водоснабжение. В связи с этим разработке проблем рационального, научно обоснованного, комплексного использования водных ресурсов и охране водных источников от загрязнений уделяется очень большое внимание
 Скачать 1.65 Mb.
|
|
Раздел 3. Системы водоснабжения населенных мест 3.1. Системы и схемы водоснабжения Система водоснабжения – комплекс взаимосвязанных устройств и сооружений, обеспечивающих потребителей водой в требуемом количестве и заданного качества. Система водоснабжения включает в себя устройства и сооружения для забора воды из источника водоснабжения, ее транспортирования; обработки, хранения, регулирования подачи и распределения между потребителями. Схема водоснабжения – последовательное расположение этих сооружений от источника до потребителя, взаимное расположение их относительно друг друга. Системы водоснабжения должны проектироваться в соответствии с требованиями по проектированию наружных сетей и сооружений водоснабжения, а также других нормативно-технических рекомендаций и требований, предъявляемых к воде потребителями. При этом необходимо учитывать местные условия, многообразие которых приводит к тому, что система водоснабжения любого объекта по-своему уникальна и неповторима. Классификации систем водоснабжения. 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 последовательным 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. Схема водоснабжения городов и населенных пунктов определяется видом источника водоснабжения, качеством воды в нем, рельефом местности, режимом водопотребления. Сети и сооружения системы водоснабжения города с поверхностным источником представлены на рис. 3.1, а. Вода поступает в водозаборные сооружения 1, откуда насосами насосной станции первого подъема 2 по водоводам первого подъема 3 подается на очистные сооружения 4. После очистки из резервуаров чистой воды 5 она забирается насосами насосной станции второго подъема 6 и по водоводам второго подъема 7 подается в наружную водопроводную сеть города 8, распределяющую воду по отдельным районам и кварталам города. Водонапорная башня 9 может располагаться перед сетью города, в середине, либо за сетью города. В последнем случае она называется контрбашней. Сеть города с водонапорной башней соединяют водоводы 10. Все водоводы проектируются не менее чем в две нитки на случай аварии. Аварийный водовод должен обеспечивать пропуск не менее 70% суточного потребления воды городом.  Сети и сооружения системы водоснабжения города с подземным источником представлены на рис. 3.1, б. Схема значительно упрощена по сравнению со схемой водоснабжения города с поверхностным источником, так как отсутствует дорогостоящий комплекс очистки воды, поскольку подземные воды не требуют глубокой очистки. В отдельных случаях могут применяться местные установки для обезжелезивания или удаления избыточных солей, а также для обеззараживания воды. Они устанавливаются на насосной станции. Поэтому, согласно схеме (см. рис. 3.1, б),вода из водозаборных скважин 11 поступает в сборный резервуар 12, а затем насосами насосной станции 6 подается в городскую водопроводную сеть 8. Подача воды в город в ряде случаев может быть и двусторонней.  Водоснабжение промышленных предприятий может быть осуществлено по прямоточной, последовательной и оборотной схемам. При прямоточной схеме водоснабжения (рис. 3.2, а) вода, забираемая из источника водоснабжения, после соответствующей очистки поступает на технологические нужды предприятия, а затем, после очистки, сбрасывается в водоем ниже по течению относительно объекта водоснабжения. С увеличением расстояния между источником водоснабжения и промышленной площадкой, а также разности геодезических отметок, более предпочтительно применение оборотной схемы (рис. 3.2, 6). Она становится единственно возможной при малых мощностях источника водоснабжения и при технологии, не допускающей применения прямоточной и последовательной схем из-за наличия в отработавшей воде токсических веществ, очистка от которых затруднена. При оборотной схеме резко уменьшается забор «свежей» воды из источника водоснабжения: он составляет около 3 – 5 % количества воды, забираемого из источника при прямоточной схеме водоснабжения. Как правило, отличием большинства оборотных систем являются устройства для охлаждения воды (градирни, пруды-охладители и др.). При необходимости могут быть предусмотрены также очистные сооружения. 3.2. Источники водоснабжения и проблемы их охраны от истощенияи загрязнений. Водозаборные сооружения Выбранный источник водоснабжения должен обеспечивать получение достаточных количеств воды с учетом возможного роста водопотребления, бесперебойность снабжения водой потребителей, сохранение сложившейся экологической системы при отборе воды из него. Кроме того, при выборе источника следует учитывать соответствие качества воды требованиям, предъявляемым потребителями, а также технико-экономические показатели. Выбранный источник водоснабжения необходимо согласовать с органами государственного санитарного надзора. Забор воды для целей водоснабжения возможен из поверхностных и подземных источников. Для хозяйственно-питьевого водоснабжения целесообразно применять подземные воды, как правило, с более высокими показателями качества, чем воды поверхностные. Если мощность водоносного пласта подземных вод недостаточна или они не пригодны для целей водоснабжения, то используют поверхностные источники. Использование подземных вод для производственных нужд нецелесообразно, если нет соответствующего обоснования. Подземные воды характеризуются постоянством температуры, санитарной надежностью, повышенной минерализацией. Возможно также иногда повышенное содержание в них железа, солей жесткости, сероводорода, фтора и марганца. Схема залегания подземных вод приведена на рис. 3.3. Подземные воды могут быть безнапоными и напорными. Безнапорные воды имеют свободную поверхность, называемую зеркалом подземных вод. Если полностью насыщенные водоносные пласты перекрыты водонепроницаемыми грунтами и имеют пьезометрический напор, то они называются напорными. Давление, создаваемое напорными водами, больше атмосферного. Если подземные воды имеют выход на поверхность, то образуются родники.  Подземные воды могут залегать в виде грунтового потока с непрерывным движением воды, имеющего уклон в направлении движения, а также в виде грунтового бассейна с неподвижной водой и горизонтальной свободной поверх- ностью. Подземные воды характери- зуются статическим и динамическим уровнями. Статический уровень – это уровень воды в колодце при отсутствии водоотбора. При отборе воды из колодца происходит падение уровня. Этот уровень называется динамическим. Понижение динамического уровня пропорционально количеству откачиваемой воды. Количество воды, которое может быть откачано при понижении динамического уровня на 1 м, называется удельным дебитом. Уровень воды и пьезометрические линии, установившиеся вокруг колодцев при откачке воды, образуют кривые депрессии. В качестве поверхностных источников используются реки, водохранилища, озера и моря. Для рек характерно сезонное колебание расхода и качества воды. Водохранилищам свойственны малая мутность, высокая цветность воды и наличие планктона в ней в летний период. Качество воды в озерах характеризуется большим разнообразием. Морская вода может использоваться для целей промышленного водоснабжения, а при отсутствии пресных вод – и для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения после ее опреснения. Зоны санитарной охраны Создание санитарных зон необходимо для предотвращения загрязнения источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. Они охватывают эксплуатируемый водоем и часть бассейна его питания. На этой территории, как правило, организуют три пояса санитарных зон, в каждом из которых устанавливают особый режим, санитарный надзор и контроль за качеством воды в источнике. Границы первого пояса зоны санитарной охраны (строгого режима) ограничивают источник в месте забора воды и площадку, занимаемую водозаборами, насосными станциями, очистными сооружениями и резервуарами чистой воды. Этот пояс охватывает акваторию рек и подводящих каналов не менее чем на 200 м от водозабора вверх по течению и 100 м вниз по течению. По прилегающему берегу она проходит на расстоянии не менее чем на 100 м от линии уреза воды при максимальном уровне. При ширине реки и канала до 100 м в зону первого пояса входит часть противоположного берега (по отношению к водозабору) шириной 50 м, при большей ширине – акватория шириной не менее 100 м. Зона санитарной охраны первого пояса для водохранилищ и озер охватывается границей, проходящей на расстоянии 100 м от водозабора по всей акватории источника к берегу. Для подземных источников граница проходит в радиусе 30 м от водозабора, если источник надежно защищен; при отсутствии гарантий надежной защиты граница пояса проходит в радиусе 50 м. В санитарной зоне первого пояса запрещено пребывание людей, не связанных с эксплуатацией сооружений. Второй пояс охватывает территорию по обеим сторонам реки на расстоянии 500 – 1000 м вверх по течению реки. Зона санитарной охраны этого пояса назначается исходя из пробега воды от его границы до водозабора в течение 3 суток при расходе воды 95%-й обеспеченности. Третий пояс охватывает территорию, окружающую источник, которая оказывает влияние на формирование в нем качества воды. Границы территории третьего пояса определяются исходя из возможности загрязнения источника химическими веществами. Сооружения для забора подземных вод Выбор типа сооружений и схемы их размещения зависит от глубины залегания водоносного пласта, его мощности и водообильности, условий залегания, геологических и гидрологических условий. Сооружения, применяемые для захвата подземных вод, подразделяются на следующие группы: шахтные колодцы, горизонтальные водозаборы, лучевые водозаборы, каптаж источников, скважины. Шахтные колодцы (рис. 3.4) применяют для забора воды из маломощных водоносных пластов, залегающих на глубине до 30 м от поверхности земли. Их выполняют из кирпича, бетона, железобетона, дерева и камня. Вода поступает в колодец через боковые отверстия, устраиваемые в стенках, и дно, засыпанное крупнозернистым материалом. Забор воды из шахтного колодца осуществляется с помощью сифонов или насосов. Для защиты колодца от попадания загрязнений и поверхностных стоков вокруг него устраивают отсыпку с мощением камнем, а также глиняный замок. Стенки колодца поднимают на 0,8 м над поверхностью земли. Сверху колодец закрывается крышкой.  В крупных централизованных системах водоснабжения шахтные колодцы применяются относительно редко. Их используют при индивидуальном пользовании, в сельской местности, во временных водопроводах. Горизонтальные водосборы представляют собой дренажи разных типов или водосборные галереи, укладываемые в пределах водоносного пласта (непосредственно на подстилающем водоупоре) на глубине 6 – 8 м при незначительной его мощности. Вода, поступившая из грунта в дренажные трубы, подается по ним в сборный резервуар, а оттуда откачивается насосами Лучевые водозаборы применяют для забора подрусловых и подземных вод, не имеющих питания из открытых водоемов. Водозаборы этого типа предусматривают при залегании водоносных пластов на глубине не более 15 – 20 м. Лучевой водозабор представляет собой разновидность шахтного колодца, оборудованного водоприемными фильтрами с дренами. Дрены располагаются в водоносном слое радиально по отношению к колодцу. Их выполняют из перфорированных стальных труб, прокладываемых способом продавливания из сборного колодца. Лучевые водозаборы позволяют максимально использовать водоносные слои. Для использования родниковой (ключевой) воды, отличающейся высокими показателями качества, применяют каптажные сооружения, которые представляют собой камеры типа шахтных колодцев, устраиваемые в месте выхода воды. Забор нисходящих потоков родниковой воды осуществляется через боковые стенки колодцев, в которых устраивают приемные отверстия. Эти отверстия с наружной стороны оборудованы фильтром из камней, гравия и песка, что препятствует попаданию в камеру наносов. Из колодцев вода по трубам отводится в запасной резервуар.  Для целей централизованного водоснабжения наиболее часто применяется несколько трубчатых колодцев или, как их часто называют, водозаборных скважин, объединяемых в общую систему водосборных сооружений. Характерной особенностью трубчатых колодцев (скважин) является их малый диаметр и относительно большая длина водозаборной части. Скважины (рис.3.5,а), устраи- ваемые путем бурения, предназначены для приема как напорных, так и безнапорных подземных вод, залегающих на глубине более 30 м. Это наиболее распространенный тип водозаборных сооружений подземных вод. В рыхлых грунтах стенки скважин крепят обсадными трубами. Для предохранения скважины от попадания в нее частиц грунта из водоносного пласта ее, как правило, оборудуют фильтром (рис. 3.5, б). Тип фильтра и его конструкцию выбирают в зависимости от водоносной породы. После оборудования скважины фильтром производят опытную откачку для определения ее удельного дебита, что позволит, в зависимости от требуемого расхода и мощности водоносного горизонта, определить необходимое число скважин. Скважины располагают перпендикулярно направлению потока подземных вод. При самоизливающихся скважинах вода отводится самотеком в сборный резервуар, а затем перекачивается либо на очистные сооружения, либо потребителям. При глубоком залегании динамического уровня скважины оборудуют артезианскими насосами или эрлифтами. В зависимости от грунтовых условий над водозаборной скважиной устраивают павильон или камеру из кирпича, бетона или железобетона. Сооружения для забора поверхностных вод При проектировании сооружений, предназначенных для забора воды из поверхностных источников, необходимо знать их гидрологический режим и иметь данные геологических и топографических изысканий. Водозаборные сооружения должны обеспечивать получение наиболее простым и дешевым способом необходимых количеств наиболее чистой воды. Располагать их нужно как можно ближе к потребителю. Речные водозаборные сооружения рекомендуется устраивать на участках, обеспечивающих плавное их обтекание и наименьшее стеснение русла реки, учитывая при этом опасность образования ледяных заторов, шугозажоров и внутриводного льда. Место забора воды, согласованное с органами санитарного надзора, должно иметь достаточную глубину и устойчивый берег. При устройстве водозаборных сооружений предусматривают мероприятия, обеспечивающие бесперебойную их работу и сохранность рыбы в водоеме. С учетом особенностей источника и условий забора воды водозаборные сооружения могут быть подразделены на береговые и русловые. Водозаборные сооружения берегового типа применяют при относительно крутом береге и наличии глубин, обеспечивающих условия забора воды. Их располагают на склоне берега с приемом воды непосредственно из русла реки. Водоприемники этих водозаборов бывают двух видов: раздельные (рис. 3.6, а) и совмещенные с насосной станцией (рис. 3.6, б). Совмещение насосной станции I подъема и водоприемного сооружения предусматривается в зависимости от амплитуды колебания воды в источнике, всасывающей способности устанавливаемых насосов, геологических и гидрологических условий.  Водоприемники совмещенного типа состоят из водоприемного колодца 1 с входными окнами 2, оборудованными решетками для задержания относительно крупных предметов. Водоприемное отделение разделено стенкой на две камеры: приемную 3 и всасывающую 4. В стенке имеются окна 8, перекрытые сетками с мелкими ячейками для задержания планктона, водорослей, мелкого сора и т.п. Проходя через решетки и сетки, вода подвергается механической очистке. Вода, прошедшая через сетки, забирается насосами 5, установленными в насосном зале 6, через всасывающие трубы 7 и подается на очистку или к потребителю. Для обеспечения бесперебойной работы водоприемник разделен перегородкой на секции. Размеры водоприемника определяют гидравлическими расчетами с учетом конструктивных и эксплуатационных соображений. Проектирование их ведется в тесной увязке с насосной станцией и подбором насосного оборудования. Водозаборные сооружения руслового типа (рис. 3.7, а) применяют при относительно пологом береге, когда требуемые для забора воды глубины находятся на большом расстоянии от берега. Водозабор состоит из оголовка 1, самотечных водоводов 2, берегового колодца 3 и насосной станции 11. Забор воды из реки производится через оголовок (рис. 3.7, б). Конструкция оголовка зависит от количества забираемой воды, глубины реки, ледовых условий, характера грунта и т.д. Существуют три типа оголовков: затопленные, затапливаемые высокими водами и незатапливаемые. В зависимости от применяемого материала оголовки бывают деревянные, бетонные и железобетонные.  Постоянно затопленные оголовки располагают не менее чем на 0,3 м ниже минимального расчетного уровня воды и на 0,6 м ниже нижней поверхности льда. Их широко применяют при устройстве систем хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения. Затапливаемые оголовки в межень не затоплены и обслуживаются с берега, а в паводок затапливаются и недоступны для профилактики. Незатапливаемые оголовки применяют в крупных водозаборах с целью повышения надежности подачи воды. Конструкции их рассчитываются на динамические воздействия ледяных полей, вследствие чего отличаются массивностью и высокой стоимостью устройства. Самотечные водоводы соединяют оголовок с береговым колодцем. Число водоводов принимают равным числу секций оголовка, но не менее двух. Прокладывают их ниже минимального уровня воды в реке. Как правило, самотечные линии выполняют из стальных труб. Скорость движения воды в самотечных линиях принимается 0,7 – 1,5 м/с. Для уменьшения заглубления трубопроводов вместо самотечных можно применять сифонные водоводы. |