Гидравлический расчет водопроводной сети

 

 
   

Определение противопожарного объёма воды в баке   

W^вб _пож= Q _пож*t*60, м³                                          

где  t – время тушения пожара, мин (t=10 мин)   

Q _пож - расход воды в сети во время пожара, м³/с   

Q _пож=( Q _р.с.+n* q _нар+ q _вн)/1000, м³/с

где   n – расчётное количество пожаров (n=1)    

q _нар – расход воды на наружное пожаротушение (q _нар=10 л/с)    

q _вн - расход воды на внутреннее пожаротушение (q _вн=5 л/с)    

Q _р.с. - хозяйственный расчетный секундный максимальный расход из водопроводной сети, л/с (по таблице 1.1);   

Q _р.с. = 69,688/3,6=19,36 л/с   

Q _пож=(19,36+1*10+5)/1000=0,034 м³/с   

Противопожарный объём воды в баке:           

W^вб _пож= 60*10*0,034=20,4 м³   

Регулирующий  объём воды в водонапорной башне составит:             

W _рег= P′_max * Q _max сут./100=7,19*864,52/100=62,16 м³

где  P′_max – максимальный фактический остаток воды в башне (из таблицы 4.1.);  

      Q _max.сут - максимальный суточный расход воды (по таблице 1.1.);                                                                          

Q _max.сут =864,52 м³/сут   

Объём бака водонапорной башни:   

W^вб= W^вб _пож + W _рег, м³    

W^вб=20,4+62,16=82,56 м³   

Принимается круглый в плане бак башни. Определяются параметры башни:           

 Высота бака башни определяется  по формуле:   

h=( W^вб*4/π*1.25²)^⅓, м   

h=( 82,56*4/3,14*1.25²)^⅓=4,06 м     

 Диаметр бака башни определяется  по формуле:   

D=1.25*h, м   

D=1,25*4,06=5,075 м 
  
  
  
 

5. Проектирование резервуаров  чистой воды  
  
 

 

5.1. Определение объема  резервуара    

Подземные резервуары предназначены  для хранения хозяйственных, противопожарных, технологических и аварийных  запасов воды. В зависимости от конструкции и принципа работы они  бывают следующих типов: по форме  – круглые и прямоугольные; по степени заглубления – подземные  и полуподземные; по материалу - железобетонные и бетонные.   

Резервуары  должны быть надежны в работе, экономичны и удобны в эксплуатации; материал, из которого они выполнены, не должен ухудшать качество воды.   

Для обеспечения надежности  водоснабжения  в системах крупных водопроводов необходимо устраивать несколько резервуаров (не менее 2-х), дающих  в сумме расчетную емкость. Это позволяет выключать на ремонт или промывку отдельные резервуары или выполнять строительство по очередям.   

Объем резервуаров определяется по формуле:    

W_РЧВ = W_рег + W_пром.ф. + W_п/п, м³ 

где: W_рег- регулирующая емкость, м³;    

 W_п/п-неприкосновенный противопожарный запас воды который рассчитан на тушение расчётного количества пожаров в течении 3-х часов с одновременной подачей её на хозяйственно-питьевые цели в течении 3-х смежных часов наибольшего расхода по графику водопотребления без учёта расходов на промывку, м³;     

 W_пром.ф- объем воды на собственные  нужды  станции, м³;   

Регулирующий  объем РЧВ рассчитывается табличным  способом. В графу 2 подачи насосной станции второго подъема, в графу 3 – график подачи насосной станции первого подъема, который рассчитывается как: 100%/24=4,167%     

Таблица 5.1. Определение регулирующего объема РЧВ.

Часы  суток	Подача  НС II, %	Подача  НС I, %	Поступление в РЧВ, %	Расход  воды в РЧВ,%	Остаток воды в РЧВ, %	Фактический остаток, %
1	2	3	4	5	6	7
1	1,04	4,16	3,12		0	5,21
2	1,04	4,16	3,12		3,12	8,33
3	1,04	4,16	3,12		6,24	11,45
4	1,04	4,16	3,12		9,36	14,57
5	5,21	4,17		1,04	12,48	17,69
6	5,21	4,17		1,04	11,44	16,65
7	5,21	4,17		1,04	10,4	15,61
8	5,21	4,17		1,04	9,36	14,57
9	5,21	4,17		1,04	8,32	13,53
10	5,21	4,17		1,04	7,28	12,49
11	5,21	4,17		1,04	6,24	11,45

 

  
 

 Продолжение  таблицы 5.1

1	2	3	4	5	6	7
12	5,21	4,17		1,04	5,2	10,41
13	5,21	4,17		1,04	4,16	9,37
14	5,21	4,17		1,04	3,12	8,33
15	5,21	4,17		1,04	2,08	7,29
16	5,21	4,17		1,04	1,04	6,25
17	5,21	4,17		1,04	0	5,21
18	5,21	4,17		1,04	-1,04	4,17
19	5,21	4,17		1,04	-2,08	3,13
20	5,21	4,17		1,04	-3,12	2,09
21	5,21	4,16		1,05	-4,17	1,05
22	5,21	4,16		1,05	-5,22	0
23	1,03	4,16	3,13		-2,09	-1,05
24	1,03	4,16	3,13		1,04	2,08
Сумма	100	100

 

  
   

Объем воды на собственные нужды водоочистной станции:   

W_{пром.ф=0,09*864,52=77,81}  м³   

Регулирующий  объем воды в РЧВ:   

W_рег= P′_max * Q _{max сут} /100

, м³;     

где: P′_max – максимальный фактический остаток воды в РЧВ, %

Q _сут – суточный расход воды в населённом пункте, м³/сут;                                                                                                                                        

W_рег=

, м³;   

W_пож = {(q1 + q2 + q3) - t*qп} + (n*q _нар + q _вн)*t, м³;

где: q1, q2, q3 , - расходы воды  на хозяйственно-питьевые нужды в течение 3-х смежных часов  наибольшего водопотребления, м³ /ч;    

t- расчётная продолжительность  тушения пожаров, принимается  3  часа;    

 qп – расход воды на поливку если он приходится на час максимального водопотребления; м³ /ч;   

q _нар,q _вн – расходы воды на наружное и внутреннее пожаротушение; м³ /ч;    

q _нар - зависит от количества населения в поселке  и этажности застройки, принимается 10 л/с, q _вн принимается из расчета – 2 струи по 2,5 л/с;      

n – расчётное количество пожаров  (n=1);

Тогда:                             

W_п/п ={(69,688+66,416+53,128)-3*0}+(1*10*3,6+2,5*2*3,6)*3=240,232 м³   

Во  время пожара бесперебойная подача воды в РЧВ гарантирована, поэтому пожарный объем может быть уменьшен:    

W′_пож = W_пож – Qcyy*t/24=240,232-3*864,52/24=132,167 , м³;    

Объем резервуаров чистой  равен:   

W_РЧВ=152,93+132,167+77,81=362,907 м³    

Объем одного РЧВ составит:   

 

=362,907/2=181,45 м³   

5.2. Определение основных  параметров РЧВ.    

РЧВ принимаем круглый в плане, высота РЧВ Нрчв=3,5 м   

Следовательно, площадь поперечного сечения 1-го  РЧВ:   

 

181,45/3,5=52 м²    

Диаметр одного РЧВ:                    

 

м; 

 

 

6. Проектирование водозаборных скважин  
  
 

Проектирование водозаборных скважин.    

Исходные данные: Пласт – напорный. Движение подземных вод - неустановившееся. Порода водоносного пласта – песок мелкий , коэффициент фильтрации Кф = 2,9м/сут, коэффициент водоотдачи µ = 0,15. Максимальный суточный расход Qсут.макс.= 864,52 м³/сут.  Отметка поверхности земли у устья скважины ▼з=156,35 м, отметка кровли водоносного пласта - ▼к=103,35 м, отметка подошвы скважины ▼п=35,35 м, отметка статистического уровня ▼ст=137,35 м. Длина водоводов от скважины до станции водоподготовки     l=0,15 км.   

Схема совершенной скважины в напорном пласте показана на рис. 6.1.   

1. Мощность водоносного пласта:   

m=▼к-▼п ,м;   

m=103,35-35,35=68,0 м;   

2. Напор в скважине: Н=▼ст -▼п =137,35-35,35=102 м;   

3. Для предварительного расчета  суточный расход скважины Q принимается равным максимальному суточному расходу, требуемому для подачи потребителю:Q = Qсут.макс.= 864,52 м³/сут.   

4. Радиус влияния  депрессионной воронки за нормативный период эксплуатации в сутках (25 лет – нормативное значение):    

Rэ=1.5*   

Rэ=1,5*

=5195,4 м;

где:  а – коэффициент пьезопроводности, который характеризует скорость распределения давления в водоносном пласте:   

a=Кф*m/µn=2,9*68/0,15=1314,7 м³/сут;       

t- время отдачи из скважины  за период эксплуатации, сут,   

t=25*365=9125 сут;   

5. Расстояние между скважинами в зависимости от породы, складывающей водонасосный пласт, принимается 60 м.   

6. Дебит скважины с учетом взаимодействия:    

Qвз.скв.=Q*αвз=, м³/сут   

где:  αвз - коэффициент взаимодействия который принимается в зависимости от расстояния  между скважинами (αвз =0,63);   

Qвз.скв.=0,63*864,52=544,65 м³/сут   

7. Предварительное количество скважин:    

n= Q/ Qвз.скв =864,52/544,65=1,59 т.е. n=2шт.   

8. Фактический дебит одной скважины:   

Qфакт.= Qсут.макс /n=864,52/2=432,26 м³/сут;   

9. Наружный диаметр фильтра:   

Dнар =

, м

где:  – длина рабочей части фильтр, м;   

Для напорных скважин в водоносных пластах, мощностью m>10  метров определяется по формуле:   

 

=β* m=0,6*68=40,8 м;   

где β – коэффициент, принимается в пределах β=0,6-0,8    

- скорость входа воды их  водоносного пласта в фильтр  в м/сут, определяется:   

 

= 65*

,м/сут;   

 

= 65*

=92,7 м/сут;   

Тогда:   

Dнар =

м;  
    

 т.к. Dнар < 0,1 м, то принимаем Dнар=109мм = 0,109м;   

10. Водозахватывающая способность  скважины при принятом наружном  диаметре фильтра:   

Qскв= Dнар*π* lрч* vвх , м³/ч   

Qскв=0,109*3,14*40,8*92,7=1294,5 м³/ч;   

Qскв/24=1294,5/24=53,94 м³/сут ≤60-90 м³/сут   

11. Уточненное число рабочих скважин:   

nраб = Qсут.макс /Qскв   

nраб =864,52/1294,5=0,67 Принимаем nраб =1.   

12. Фактический дебит одной скважины  при числе рабочих скважин:    

Qфакт.= Qсут.макс / nраб , м³/сут;   

Qфакт.=864,52/1=864,52 м³/сут;   

Часовой и секундный расходы скважины:    

qфакт. час.= Qфакт./24=864,52/24=36 м³/ч;   

qфакт. cек.= qфакт./3,6=36/3,6=10 л/с;   

13. Уточняется наружный диаметр  фильтра при Qфакт ;    

Dнар =

м;   

 т.к. Dнар < 0,1 м, то принимаем Dнар=0,109 м.   

14. Напор насоса:   

Hн =Hг +hдл+ hм, м 

где:  hдл – потери напора в водоводах, транспортирующих воду от водозаборных скважин до  РЧВ, м;   

hдл=1000i*l=17,8*0.15=2,67 м;

где: l – длина водоводов от скважины до станции водоподготовки, км;      

1000i – удельные потери напора  в метрах на 1 км длины, принимаются  по таблицам [3] в зависимости от  диаметра трудопровода и расхода, протекающего по нему( по расходу qфакт. cек.= 10 л/с стальные трубы диаметром 100 мм, 1000i=17,8 скорость движения воды 0,98 м/с);   

hм – местные потери напора, принимаются 10….15% от потерь напора по длине, м.   

hм=(0,1…0,15)* hдл =0,1*2,67=0,267 м;   

Hг- геометрическая высота подъёма воды, м:   

Hг =▼с.вод.-▼дин , м

где:▼ф – отметка воды в распределительной чаше фильтра на станции водоподготовки, м.   

▼ с.вод = ▼зем.с.в. +(4,0-4,5), м;   

▼ с.вод = 156,35+4,0=160,35 м;   

▼дин  - динамический уровень воды в скважине, м:   

▼дин = ▼ст-S , м   

S – понижение уровня воды  в скважине, м;   

S = (Qфакт /2,73*m*Kф)lgRэ/r=(864,52/2,73*68*2,9)*lg 5195,4/0,1=17,44 м<   

< Sдоп=0,35* Н=0,35*102=35,7 м;   

▼дин = ▼ст-S=137,35-17,44=119,91 , м;   

Hг=▼ с.вод - ▼дин =160,35-119,91=40,44 м;   

Hн =Hг +hдл+ hм=40,44+2,67+0,267=43,38 м, т.е. Hн =43 м;   

15. По напору Hн =43 м и подаче qфакт. час.= 36 м³/ч принимается насос           ЭЦВ 8-40-65, напор 65 м, подача  40 м³/час, диаметр обсадной колонны   Dо.к. = =0,2 м, диаметр электродвигателя Dэ=0,186 м, длина электродвигателя lэ=0,9 м.    

16. Минимальная глубина погружения  насоса в скважину:    

Hmin погр= ▼зем -▼ст +Smax+ΔS+ Δh+(3…7), м;

где (3…7) – глубина погружениянасоса под динамический уровень.   

Потери  напора в фильтре:   

ΔS= Qфакт *ζ/6,28* Kф * m=864,52*1/6,28*2,9*68=0,7 м;   

Потери  напора в щели между электродвигателем  и обсадной колонной:   

Δh=(0,04* lэ +0,3* ( Dо.к.- Dэ)) * Qфакт ²/(12,1*( Dо.к.+ Dэ)²* ( Dо.к.- Dэ)²=   

=(0,04* 0,9 +0,3* (0,2- 0,186)) * 0,01 ²/(12,1*( 0,2+0,186)²*(0,2- 0,186)²=0,011 м;    

Hmin погр= ▼зем -▼ст +Smax+ΔS+ Δh+(3…7)=   

156,35-137,35+17,44+0,011+0,7+4=41,151 м;  
  
  
     

7. Назначение зон  санитарной охраны  
Назначение зон санитарной охраны.   

Зоны  санитарной охраны должны предусматриваться  на всех проектируемых и реконструируемых водопроводах хозяйственно-питьевого назначения в целях обеспечения их санитарно-эпидемиологической надежности. Зона источника водоснабжения в месте забора воды должна состоять из трех поясов: первого – строгого режима, второго и третьего – режимов ограничения.    

В первый пояс санитарной охраны включается участок водоприёмного сооружения, а также связанная с ним  водоприёмная станция, установка для  обработки воды и резервуар. Границы  этого пояса должны отстоять от водозаборных сооружений на расстоянии не менее 30 м  при использовании артезианских водоносных горизонтов и на расстоянии не менее 50 м при использовании  безнапорных грунтовых вод. На генплане населенного пункта  первый пояс санитарной охраны определяется прямоугольником вокруг водозаборной скважины, стороной квадрата 60 м.