобы вызвать выпадение взвесей в трубах.

По действующим строительным нормам, скорость движения воды по самотечным линиям 0,7-1,5 м/с.

Плавучие водоприемники оборудуются для временных водопроводов. Плавучий водоприемник представляет собой насосную станцию легкого типа, размещенную на плавучих средствах: баржах, понтонах и т.п.

Достоинством таких водоприемников является их независимость от колебания уровня воды в реке, так как отметка насосов меняется в соответствии с изменениями уровня воды в реке и в результате высота всасывания насосов остается постоянной.

Чтобы плавучую установку не сносило течением, ее укрепляют якорями. Наиболее часто плавучие водоприемники устанавливаются на реках со значительными периодическими изменениями уровней воды и при небольшой водопотребности. Они весьма надежны в эксплуатации, но использовать их зимой и в период паводков на реке довольно сложно.

Специальные водоприемники в виде ковшей представляют собой искусственные заливы, оборудуемые на реках с шугой и глубинным льдом и высокой мутностью воды. Соответственно забор воды производится не непосредственно из русла реки, а из самого ковша при помощи водоприемников берегового типа.

Благодаря малой скорости движения воды в ковше (5-15 см/с) в нем скорее, чем в русле реки, устанавливается ледяной покров, и вследствие этого ликвидируются причины образования донного льда. В случае занесения в ковш шуги она, также вследствие малых скоростей течения воды в нем, всплывает и смерзается с поверхностным льдом.

При значительной мутности речной воды ковш может быть также с успехом использован для осаждения в нем взвешенных механических частиц.

Источник: http://kursak.net/vodosnabzhenie-i-inzhenernaya-melioraciya-n-s-petrov/

Biz-books
Добавить комментарий