ЛЕКЦИЯ 1

СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Система водоснабжения – это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее очистки, хранения и подачи к потребителям.

Системы водоснабжения классифицируют по ряду признаков.

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения делят на городские, поселковые, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные и пр.

По назначению системы водоснабжения (или водопроводы) подразделяют на хозяйственно – питьевые , предназначенные для подачи воды на хозяйственные и питьевые нужды населения и работников предприятий; производственные , снабжающие водой технологические цеха; противопожарные , обеспечивающие подачу воды для тушения пожаров.

Часто устраивают объединенные системы водоснабжения:хозяйственно – противопожарные, производственно – противопожарные илихозяйственно – производственно – противопожарные .

Системы водоснабжения могут обслуживать как один объект, например город или промышленное предприятие, так и несколько объектов. В последнем случае эти системы называют групповыми . Систему водоснабжения, обслуживающую несколько крупных объектов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, называют районной системой водоснабжения или районным водопроводом . Наибольшие системы водоснабжения, обслуживающие одно здание или небольшую группу компактно расположенных зданий из близлежащего источника, называют местными системами водоснабжения .

Когда отдельные части территории имеют значительную разницу в отметках, устраивают зонные системы водоснабжения . При таком рельефе местности насосы должны поддерживать в наружной сети для высокорасположенных участков высокое давление, которое не нужно для низкорасположенных участков.

Схема водоснабжения - последовательное расположение этих сооружений от источника до потребителя и их взаимное расположение относительно друг друга.

Все многообразие встречающихся на практике систем водоснабжения классифици­руется по следующим основным признакам:

- по назначению: хозяйственно-питьевые; противопожарные; производственные; сельскохозяйственные. Перечисленные типы систем могут быть как самостоятельными, так и объединенными. Объединяют системы в том случае, если требования, предъявля­емые к качеству воды одинаковые или это выгодно экономически;

- по характеру используемых природных источников: системы, получающие во­ду из поверхностных источников (реки, озера, водохранилища, моря, океаны); системы, забирающие воду из подземных источников (артезианские, грунтовые); системы сме­шанного питания (при использовании различных видов водоисточников);

- по территориальному признаку (охвату): локальные (одного объекта) или мест­ные; групповые или районные, обслуживающие группу объектов; внеплощадочные; внутриплощадочные;

- по способам подачи воды: самотечные (гравитационные); напорные (с механи­ческой подачей воды с помощью насосов); комбинированные;

- по кратности использования потребляемой воды (для предприятий): прямоточ­ные (однократное использование); с использованием воды (двух-трехкратное); оборот­ные (многократное использование воды, осуществляемое по замкнутой, полузамкнутой схеме или со сбросом части воды - продувкой); комбинированные;

- по видам обслуживаемых объектов: городские; поселковые; промышленные; сельскохозяйственные; железнодорожные и т.д.;

- по способу доставки и распределения воды: централизованные; децентрализо­ванные; комбинированные.

Системы водоснабжения в населенных пунктах предусматривают, как правило, централизованными. При этом в зависимости от местных условий и экономической це­лесообразности они могут быть раздельными - с собственными источниками водоснаб­жения для каждой из зон (селитебной или производственной) - или объединенными - с общим источником водоснабжения для обеих зон (рис. 3.1).

Схемы водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий

Схема водоснабжения населенного места зависит, прежде всего, от вида источника водоснабжения. Источники водоснабжения делятся на поверхностные (реки, водохранилища, озера, моря) и подземные (грунтовые и артезианские воды).

Схема водоснабжения населенного пункта состоит из следующих элементов:

а) водоприемные сооружения, при помощи которых осуществляется прием воды из природных источников,

б) водоподъемные сооружения, т.е. насосные станции, подающие воду к местам ее очистки, хранения или потребления,

в) сооружения для очистки воды,

г) водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и подачи воды к местам ее потребления,

д) башни и резервуары, играющие роль регулирующих и запасных емкостей в системе водоснабжения

На территории населенного места сооружается водонапорная башня , которая, как и резервуары чистой воды, служит для хранения и аккумулирования запасов воды. В те часы суток, когда насосы подают в сеть воды больше, чем ее расходуется, излишек поступает в водонапорную башню; в часы максимального расходования воды потребителями, когда расход, подаваемый насосами, недостаточен, используется вода из башни. Водонапорная башня, расположенная в противоположном по отношению к водоводам конце города, называется контррезервуаром . При наличии вблизи населенного места значительного естественного возвышения вместо водонапорной башни сооружают наземный водонапорный резервуар .

При использовании подземных вод схема водоснабжения значительно упрощается. В этом случае очистные сооружения обычно не нужны – подземные воды часто не требуют очистки.

Иногда населенное место снабжается водой из двух или более источников – водоснабжение с двусторонним или многосторонним питанием .

При расположении источника водоснабжения на значительной высоте по отношению к населенному месту возможна подача воды из источника без устройства насосной станции – самотеком.

В производственных системах водоснабжение может быть прямоточным, оборотным и с последовательным использованием воды .

На рис. II.2 приведена схема прямоточного водоснабжения промышленного предприятия. Насосная станция 1, расположенная вблизи водозаборного сооружения 2, подает воду для производственных целей в цехи 3 по сети 4. Для хозяйственно – противопожарных нужд поселка 5 и цехов 3 вода подается в самостоятельную сеть 6 насосами, установленными в насосной станции 1. предварительно вода очищается на очистных сооружениях 7.

Нередко для производственных целей требуется подача воды различного качества и под разными напорами. В этом случае устраиваются две самостоятельные сети или даже несколько сетей.

Вода, использованная в технологическом процессе, подается в канализационную сеть и после соответствующей очистки сбрасывается в водоем ниже по течению.

На ряде промышленных предприятий (химические, нефтеперерабатывающие, металлургические заводы, ТЭЦ и пр.) вода применяется для целей охлаждения и почти не загрязняется, а только нагревается. Такую производственную воду, как правило, используют вновь, предварительно охладив её.

На рис. II.3 приведена схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия. Нагревшуюся воду по самотечному трубопроводу 1 подают к насосной станции 2, откуда насосами 3 перекачивают по трубопроводу 4 на специальные сооружения 5, предназначенные для охлаждения воды (брызгальные бассейны или градирни). Охлажденную воду по самотечному трубопроводу 6 возвращают на насосную станцию 2 и насосами 7 по напорным трубопроводам 8 направляют в цехи предприятия 9. При оборотном водоснабжении часть воды (5-10% общего расхода) теряется. Для восполнения потерь воды в систему подают «свежую» воду по трубопроводу 10.

Оборотное водоснабжение экономически выгодно, когда промышленное предприятие расположено на значительном расстоянии от источника водоснабжения или на значительном возвышении по отношению к нему, так как в этих случаях при прямоточном водоснабжении будут велики затраты электроэнергии на подачу воды. Также выгодно устраивать оборотное водоснабжение, если расход воды в близлежащем водоеме мал, а потребности в производственной воде велики.

Схема водоснабжения с последовательным (или повторным) использованием воды применяется в тех случаях, когда вода, сбрасываемая после одного технологического цикла, может быть использована во втором, а иногда и третьем технологическом цикле промышленного предприятия. Вода, использованная в нескольких циклах, сбрасывается затем в канализационную сеть. Применение такой схемы водоснабжения экономически целесообразно, когда необходимо сократить расход «свежей» воды.

Системы водоснабжения населенных пунктов классифицируются по объекту водоснабжения, назначению, способу транспортировки воды.

Классификация систем водоснабжения приведена на рис. 27.

Рис. 27. Классификация систем водоснабжения поселений.

Классификация систем по объекту водоснабжения отражает зону обслуживания системы: город, поселок, промышленный район или отдельное предприятие, сельское поселение.

Классификация систем водоснабжения по назначению характеризует целевое назначение систем:

- хозяйственно-питьевые системы предназначены для удовлетворения питьевых, хозяйственных и бытовых потребностей людей в воде;

- производственные системы обеспечивают подачу воды на промышленные предприятия для технологических нужд;

- противопожарные системы подают воду для наружного пожаротушения;

- сельскохозяйственные системы снабжают водой сельскохозяйственные комплексы;

- объединенные системы совмещают несколько функций и могут быть хозяйственно-питьевыми – противопожарными, такие системы наружного водопровода характерны для городов и других видов поселений, производственно-противопожарными и др.

Классификация систем по способу подачи воды характеризует способ перемещения воды по системе. В напорных системах движение воды осуществляется за счет работы насосов, в безнапорных – самотеком.

Системы наружного водоснабжения могут быть объединёнными (В1+В2+В3), то есть подающими воду питьевого качества и одновременно на пожаротушение, и на производственные нужды. Такие системы применяются в городах. Водопроводы предприятий обычно тоже обьединённые В3+В2.

Показатели городских водопроводов делятся на количественные и качественные.

Количественными показателями водопроводов, как гидравлических систем, являются расходы и напоры.

Показатели качества питьевой воды:

а) физические:

б) химические:

в) бактериологические:

Элементы схем водоснабжения

Элементы схемы наружного водоснабжения на рис. 28.

Элементы наружного водоснабжения:

1 ¾ источник водоснабжения;

2 ¾ водозабор;

3 ¾ водоводы;

4 ¾ очистные сооружения;

5 ¾ городская водопроводная сеть с сооружениями.

Источники водоснабжения

Важнейшей составляющей системы водоснабжения является источник водоснабжения. Необходимо отметить, что наличие водных ресурсов является одним из основных факторов, определяющих градостроительную перспективу поселения.

Природные источники водоснабжения делятся на два основных типа:

- подземные;

- поверхностные.

Доля поверхностных источников (рек, озёр, водохранилищ, каналов) составляет около 70%, а доля подземных (грунтовых и напорных артезианских вод)  около 30%.

Подземные источники водоснабжения, рис. 29, делятся на безнапорные и напорные (артезианские) . Наличие в данной местности подземных источников, пригодных для хозяйственно-питьевых целей, глубина залегания вод, мощности водоносных слоев устанавливаются гидрологическими изысканиями.

За исключением грунтовых подземных вод, находящихся в первом от поверхности земли водоносном слое, подземные воды могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей.

Безнапорные грунтовые воды используются в основном для индивидуального водоснабжения в сельской местности. При вскрытии колодцем или скважиной безнапорного водоносного слоя, уровень воды в них устанавливается на уровне, совпадающем с уровнем подземных вод.

Рис. 29. Схема залегания подземных вод. 1 – первый от поверхности земли водоносный слой (воды аэрации); 2 – безнапорные подземные воды; 3 - напорные подземные воды.

Напорные (артезианские) подземные воды характеризуются постоянством состава и температуры, в большинстве случаев они обладают высоким качеством и могут использоваться для хозяйственно-питьевого водоснабжения без очистки. К факторам, снижающим качество артезианских вод, можно отнести их возможную повышенную минерализацию. При вскрытии скважиной напорного водоносного слоя уровень воды в ней зависит от величины напора воды в водоносном слое. В том случае, если напор превышает глубину залегания напорного водоносного слоя, артезианские водыпоступают на поверхность земли и называются самоизливающимися .

К поверхностным источникам водоснабжения относятся реки, озера, водохранилища и другие источники пресной воды, расположенные на поверхности земли. Поверхностные источники водоснабжения более подвержены загрязнению, чем подземные, поэтому в большинстве случаев требуют очистки и обеззараживания. Кроме того, поверхностные источники характеризуются изменением уровня воды в различные периоды года, льдообразованием в зимний период, и возможностью изменения гидрологических условий (образование наносов, размывание берегов и т. д.).

В некоторых случаях для хозяйственно-питьевых целей может использоваться морская вода и вода соленых озер. В этом случае требуется их опреснение путем выпаривания или использования специальных физико-химических методов обессоливания, что связано с существенными затратами вследствие высокой стоимости установок и большими эксплуатационными расходами.

Водозаборные сооружения

Сооружения для приема воды из поверхностных источников

Водозаборные сооружения предназначены для приема воды из источника.

Выбор типа водозаборного сооружения и его размещение зависят от гидрологических характеристик и характера источника. Место водозабора должно отвечать следующим требованиям:

Располагаться на кратчайшем расстоянии от потребителя (городской застройки и промпредприятий);

Выше по течению реки от города, промышленных предприятий и других потенциальных источников загрязнения воды;

Находиться на устойчивом участке реки, вне зон интенсивного движения судов, образования донных наносов и ледяных заторов;

Обеспечивать возможность устройства зон санитарной охраны водозабора.

В системах водоснабжения городов наибольшее распространение получили водозаборные сооружения берегового и руслового типов. Водозаборные сооружения берегового типа устраивают при крутом береге реки, ее значительной глубине в месте водозабора и устойчивых грунтах в основании берега. Они бывают двух видов: раздельные, рис. 30 и совмещенные, рис. 31

При раздельном водозаборном сооружении берегового типа на склоне берега располагается водоприемный железобетонный колодец, который по фронту имеет не менее двух секций, каждая из которых разделена на приемную 1 и всасывающую 2 камеры. Каждая всасывающая камера соединяется всасывающей трубой 3 с насосами 4. Вода из реки поступает в приемную камеру через окна, оборудованные с наружной стороны съемными решетками. Насосная станция 1 подъема конструктивно отделена от берегового колодца.

Рис. 30 Схема берегового водозабора раздельного вида. 1- приемная камера; 2 - всасывающая камера; 3 - всасывающий трубопровод; 4 - насосы насосной станции 1 подъема

Рис. 31 Водозаборные сооружения берегового типа, совмещенные с насосными станциями. 1- водоприемная камера; 2 – насосный зал; 3 – водоприемная сетка; 4 – горизонтальный центробежный насос; 5 – вертикальный центробежный насос.

Совмещенные водозаборы, устраивают с общим основанием для водоприемного колодца и насосной станции.

Водозаборные сооружения руслового типа, рис. 32, устраивают при:

Неустойчивых грунтах в основании берега;

Малой глубине у берега в месте водозабора;

Незначительности донных наносов.

Рис. 32. Водозабор руслового типа. 1 – оголовок; 2 – самотечные трубы; 3 – береговой колодец; 4 – приемная камера; 5 – всасывающая камера; 6 - перегородка; 7 – съемная сетка; 8 – всасывающий патрубок; 9 – центробежный насос; 10 – насосная станция первого подъема; 11 – павильон; 12 – напорные водоводы.

Русловой водозабор состоит из оголовка 1, самотечных труб 2, берегового колодца 3 и насосной станции 4. Вода из реки поступает через оголовок и самотечные трубы в береговой колодец и далее в насосную станцию.

При неблагоприятных гидрологических условиях в месте водозабора устраивают ковши, из которых производится забор воды.

Зоны санитарной охраны поверхностных источников.

Для предотвращение загрязнения воды и ухудшения ее качества в месте водозабора организуются зоны санитарной охраны источника водоснабжения, состоящие из трех поясов, границы которых устанавливаются СНиП.

Первый пояс зоны охраны источника водоснабжения охватывает территорию, непосредственно примыкающую к водозабору, и является зоной строгого санитарного контроля.

Границы первого пояса зоны поверхностного источника водоснабжения устанавливаются на расстояниях от водозабора:

Для рек:

· вверх по течению - не менее 200 м;

· вниз по течению - не менее 100 м;

· по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м от уреза воды;

· в направлении к противоположному берегу: при ширине водотока менее 100 м - вся акватория и противоположный берег шириной 50 м от уреза воды при летне-осенней межени и при ширине водотока более 100 м - полоса акватории шириной не менее 100 м;

· на водозаборах ковшового типа в границы первого пояса включается вся акватория ковша и территория вокруг него полосой не менее 100 м;

· для водоемов (водохранилище, озеро):

· по акватории во всех направлениях - не менее 100 м;

· по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м от уреза воды.

Территория первого пояса зоны поверхностного источника водоснабжения должна быть спланирована, огорожена, озеленена и оборудована сторожевой сигнализацией. Границы акватории первого пояса зоны обозначаются предупредительными наземными знаками и буями.

На территории первого пояса зоны запрещаются:

Все виды строительства, за исключением реконструкции или расширения основных водопроводных сооружений;

Размещение жилых и общественных зданий, проживание людей, в том числе работающих на водопроводе;

Выпуск в поверхностные источники сточных вод, купание, водопой и выпас скота, стирка белья, рыбная ловля, применение для растений ядохимикатов и удобрений;

Все производственные здания, находящиеся на территории первого пояса должны быть канализованы с отведением сточных вод в систему бытовой или производственной канализации, отведение поверхностных вод организуется за пределы первого пояса.

В пределах второго пояса зоны охраны регулируется отведение территорий для поселений, лечебно-профилактических и оздоровительных учреждений, промышленных и сельскохозяйственных объектов и их благоустройство с устройством водоснабжения и канализации зданий, отводом загрязненных поверхностных сточных вод и проведением других мероприятий по защите источника водоснабжения от загрязнения.

Во втором поясе зоны поверхностного источника водоснабжения запрещается:

Загрязнение территорий нечистотами, мусором, промышленными отходами;

Размещение складов горюче-смазочных материалов, ядохимикатов и минеральных удобрений и других объектов, которые могут вызвать химические загрязнения источника водоснабжения;

Размещение кладбищ, скотомогильников, животноводческих и птицеводческих предприятий и других объектов, которые могут вызвать микробные загрязнения источников водоснабжения;

Применение удобрений и ядохимикатов.

В пределах второго пояса зоны поверхностного источника водоснабжения допускаются: птицеразведение, стирка белья, купание, туризм, водный спорт, устройство пляжей и рыбная ловля в установленных местах.

Границы второго пояса зоны реки устанавливаются:

· вверх по течению – исходя из времени протекания воды от границы пояса до водозабора 3 - 5 суток в зависимости от климатического района:

· вниз по течению - не менее 250 м;

· боковые границы - на расстоянии от уреза воды 500 - 1000 м, в зависимости от рельефа местности.

Границы третьего пояса зоны поверхностного источника водоснабжения должны быть вверх и вниз по течению водотока или во все стороны по акватории водоема такими же, как для второго пояса; боковые границы - по водоразделу, но не более 3-5 км от водотока или водоема.

В пределах третьего пояса проводятся те же мероприятия по регулированию отвода земель и благоустройству объектов, что и для второго пояса.

Сооружения для забора подземных вод.

Выбор типа водозаборного сооружения зависит от глубины залегания вод, мощности водоносного пласта, наличия напора воды в нем и ряда других факторов.

В практике водоснабжения нашли применение следующие основные типы водозаборных сооружений: шахтные и трубчатые колодцы, горизонтальные водозаборы, лучевые водозаборы.

Шахтные колодцы применяют для забора воды из безнапорных водонесущих пластов неглубокого залегания. Для систем централизованного водоснабжения устраивают несколько одновременно действующих колодцев, расположенных перпендикулярно направлению потока грунтовых вод. Подача воды из колодцев осуществляется в сборный колодец сифонными трубами или при помощи погружных насосов. Из сборного колодца вода забирается насосной станцией второго подъема и, при отсутствии необходимости ее очистки и обеззараживания, подается в водопроводную сеть.

Трубчатые колодцы (скважины) устраивают для забора безнапорных и напорных вод из водоносных пластов глубокого залегания. Их отличительной особенностью является малый диаметр и значительная глубина.

Горизонтальные водозаборы используются при глубине залегания водоносного пласта до 8 метров. Они представляют собой дренажные трубы, расположенные в нижней части водоносного пласта, объединенные в сборный колодец.

Лучевой водозабор используется для забора подрусловых и подземных вод из водоносных пластов, расположенных на глубине до 20 метров. Данный водозабор относится к инфильтрационному типу. Вода собирается горизонтально расположенными дренажными трубами, радиально присоединенными к сборному колодцу.

Зоны санитарной охраны подземных водозаборов.

Границы первого пояса зоны подземного источника водоснабжения устанавливаются от одиночного водозабора (скважина, шахтный колодец) или от крайних водозаборных сооружений группового водозабора на расстояниях:

30 м при использовании защищенных подземных вод;

50 м при использовании недостаточно защищенных подземных вод.

В границы первого пояса зоны водозаборов следует включать прибрежную территорию между водозабором и поверхностным источником водоснабжения, если расстояние между ними менее 150 м.

Для подрусловых водозаборов и участка поверхностного источника, питающего инфильтрационный водозабор, границы первого пояса зоны предусматриваются как для поверхностных источников водоснабжения.

Смешанными являются лучевые подрусловые водозаборы, которые выполняют из горизонтальных скважин, пробуривая их в подрусловые аллювиальные отложения. Вместе с водозабором обычно совмещают насосную станцию I подъёма , которая перекачивает необработанную воду к станции водоподготовки.

конспекты по боевой подготовке пожарной охраны