Выбор системы водоснабжения

В рассматриваемом примере с учетом природных условий, принята система водоснабжения с забором воды из поверхностного и подземного источников. Водопроводная сеть проектируется кольцевой, с водонапорной башней расположенной в наиболее возвышенной точке населенного пункта.

Водозаборное сооружение из поверхностного источника, согласно ситуационного плана, расположено на расстоянии 2600 м, а из подземного на расстоянии 3150 м. от распределительных камер водопроводной сети.

3.2 Трассирование водопроводной сети населенного пункта

При трассировании водопроводной сети населенного пункта следует соблюдать следующие основные рекомендации:

- главные магистральные линии надо направлять по кратчайшему расстоянию к наиболее крупным водопотребителям, а также к водонапорной башне;

- для обеспечения надежности водоснабжения, основных магистралей должно быть не менее 2-ух, соединенных перемычками;

- водопроводные линии должны быть распределены равномерно по территории объекта водоснабжения;

- водопроводные линии следует располагать по проездам или обочинам дорог, параллельно линиям застройки;

- автомобильные железные дороги, а также естественные преграды (реки, овраги и т.д.) трубопроводы должны пересекать под прямым углом.

- водопроводная сеть чаще рассчитывается на следующие характерные случаи:

- максимальное водопотребление из сети (максимальный часовой расход в сутки наибольшего водопотребления);

- тушение расчетного количества пожаров при максимальном водопотреблении.

- максимальный транзит воды в водонапорную башню.

Таблица 2.9. Сводная таблица водопотребления

Продолжение таблицы 2.9.

Продолжение таблицы 2.9.

Трассировка водопроводной сети на 1-ой очереди строительства приведена на рис. 3.1.

3.3 Определение удельных расходов воды

Удельный расход воды (расход, отбираемый на единицу длины сети) определяется для каждой зоны застройки отдельно по формуле:

, л/с^.м

где Q_пут – путевой расход, отбираемый равномерно из всех участков магистральных трубопроводов.

L – сумма приведенных длин линий, из которых вода отбирается с расходом Q_пут, м.

При вычислении приведенной длины руководствуются следующим:

– в L включаются участки магистральных линий, из которых вода отбирается с двух сторон в данной зоне, поэтому участки, проходящие по незастроенным территориям, зеленым насаждениям, а также через реки, озера, овраги, не включаются в суммарную приведенную длину сети;

– при расположении данного участка на границе двух районов с разной плотностью проживающего населения, в L включается половина длины данного участка для каждой зоны.

В соответствии с генпланом, длина магистральных линий в 1-ом районе составляет: L₁ = 6470 м., а во 2-ом районе: L₂ = 10200 м.

Удельный расход воды:

для 1-ого района:

для 2-ого района:

3.4 Определение расходов воды, отбираемых на участках

магистральных трубопроводов (путевых расходов)

Расходы воды, отбираемые на участках магистральных трубопроводов(путевые расходы), определяются из выражения:

q_пут.i = q_уд ^∙ L_i, л/с

где q_уд – удельный расход, л/с∙м;

L_i – длина участка, м.

Результаты расчетов путевых расходов сведены в таблицу 3.1.

Рис. 3.1. Трассировка водопроводной сети I очереди строительства

Таблица 3.1. Вычисление путевых расходов.

Участок	Приведенная длина, м	Расход qпут., л/с
1-район
1-2		32,09
2-4		13,24
3-4		30,89
3-1		13,24
3-5		18,45
4-7		18,45
5-6		21,26
6-7		9,23
7-8		18,05
8-9		19,26
5-11		18,05
(11-10)/2		14,64
6-10		18,05
(9-10)/2		14,64
ИТОГО		259,54
2-район
12-13		3,43
13-22		3,51
22-21		7,27
21-20		4,41
12-11		1,39
(10-11)/2		2,245
10-14		3,76
14-23		4,00
22-23		5,72
(10-9)/2		2,245
23-17		6,13
14-15		7,35
16-17		2,29
15-16		4,57
15-9		4,74
17-18		2,21
18-19		2,94
19-20		3,59
18-21		4,98
13-14		5,72
ИТОГО		82,50

3.5 Вычисление узловых расходов воды

Узловые расходы условно принимаются фиксированными, не зависящими от напора в водопроводной сети и определяются по формуле:

q_уз.к = 0,5 S q_пут + Q_кр.п.к.; л/с

где q_уз.к – водоотбор из узла, л/с:

S q_пут – сумма путевых расходов воды на участках, примыкающих к рассматриваемому узлу, л/с

Q_кр.п.к – отбор воды крупными водопотребителями из узла (сосредоточенные расходы), л/с.

В час максимального водопотребления сосредоточенные расходы составляют:

- промышленное предприятие № 1 – Q_п/п = 70,78 м³/ч = 19,66 л/с

- промышленное предприятие № 2 – Q_п/п = 97,23 м³/ч = 27,01 л/с

- баня – Q_б = 6,92 м³/ч = 1,92 л/с

- прачечная – Q_пр. = 7,48 м³/ч = 2,081 л/с

- столовая – Q_ст = 4,27 м³/ч = 1,19 л/с

Расчет узловых расходов воды сведен в таблицу 3.2.

Таблица. 3.2. Значения узловых расходов

Номер узловой точки	Номера, прилегающих к узловой точке участков	S qпут, л/с	Qкр.п	qузл, л/с
	1-2, 1-3	45,33		22,66
	2-1, 2-4	45,33	27,01	49,67
	1-3, 3-4, 3-5	62,58		31,29
	4-7, 2-4, 3-4	62,58		31,2*9
	5-6, 5-3, 5-11	57,76	1,92	30,8
	6-7, 6-10, 6-5	48,54		24,27
	7-4, 7-6, 7-8	45,73	2,08	24,94
	8-7, 8-9	37,31	19,66	38,32
	9-8, 9-15, (9-10)/2, (10-9)/2	53,28		26,64
	(10-9)/2, 10-6, 10-14, (10-11)/2, (9-10)/2, (11-10)/2	55,58	1,19	28,98
	(11-10)/2, (10-11)/2, 11-5, 11-12	23,93		11,96
	12-11, 12-13	4,82		2,41
	13-14, 12-13, 13-22	12,66		6,33
	13-14, 14-10, 14-15, 14-23	20,83		10,41
	15-9, 15-16, 15-14	16,66		8,33
	16-15, 16-17	6,86		3,43
	17-23, 17-16, 17-18	10,63		5,32
	18-17, 18-19, 18-21	10,13		5,07
	19-18, 19-20	6,53		3,27
	20-19, 20-21	8,00		4,00
	21-20, 21-18, 21-22	16,66		8,33
	22-13, 22-23, 22-21	16,55		8,25
	23-17, 23-22, 23-14	15,85		7,93
Итого	684,09	51,86	393,90

3.6 Расчет режима работы насосной станции второго подъема

Поскольку в примере расчета принята трехсторонняя схема питания, в час максимального водопотребления (подача воды в сеть в этот час осуществляется от двух насосных станций и от водонапорной башни), то необходимо вычислить, сколько воды будет поступать от насосных станций и сколько от водонапорной башни. Это можно определить путем совмещения графиков водопотребления и работы насосной станции 2-го подъема.

Режим работы насосной станции 2-го подъема чаще принимается в 2 ступени, в дневное время, включены все рабочие насосы, в ночное часть агрегатов выключают, это позволяет уменьшить регулирующий объем водонапорной башни и снизить избыточные напоры в водопроводной сети. Назначение графика работы насосных станций второго подъема является многовариантной задачей, поэтому для ее решения целесообразно использовать ЭВМ. Расчет оптимального режима работы насосной станции 2-го подъема выполняется по программе NS1-2F.BAS в среде QBASIC.

Результаты расчетов приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Результаты расчета режима работы насосных станций второго подъема

Часы суток	Водопотребление, %	Подача насосной станции, %	Расход воды, л/с
I подъема	II подъема	Из башни	В башню
	2,23	4,17	2,82		39,36
	2,28	4,17	2,82		36,02
	1,98	4,17	2,82		56,07
	2,01	4,17	2,82		36,69
	3,10	4,17	2,82	18,79
	3,76	4,17	2,82	45,52
	4,11	4,17	4,98		57,83
	4,70	4,17	4,98		18,40
	5,59	4,17	4,98	41,08
	5,89	4,17	4,98	61,13
	5,56	4,17	4,98	45,76
	5,48	4,17	4,98	33,73
	5,06	4,17	4,98	5,66
	4,93	4,17	4,98		9,71
	5,16	4,17	4,98	12,34
	5,00	4,17	4,98	1,65
	5,06	4,17	4,98	5,66
	4,70	4,17	4,98		18,40
	4,67	4,17	4,98		20,41
	4,44	4,17	4,98		35,78
	4,28	4,17	4,98		46,47
	3,95	4,17	2,82	75,60
	3,41	4,17	2,82	39,51
	2,65	4,17	2,82		11,29
Регулирующий объем РЧВ – 2918,26 м3 или 12,13%
Регулирующий объем бака водонапорной башни – 710,27 м3 или 2,95%

3.7 Расчет производительности водопитателей

В соответствии с заданием насосные станции подают по 50% расчетного расхода, суммарная подача Н.С. II на второй ступени согласно расчету на ЭВМ составит:

Тогда подача Н.С.II №1:

q_н.с.1 = 0,5 ∑Qн.с.II = 0,5 332,8 = 166,4 л/с

Подача Н.С.II №2:

q_н.с.2 = 0,5 ∑Qн.с.II = 0.5 332,8 = 166,4 л/с

Расход воды из башни:

Q_б = q_ч.мах – ∑Qн.с.II, л/с

q_ч.мах = 1418,05 м³/ч = 393,9 л/с

q_б = 393,9 – 332,8 = 61,1 л/с (см.табл. 3.3. для часа максимального потребления).

3.8 Предварительное потокораспределение

После вычисления узловых расходов и определения подачи водопитателей осуществляется предварительное потокораспределение, целью которого является назначение желательных направлений движения воды в линиях сети и определение линейных расходов. Очевидно, что количество воды, подаваемое в водопроводную сеть водопитателями, должно быть равно количеству воды, отбираемой потребителями.

Перед распределением намечается точка схода потоков. Выбор этой точки зависит от взаимного расположения водопитателей. За точку схода потоков принимается наиболее удаленный от водопитателей и высоко расположенный узел (в данном примере узел №8). Для всех линий сети намечается направление движения воды к точке схода потоков, затем участки сети нумеруются.

Предварительное потокораспределение расходов воды начинается с ближайшего к главному водопитателю узла, затем намечаются линейные расходы таким образом, чтобы для каждого узла было справедливо тождество:

S q_i =0;

где S q_i – сумма поступающих в i-тый узел и уходящих из него расходов воды.

Поступающие в узел расходы принимаются со знаком “+”, уходящие со знаком “–”.

Данные предварительного потокораспределения приведены на рисунке 3.2.

3.9 Подбор материала и диаметров труб

В пределах населенного пункта принимаются чугунные напорные трубы по ГОСТ 9583-75, для водоводов 2-го подъема – стальные, по ГОСТ 10704-76. Диаметры труб на расчетных участках принимаются по значениям линейных расходов по приложению 1а настоящих методических указаний.

3.10 Увязка водопроводной сети

Гидравлическая увязка водопроводной сети выполняется с помощью ЭВМ. Расчет осуществляется по программе “WODSFF.BAS”, в среде QBASIC.

Программой предусматривается два режима ввода исходных данных: диалоговый и из файла.

В диалоговом режиме (рекомендуется для расчета небольших кольцевых водопроводных сетей) пользователь вводит исходные данные в следующем порядке:

- количество колец (кольца сети нумеруются в произвольном порядке, два параллельных участка, например, водоводы рассматриваются как кольцо);

- количество участков (участки сети нумеруются в любой последовательности):

- описание участков водопроводной сети (каждый участок сети описывается одной строкой и включает: номер кольца, расположенного слева от участка по ходу движения воды: номер кольца, расположенного справа от участка; диаметр трубопровода на участке, мм; длину участка, м; линейный расход, л/с; код материала труб). Если участок расположен во внешнем контуре, то с одной стороны он будет ограничен кольцом с номером «0».

Рис. 3.2. Предварительное потокораспределение на случай максимального водопотребления

Расчетная схема водопроводной сети первой очереди строительства приведена на рис. 3.3

В рассматриваемом примере рассчитывается водопроводная сеть, состоящая из 13 колец и 38 расчетных участков. Ввод исходных данных осуществляется из файла записанного заблаговременно на диск. Файл представляет описание участков водопроводной сети, каждый участок сети описывается одной строкой и включает: номер кольца, расположенного слева от участка по ходу движения воды: номер кольца, расположенного справа от участка; диаметр трубопровода на участке, мм; длину участка, м; линейный расход, л/с; код материала труб. Указанные величины разделяются запятыми. Номера участков не вводятся.

Исходные данные по описанию участков приведены в таблице 3.4.

Результаты гидравлического расчета для случая максимального водопотребления приведены в таблице 3.5. и на рис.3.4.

Таблица 3.4. Исходные данные для гидравлического расчета на случай максимального водопотребления.

№ участка	№№ колец	Диаметр, мм	Длина, м	Расход, л/с	Тип труб
слева	справа
					83,1
					83,1
					124,5
					74,8
					17,9
					25,8
					12,4
					30,5
					35,5
					19,2
					8,2
					171,3
					167,3
					165,3
					158,6
					50,2
					32,4
					13,5

Рис. 3.3. Расчетная схема водопроводной сети I очереди строительства

Рис. 3.4. Результаты гидравлического расчета для случая максимального водопотребления

					19,2
					25,6
					15,1
					32,8
					8,5
					16,7
					1,9
					3,5
					47,8
						30,5
						30,5
						83,11
						83,11
						75,9
						1,1

Таблица 3.5. Результаты гидравлического расчета на

случай максимального водопотребления

№ участка	№№ колец	Диаметр, мм	Длина, м	Расход, л/с	Скорость воды, м/с	Потери напора, м
слева	Справа
					83,1	0,8	8,13
					83,1	0,8	8,13
					86,5	0,43	0,4
					36,9	0,29	0,09
					19,9	0,15	0,04
					3,9	0,07	0,01
					34,3	0,47	0,53
						0,79	1,85
					72,8	0,74	0,29
					-15,2	-0,48	0,52
					-63,5	-0,88	1,02
					-71,2	-0,98	1,72
						0,72	0,81
						0,69	0,91
					82,6	0,65	1,33
					72,9	0,74	0,99
						0,71	1,37
					16,8	0,52	1,04
					11,5	0,15	0,05
					57,1	0,58	0,47
					-14,4	-0,12	0,03
					-2,5	-0,02
					8,9	0,12	0,01
					2,9	0,09	0,05
					-6,5	-0,13	0,09
					42,9	0,33	0,3
					2,6	0,03
					-1,2	-0,03
					30,5	0,42	0,62
					4,8	0,26	0,48
					33,6	0,66	0,48
					30,5	0,6	0,11
					30,5	0,6	0,11
					83,1		10,57
					83,1		10,57
					35,6	0,49	0,55
					62,6	0,86	1,71
					36,1	0,71	0,61

Примечание

Если в результате гидравлической увязки водопроводной сети расходы, скорости, потери получились со знаком “минус” это свидетельствует о том, что на этих участках поменялось направление движения воды на противоположное по сравнению с предварительным потокораспределением.