Водоснабжение поселка

Современные инженерные системы сельскохозяйственного водоснабжения выполняют весь комплекс мероприятий по обеспечению хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения, включающий: добычу воды из различных источников, доведения ее качества до норм, заданных потребителем, подъем воды, транспортирование воды от источников до мест потребления и распределения ее между водопотребителями.

Для нужд современных городов, промышленных хозяйств и предприятий необходимо огромное количество воды, строго соответствующей по своему качеству требованиям ГОСТ 2874–82 «Вода питьевая» или технологии производств. Для решения этой важной народнохозяйственной задачи требуется тщательный выбор источников водоснабжения, организация охраны их от загрязнения, строительства очистных сооружений. Важной водохозяйственной задачей является проведение широких комплексных мероприятий по защите от загрязнения почвы, воздуха и воды, по оздоровлению рек и целых бассейнов.

Уделяется вопросам снижения стоимости строительно-монтажных работ, экономии металла, энергетических ресурсов и дефицитов материалов, к улучшению качества строительства, индустриализации и повышению надежности. Это достигается путем повышения производительности труда, широкого внедрения комплексной механизации, использование сборных железобетонных конструкций, применение не металлических труб, оптимизация режима эксплуатации сооружений.

Данный проект системы водоснабжения включает расчет и взаимоувязку различных сооружений и устройств (скважинного водозабора, водонапорная башня, резервуар чистой воды, насосная станция), наибольшую протяженность из которой имеют распределительные сети трубопроводов.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Расположение объекта водоснабжения

В настоящем проекте рассматривается водоснабжение поселка Прохладный Ставропольского края.

Населенный пункт расположен на расстоянии 16,00 км севернее от районного центра — города Ставрополя, и на расстоянии 306,00 км восточнее краевого центра — города Краснодара.

1.2 Материалы, положенные в основу дипломного проекта

Проект системы водоснабжения поселка Прохладный Ставропольского края составлен на основании следующих материалов:

— задание на проектирование системы водоснабжения поселка Прохладный Ставропольского края;

— топографическая съемка местности;

— материалы инженерно-геологических, гидрогеологических и почвенных изысканий;

— материалы по климатическим данным, присущим зоне проектирования системы водоснабжения;

ведомость водопотребителей.

1.3 Характеристика объекта водоснабжения

Территория поселка Прохладный Ставропольского края делится на жилую и производственную зоны. В юго-западной части населенного пункта находится молочно-товарная ферма (МТФ) и молочный завод, в северо-западной части населенного пункта находится свинотоварная ферма (СТФ) и мясокомбинат. Животноводство в данном населенном пункте является основным производственным направлением.

Современная жилищная застройка представлена в основном двухэтажными и индивидуальными (частными) домами.

Жилая застройка представляет собой прямоугольную сетку улиц.

Санитарно-гигиенические требования по состоянию территории соответствуют нормам и стандартам.

Зеленые насаждения общего пользования представлены в населенном пункте в виде: природного парка, цветников и древесной растительностью. На приусадебных участках имеются фруктовые сады и виноградники.

2. ПРИРОДНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ УСЛОВИЯ ОБЪЕКТА ВОДОСНАБЖЕНИЯ

2.1 Климат Ставропольский край расположен в зоне умеренно-континентального климата, преобладают ветра восточного и западного направления. Климатический режим в течение года существенно меняется, метеорологические сезоны года, как правило, не совпадают с календарными.

Зима на преобладающей части территории короткая и неустойчивая. Самый холодный месяц зимыянварь, средняя температура воздуха, которого составляет 4−5 С. Экстремальные температуры могут достигать больших значений. Так, минимальные температуры по всей территории края (кроме Кисловодска) опускаются ниже — 30 С. Самая низкая температура, отмеченная в крае — 38 С. Максимальные температуры зимой могут достигать +12С.

Среди зимы ежегодно наблюдаются оттепели с температурами воздуха до 5−10 С, иногда вызывающими сход снежного покрова. Снег появляется на большей части территории обычно в конце ноября — начале декабря, а устойчивый снежны покров образуется во второй половине декабря. В восточных районах более чем 50% зим снежны покров неустойчив, число дней с оттепелью за зиму достигает здесь 30−60.

Снежный покров в равнинной части территории невысокий. Средняя, из наибольших высот за зиму, в восточных районах края составляет 10 см и менее. К западу и в предгорьях высота снежного покрова увеличивается до 15−20 см, в горахдо 50 см и более.

Весна наступает почти повсеместно в первой декаде марта, в предгорьях на высоте 1200−1500 м — во второй половине марта, в горах на высоте более 2000 мв апреле и позднее. К этому времени разрушается устойчивый снежный покров, на равнинной территории к концу марта он полностью сходит. Полное оттаивание почвы также наблюдается в марте, реже — в феврале.

В конце марта — первой пятидневки апреля на равнинной территории наступает устойчивый переход температуры воздуха через 5 С в сторону повышения, а во второй декаде апреля прекращаются последние заморозки воздуха.

Нарастание тепла весной идет очень быстро, уже к концу второй — началу третьей декад апреля температура воздуха устойчиво переходит в 10 предел.

Лето, на большей части территории наступает в первой декаде мая. На равнинах оно жаркое, сухое, в предгорьяхпрохладное. Средняя месячная температура воздуха в июле, самом теплом месяце года, на равнинной части территории составляет +23−25 С. Лето на Ставрополье продолжительное: около 140 дней. Максимальная температура +44 С.

Преобладающее направление ветра — западное и восточное. Средняя скорость ветра составляет 2−5 м/с, максимальная скорость достигает 30−40 м/с.

Осень на равнинной части территории наступает в третьей декаде сентября, в предгорных районах и на Ставропольской возвышенности — на 10−15 дней раньше. Начало осени характеризуется устойчиво теплой и солнечной погодой. В средине октября температура воздуха переходит через 10 С в сторону понижения, заканчивается активная вегетация сельскохозяйственных культур.

В последних числах ноября — первой декаде декабря (в горах во второй половине ноября и раньше) наступает зима. На преобладающей части территории она короткая (2,5−3 месяца) и неустойчивая. В предгорных и горных районах с увеличением высоты места продолжительность зимы увеличивается. В горах на высоте 4500 м зима господствует постоянно.

Распределение осадков по территории края не равномерно, особенно в горных районах, где на величину осадков влияет высота и экспозиция склонов. Количество осадков за год уменьшается с юга на север и с запада на восток и составляет в юго-восточных районах края 350−500 мм, на Ставропольскй возвышенности — 600 мм, в предгорьях — 600−800 мм. Максимум осадков наблюдается летом. Продолжительность вегетационного периода — 180−185 дней.

2.2 Рельеф Рельеф Ставропольского края является столообразным останцом Ставропольской возвышенности, занимающей обширную территорию Предкавказья на юге Восточно-Европейской равнины. На юго-западе возвышенность ограничена долиной р. Кубани, на востоке рекой Кумой, на севере — Кумо-Манычской впадиной. Глубокими эрозионными врезами она расчленена на ряд отдельных столовых гор, называемых высотами: Прикалаусские, Бешпагирские, Ставропольские. Абсолютные отметки высот изменяются в пределах от 660 до 350 м.

Рельеф Ставропольского края сформировался под воздействием тектонических движений Ставропольского свода, находящегося в зоне Транскавказского поднятия, и эрозионных процессов.

Горный массив наклонен к северо-востоку и спускается ступенями в Юго-Западном направлении. Наибольшая высота 650 м над уровнем моря находится на юго-западе, а самые низкие точки отмечены в долинах рек в нижней части и достигают 350 м над уровнем моря. Таким образом, перепад высот с юго-запада на северо-восток составляет более 300 метров.

Верхняя часть горного массива Ставропольского края — самая древняя часть рельефа и рассматривается геологом Б. Л. Годзевичем как реликтовый фрагмент дна Среднесарматского моря, поднятый, деформированный и измененный экзогенными процессами. Крепостная гора располагаются также на верхнем ярусе рельефа, на позднеплиоценовой поверхности выравнивания, подстилаемой карабинским известняком-ракушечником, на втором ярусе (акчагыльской) поверхности выравнивания, бронированной мергелем и кара-бинскими известняками.

Ниже, на третьем ярусе, соответствующем апшеронской поверхности выравнивания, на мамайском нижнесарматском горизонте известняков находятся нижние части долины р. Мамайки.

Еще более низкие уровни миоцена — конкский, караганский, чокракский горизонты и майкопская серия — прослеживаются в Сенгилеевской котловине в обнажениях балки Вишневой.

Горный массив Ставропольского края сложен мезозойско-кайнозойскими осадочными породами, представляющими собой чехол молодой эпигерцинской Скифской плиты. Складчатый фундамент погружен на абсолютные глубины 1600—1700 м. Он сложен смятыми в складки осадочно-метаморфическими толщами, местами пронизанными телами гранитов и других магматических пород. Это остаток гор, возникших во время герцинского горообразования, а затем разрушенных в более поздние геологические периоды.

На складчатом фундаменте залегает мезозойско-кайнозойский осадочный чехол, представленный морскими и континентальными отложениями: песками, глинами, известняками, суглинками.

Нижний ярус осадочного чехла имеет юрский, меловой и нижнеи среднепалеогеновый возраст, это карбонатные, морские и терригенные отложения. Средний ярус сформировался при постепенном отступлении и обмелении моря, состоит из морских глин, известняков, песков, мергелей. Верхний ярус представлен морскими отложениями среднего миоцена и континентальными верхненеогеновыми и четвертичными глинами, песками, суглинками.

В основании лежат глины майкопского нижнего миоцена — олигоцена. Они обнажаются в нижней части котловины Сенгилеевского озера и имеют коричнево-серый цвет, листоватые с включениями сферосидеритов. Мощность майкопской толщи около 600 м. Выше располагаются толщи глин, алевролитов, мшанковых известняков, мергелей, песков и конгломератов тортонского яруса, среднего миоцена, включающего слои чокракского, караганского, конкского горизонтов. Они составляют в общей сложности мощностью около 180 м, они обнажены также в Сенгилеевской котловине.

Рисунок 1.-Геологический разрез территории Ставропольского края Над ними залегает 45−55 м глин с темными прослоями мергеля и известняка, относящихся к нижнесарматскому подъярусу среднего миоцена. Выше 10 метров составляют плотные мергели, глины, известняки мамайского горизонта, относящегося к среднему сармату. Их можно увидеть в обнажениях долин среднего течения рек Мамайки, Мутнянки, Желобовки.

Затем идет 40-метровая толща глин с линзами мергеля и включениями гипса крипитомактрового горизонта. Венчает морские отложения ставропольская толща среднего сармата до 25 м мощности. Она представлена кара-бинскими известняками, бронирующими горный массив. Выше — фортшта-дтские пески с прослоями глин, мергелей, ракушечника.

Верхний холоднородниковский горизонт Ставропольской свиты сложен известняками, песчаниками и песками.

Сверху над этими морскими отложениями во многих местах встречается осадочный комплекс континентальных отложений, представленный элювиально-делювиальными, речными и озерноиолотными отложениями. Речные отложения представлены песками, галькой, гравием, валунами из местных пород.

Современное развитие рельефа Ставропольского края в настоящее время поднимается со скоростью в среднем на 3—4 мм/год. Об этом свидетельствуют глубокие врезы оврагов и рек. Зарегистрированы землетрясения, достигавшие 5−7 баллов по 12-балльной шкале.

На рельеф действуют и внешние агенты — поверхностные и подземные воды, ветер, колебания температуры, деятельность человека.

водозаборный скважина трассировка поселок

3. РАСЧЕТ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ

3.1 Состав и количество водопотребителей При проектировании систем водоснабжения любого объекта, прежде всего, должно быть определено: сколько воды и какого качества требуется подавать данному водопотребителю. Для решения этой задачи необходимо с возможной полнотой учесть все категории водопотребителей и установить их требования к количеству и качеству подаваемой им воды.

При расчете водопотребления в сельской местности всех водопотребителей можно разделить на три сектора:

1) Коммунальный сектор (население, больницы, бани, полив газонов, цветников, зеленых насаждений, скот, птица в личном пользовании).

2) Животноводческий сектор (животноводческие комплексы, молочно-товарные фермы).

3) Производственный сектор (заводы по переработке сельскохозяйственных продуктов, кирпичные и т. д.).

Определение количества требуемой водопотребителю воды является весьма ответственной задачей при проектировании систем водоснабжения.

Для каждой группы водопотребителей существует определенные нормы потребителей воды, определяемые по ВНТП-Н-97.

Эти нормы водопотребления, состав водопотребителей и расчет среднесуточных расходов в течение года приведены в таблице 3.1.

Среднесуточный расход определяется по формуле (3.1)

(3.1)

— среднесуточный расход группы водопотребителей, м3/сут;

— количество водопотребителей на конец расчетного периода;

— суточная норма водопотребления, л/сут.

Таблица 3.1 — Определение среднесуточного расхода воды

3.2 Режим водопотребления Для того чтобы система водоснабжения надежно обеспечивала потребителей водой в любое время года, ее рассчитывают по максимальному расходу с учетом коэффициента суточной неравномерности .

Анализ неравномерности водопотребления в течение суток в действующих водопроводах позволяет выявить фактические коэффициенты неравномерности водопотребления в отдельные часы суток и рекомендовать численные значения таких коэффициентов для определения вероятных значений наибольших и наименьших часовых расходов воды в проектируемых системах водоснабжения. В соответствии со СНиП 2.04.02−84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», для сельских населенных пунктов в пределах Российской Федерации, коэффициенты суточной неравномерности принимают:

— для коммунального сектора ;

— для животноводческого сектора ;

— для производственного сектора .

Максимальные суточные расходы секторов п. Прохладный Ставропольского края определяются по формуле (3.2)

; (3.2)

— максимальный суточный расход соответствующего сектора, м3/сут;

— средний суточный расход соответствующего сектора, который берется из таблицы 3.1.

Определяем максимальные суточные расходы каждого из секторов п. Прохладный Ставропольского края

;

;

.

Максимальный суточный расход п. Прохладный Ставропольского края будет определяться по формуле (3.3)

(3.3)

— максимальный суточный расход п. Прохладный Ставропольского края, м3/сут.

Определяем максимальный суточный расход п. Прохладный Ставропольского края

;

Средний часовой расход п. Прохладный Ставропольского края (3.4)

(3.4)

— средний часовой расход п. Прохладный Ставропольского края, м3/сут.

— максимальный суточный расход п. Прохладный Ставропольского края, м3/сут.

Определяем средний часовой расход п. Прохладный Ставропольского края

;

При определении максимальных секундных расходов поселка можно использовать типовые графики или таблицы распределения воды по часам суток.

Необходимо определить, как распределяется вода по часам суток в процентах от общего конкретного расхода. Для этого рассчитываются коэффициенты секторов? К, ?Ж и? ПР, которые показывают, какую часть составляет расход сектора от расхода всего поселка. Коэффициенты секторов определяются по формуле (3.5)

; (3.5)

— максимальный суточный расход данного сектора, м3/сут;

— максимальный суточный расход п. Прохладный Ставропольского края, м3/сут.

Определяем коэффициенты каждого из секторов

;

;

.

Правильность вычислений заключается в том, что сумма определенных коэффициентов должна быть равна 1,00, то есть Для построения среднесуточного графика водопотребления всеми секторами ординаты их часовых расходов выражаем в процентах от суммарного суточного расхода воды.

Подсчеты часовых расходов воды отдельными секторами в процентах от общего суточного расхода воды п. Прохладный Ставропольского края сводятся в таблицу 3.2.

Суммы расходов воды отдельных секторов для каждого часа суток представляют собой величину сумм часового расхода воды (графа 8, таблица 3.2), выражаемого в процентах от суточного расхода воды в сети водопотребителя. Результаты подсчетов ординат приведены в графе 9 таблицы 3.2.

Таблица 3.2 — Типовая таблица распределения воды по часам суток п. Прохладный Ставропольского края

3.3 Определение максимального расхода воды водопотребителями Анализируя таблицу суточного водопотребления (таблица 3.2), можно сделать вывод, что максимальный часовой расход приходится на интервал времени с 12 до 13 часов дня и составляет 6,674% от общего расхода.

Процентное распределение расходов воды по часам суток определяется по формуле (3.6)

; (3.6)

— максимальный суточный расход п. Прохладный Ставропольского края, который необходимо принять за 100%.

Определяем среднее часовое распределение расходов воды по часам суток

.

Для проектирования водопроводных сооружений необходимо знать распределение расхода по часам суток. Поэтому проектируют общий суточный график расхода воды всего населенного пункта в целом. Коэффициент часовой неравномерности необходим для определения максимальных секундных расходов по секторам, который равен отношению максимального часового расхода воды к среднему, то есть отношению максимальной ординаты суточного графика расхода воды к средней ординате.

Следовательно, коэффициент часовой неравномерности водопотребления определяется по формуле (3.7)

(3.7)

— максимальный часовой расход воды или максимальная ордината суточного графика водопотребления воды, %;

— средний часовой расход воды или средняя часовая ордината суточного графика водопотребления воды, %.

Определяем коэффициент часовой неравномерности водопотребления Максимальный секундный расход в целом п. Прохладный Ставропольского края, определяется по формуле (3.8)

; (3.8)

— максимальный секундный расход п. Прохладный Ставропольского края, л/с;

— максимальное значение суммарной ординаты часового водопотребления, %.

Определяем максимальный секундный расход п. Прохладный Ставропольского края

.

Максимальные секундные расходы по секторам определяются по формулам (3.9); (3.10); (3.11).

; (3.9)

; (3.10)

(3.11)

— значения ординат коммунального, животноводческого и производственного секторов соответственно, взятые в % от общего расхода.

Определяем максимальные секундные расходы воды по секторам:

;

;

.

После проведения расчетов необходимо выполнить проверку максимальных секундных расходов исходя из условия (3.12)

; (3.12)

Выполним проверку максимальных секундных расходов

;

Теперь необходимо определить максимальные секундные расходы крупных водопотребителей входящих в населенный пункт (баня, больница, детский сад, школа, Дом культуры, административное здание), который определяется по формуле

(3.13)

— максимальный расход воды i-ого водопотребителя, л/с;

— пропускная способность i-ого водопотребителя, количество учащихся, работающих;

— средняя суточная норма водопотребления для i-ого водопотребителя, л/с;

— коэффициент суточной неравномерности для i-ого водопотребителя;

— коэффициент часовой неравномерности для i-ого водопотребителя;

— время работы i-ого водопотребителя, часы.

Для бани:

(12)

где: — максимальный расход воды в бане, ;

— пропускная способность бани;

— среднесуточная норма потребления;

— коэффициент суточной не равномерности;

— коэффициент часовой неравномерности определяется по данным таблицы № 4.2 (максимальное значение ординаты колонки 2 разделить на среднее значение 4,17);

— время работы бани (16 часов в сутки) Для Больницы:

(13)

где: — максимальный расход воды в больнице, ;

— пропускная способность больницы;

— среднесуточная норма потребления;

— коэффициент суточной не равномерности;

— коэффициент часовой не равномерности =;

— время работы больницы (24 часа в сутки) Для Школы:

(14)

где: — максимальный расход воды в школе, ;

— пропускная способность школы;

— среднесуточная норма потребления;

— коэффициент суточной не равномерности;

— коэффициент часовой не равномерности =;

— время работы школы (8 часов в сутки).

Для детского сада:

(15)

где: — максимальный расход воды в детском саду, ;

— пропускная способность столовой;

— среднесуточная норма потребления;

— коэффициент суточной не равномерности;

— коэффициент часовой не равномерности =;

— время работы столовой (8 часов в сутки).

Для административного здания:

(15)

где: — максимальный расход воды в административном здании,;

— пропускная способность столовой;

— среднесуточная норма потребления;

— коэффициент суточной не равномерности;

— коэффициент часовой не равномерности =;

— время работы столовой (10 часов в сутки).

Для дома культуры:

где: — максимальный расход воды в столовой, ;

— пропускная способность столовой;

— среднесуточная норма потребления;

— коэффициент суточной не равномерности;

— коэффициент часовой не равномерности =;

— время работы столовой (12 часов в сутки).

Максимальные секундные расходы воды для молочно-товарной и свинотоварной ферм определяются в их процентном соотношении ко всему животноводческому сектору:

;

Также определяем максимальные секундные расходы для молочного завода, хлебопекарни, автотракторного гаража и мясокомбината:

;

;

.

4. ВЫБОР ИСТОЧНИКА И СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

4.1 Выбор источника водоснабжения При определении принципиальной схемы водоснабжения необходимо выбрать источник водоснабжения, удовлетворяющий потребности в воде объекта водоснабжения, как по количеству, так и по качеству воды. При водоснабжении населенных пунктов можно использовать подземные и поверхностные воды, а также воды местного стока.

Использование поверхностных вод и вод местного стока для целей водоснабжения нежелательно, ввиду ненадежности их в бактериальном и химическом отношении.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения следует отдавать предпочтение пригодным по дебиту и качеству водам подземных источников. При этом в большинстве случаев удается обойтись без очистки воды, что ведет к снижению эксплуатационных и строительных затрат. При использовании подземных вод для целей водоснабжения широко применяются трубчатые колодцы (скважины), дающие возможность получения высококачественной воды с больших и малых глубин.

Для обеспечения потребности в воде хозяйственно-питьевого качества дипломным проектом предусмотрено бурение водозаборной скважины.

Использование подземной воды для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения согласовывается с органами санитарно-эпидемиологической службы.

Данная скважина имеет следующие параметры:

1) Глубина скважины 392,0 м.

2) Мощность водоносного пласта-180,0 м.

3) Статический уровень воды в скважине находится на расстоянии 24,00 м ниже поверхности земли.

4) Динамический уровень воды в скважине находится на расстоянии 24,98 м ниже поверхности земли.

5) Качество воды соответствует (ГОСТ 2874−82) СанПиН 2.1.4.1074−01 «Вода питьевая».

Содержание в воде различных соединений приведено в таблице 4.1.

4.2 Выбор системы водоснабжения

Механизированное обеспечение водой потребителей осуществляется с помощью сооружений, которые служат для ее добычи, транспортирования, хранения и распределения между водопотребителями. Комплекс этих сооружений выбирается в зависимости от ряда факторов:

— водоисточник;

— рельеф местности;

— характер водопотребителя.

Указанный комплекс в зависимости от приведенных факторов может располагаться в определенной последовательности и называется в этом случае — системой водоснабжения. Применительно к нашим условиям, принимаем систему, состоящую из следующих компонентов:

— водозаборная скважина с погружным насосом;

— резервуары чистой воды;

— насосная станция II — го подъема;

— водонапорная башня;

— разводящая сеть.

Таблица 4.1 — Содержание в добываемой воде различных примесей

4.3 Выбор системы противопожарного водоснабжения

В сельской местности противопожарный водопровод объединен с хозяйственно-питьевым водопроводом.

Необходимое давление обеспечивается передвижными насосами. В напорно-регулирующем резервуаре водонапорной башни хранится 10-ти минутный запас воды на случай пожаротушения. Уровень воды в резервуаре должен постоянно обеспечивать указанный запас воды на нужды пожаротушения.

В резервуаре чистой воды хранится 3-х часовой запас воды для пожаротушения. Забор этой воды осуществляется дополнительными пожарными насосами.

У более крупных водопотребителей, таких как, баня, больница, столовая, животноводческий и производственный сектор, будет применяться автономное пожаротушение, которое будет обеспечиваться из своих резервуаров при помощи пожарных насосов.

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОЗАБОРНОЙ СКВАЖИНЫ

5.1 Геологическое и гидрогеологическое обоснование источника водоснабжения

Бурение одиночной разведочно-эксплуатационной скважины обосновывается на анализе конкретной территории и составляется только для данной скважины. Одним из самых сложных элементов проекта водозаборной скважины является обоснование ее конструкции. При этом необходимо учитывать особенности геологического разреза, глубины залегания водоносных горизонтов, их удельный дебит, потребный и расчетный дебит, расчетный динамический уровень, тип и конструкция водоприемной части, тип водоприемника и способ бурения водозаборной скважины.

Удельный дебит скважины (проектируемый) равен .

Расчетный дебит скважины определяется по формуле (5.1)

; (5.1)

— расчетный дебит скважины, ;

— время работы насосной станции I-го подъема, часы;

— суточная подача насосной станции I-го подъема, .

Суточная подача насосной станции I-го подъема определяется по формуле (5.2)

(5.2)

— суточная подача насосной станции I-го подъема, ;

— максимальный суточный расход п. Прохладный Ставропольскрго края, м3/сут.

— коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды.

Определяем суточную подачу насосной станции I-го подъема

.

Полученное значение суточной подачи насосной станции I-го подъема подставляем в формулу (5.1) и определяем расчетный дебит водозаборной скважины

.

5.2 Расчет понижения уровня воды в водозаборной скважине

Величину понижения уровня воды в водозаборной скважине находим из условия обеспечения водопотребности объекта водоснабжения. Расчет величины понижения определяем по формуле (5.3)

; (5.3)

S — понижение уровня воды в скважине, ;

— полный дебит скважины, .

Так как расчетный водоносный горизонт имеет мощность 180,0 м и удельный дебит этого водоносного горизонта составляет 0,63 м3/ч, то полный приток воды (дебит) в скважину составит

м3/ч (5.4)

h — мощность водоносного горизонта, 180,0 м;

q — удельный дебит водоносного пласта, 0,63 м3/ч.

Определяем величину понижения уровня воды в водозаборной скважине

Зная, что абсолютная отметка устья скважины составляет 75,5 м, а глубина статического уровня расчетного водоносного горизонта от устья составляет 24,0 м, то можно определить отметку статического уровня воды в скважине

м;

— отметка статического уровня воды в скважине, м;

— абсолютная отметка устья скважины, м;

— глубина статического уровня расчетного водоносного горизонта от устья, м.

Зная отметку статического уровня воды в скважине, мы можем определить отметку динамического уровня воды в скважине, при потреблении воды

м;

— отметка динамического уровня воды в скважине, при потреблении воды, м;

— отметка статического уровня воды в скважине, м;

Sрасч — понижение уровня воды в скважине при ее отборе, м.

5.3 Обоснование выбора эксплуатационного горизонта водозаборной скважины

Согласно литологическому разрезу, для водоснабжения могут быть использован водоносных горизонт, сложенный песками, мергелем, известняком, обладает водой хорошего качества и имеет большой напор. Его статический уровень устанавливается на глубине 24,00 м от поверхности земли, а удельный дебит составляет .

Этот водоносный горизонт необходимо принять за эксплуатационный.

5.4 Определение глубины водозаборной скважины

Глубина водозаборной скважины определяется как разность отметок ее устья и подошвы эксплуатационного горизонта плюс 1,50 м, по формуле (5.5)

; (5.5)

— глубина водозаборной скважины, м;

— отметка устья водозаборной скважины, м;

— отметка подпорного водоносного горизонта водозаборной скважины, м.

Определяем глубину водозаборной скважины

.

5.5 Выбор и обоснование способа бурения скважины

Бурение водозаборной скважины ведется роторным способом. При таком способе бурения достигается большая скорость бурения.

5.6 Выбор типа водоподъемника

Основными показателями для выбора насоса того или иного типа являются две основные его характеристики: подача — и полный напор ;

Расчетный расход насосной станции I-го подъема определяется по формуле (5.6)

; (5.6)

— расчетный расход насосной станции I-го подъема, м3/с;

— коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды водопровода;

— максимальный суточный расход, 3343,252 м3/сут;

— время работы насосной станции I-го подъема, 24 часа.

Определяем расчетный расход станции I-го подъема

или .

При подаче воды из артезианской скважины в резервуар чистой воды, полный напор насоса определяется по формуле (5.7)

; (5.7)

— полный напор насоса, м;

— геодезический (статический) напор. Это разность отметок максимального уровня воды в резервуаре чистой воды и динамического уровня в скважине, м;

— суммарные потери напора в нагнетательном трубопроводе, м;

— запас напора на излив воды из трубопровода, м.

Суммарные потери напора в нагнетательном трубопроводе определяются из условия, что скорость в нагнетательном трубопроводе должна находится в пределах 1,10 — 1,60 м.

Скорость в нагнетательном трубопроводе можно определить по формуле (5.8)

; (5.8)

— скорость в нагнетательном трубопроводе, м/с;

— расчетный расход насосной станции I-го подъема, л/с;

— диаметр напорного трубопровода, мм.

Определяем скорость в нагнетательном трубопроводе

.

Суммарные потери напора определяются по формуле

; (5.9)

— суммарные потери напора в напорном трубопроводе, м;

— удельное сопротивление трубопровода, взятое по приложению 9 в зависимости от диаметра и материала труб, ;

— длина напорного трубопровода, м.

— скоростной коэффициент;

— расчетный расход насосной станции I-го подъема,

— коэффициент потерь напора в местных сопротивлениях.

Определяем суммарные потери напора

.

Определяем полный напор насоса

.

Исходя из определенного расчетного расхода насосной станции I-го подъема () и полного напора насоса () выбираем подходящий нам по характеристикам насос марки ЭЦВ 6−16−30 (ГОСТ 10 428−89*).

Для установки этого насоса диаметр эксплуатационной колонны должен быть не менее 150,00 мм.

Внутренний диаметр эксплуатационной колонны в соответствии с существующими стандартами (таблица 2 [2]) принимается равным 159,10 мм.

5.6.1 Определение диаметра долот

Трубы в эксплуатационной колонне будут соединяться при помощи электросварки, поэтому муфты не понадобятся.

При роторном бурении спуск труб свободный, поэтому бурение ведут долотами, диаметр которых должен быть на 100,00 мм больше эксплуатационного диаметра. Диаметр долота определяется по формуле (5.10)

; (5.10)

— диаметр долота, мм;

— эксплуатационный диаметр колонны труб, мм.

Определяем диаметр долота

.

Принимаем рабочее долото ДГЛ с диаметром 410,00 мм. Высота данного долота — 335,00 мм, а масса — 41,70 кг.

5.6.2 Выбор типа бурового станка

Выбор станка зависит от диаметра бурения и расчетной глубины скважины. Выбираем буровой самоходный станок — БА-15 В с глубиной бурения до 500 м.

5.6.3 Выбор типа и расчет фильтра

Расчет фильтра начинается с определения его основных параметров:

— наружный диаметр фильтра ;

— длина рабочей части .

Схема к расчету фильтра приведена на рисунке 5.2.

Длина рабочей части определяется по формуле (5.11)

(5.11)

— длина рабочей части фильтра, мм;

— производительность скважины, м3/ч;

а — эмпирический коэффициент, зависящий от гранулометрического состава пород водоносного горизонта, определяется по таблице 8 [2];

— наружный диаметр фильтра, мм, следует определять по формуле (5.12)

; (5.12)

— эксплуатационный диаметр труб, мм.

Определяем наружный диаметр фильтра

.

Определяем длину рабочей части фильтра Исходя из того, что гранулометрический состав водоносного пласта состоит из мелкозернистого песка, то мы конструктивно выбираем каркасно-стержневой гравийный фильтр с однослойной обсыпкой.

5.6.4 Расчет одноступенчатой цементации затрубного пространства водозаборной скважины

Для изоляции водоносных пластов цементирование обсадных колонн необходимо производить от башмака до устья, то есть на полную глубину.

Отсутствие или плохое качество изоляции затрубного пространства приводит к нарушению санитарного состояния источника, коррозионному разрушению обсадных труб, пескованию скважины и т. д.

Состав 1,00 м³ цементного раствора:

— тампонажный цемент 1,00 т;

— просеянный песок 0,77 м³;

— вода 0,33 м³.

Объем цементного раствора определяется по формуле

VЦР — объем цементного раствора, м3;

ДСК — диаметр скважины, м;

ДН — наружный диаметр обсадных труб, м;

Н — высота подъема цементного раствора в затрубном пространстве, м; К— коэффициент, учитывающий возможное увеличение цементного раствора от заполнения расширений и каверн, 1,3;

ДЭ — внутренний диаметр обсадных труб, м;

h — высота цементного стакана, в обсадных трубах принимают согласно ГОСТа, 3, м;

Определяем плотность цементного раствора

?цр — плотность цементного раствора, т/м3;

уц — плотность цемента, т/м3;

ув — плотность воды, т/м3;

т — водоцементный фактор;

Определяем массу сухого цемента, необходимого для приготовления 1 м³ цементного раствора

qцр — масса сухого цемента, м3;

уц — плотность цемента, т/м3;

ун — плотность воды, т/м3;

т — водоцементный фактор;

Определяем общую массу цемента необходимого для цементации

QЦ — общая масса цемента, т;

qсц — масса сухого цемента, м3;

Vцр — объем цементного раствора, м ;

? — коэффициент потери цемента при его затвердевании;

Объем воды необходимой для приготовления цементного раствора определяют по формуле

VВ — объем воды, м3;

QЦ — общая масса цемента, т;

т — водоцементный фактор;

5.7 Зоны санитарной защиты

Зона санитарной защиты устраивается для охраны источников водоснабжения от загрязнений и должна устраиваться на всех строящихся и реконструирующихся водопроводах питьевого значения. Зона санитарной охраны должна иметь: для водозаборных сооружений и площадок водопроводных сооружений — первый пояс, для водопроводов — второй пояс.

На территории первого пояса запрещается всякое строительство, проживание людей, выпуск стоков, выпас скота, применение ядохимикатов, органических и минеральных удобрений. В пределах населенных пунктов зона санитарной защиты должна быть обнесена глухим забором высотой не менее двух с половиной метров.

В дипломном проекте принимается территория первого пояса санитарной охраны квадратной формы с размером 100,00×100,00 м. Также предусмотрено ограждение санитарной зоны сплошным забором высотой 2,50 м и озеленение прилегающей территории.

6. НАРУЖНАЯ ВОДОПРОВОДНАЯ СЕТЬ

6.1 Трассировка разводящей водопроводной сети

Трассирование водопроводной сети, в процессе которого ей придают определенное геометрическое очертание в плане, зависит от планировки объекта водоснабжения, размещения на его территории отдельных водопотребителей и рельефа местности.

В населенных пунктах, имеющих планировку, близкую по очертанию к квадрату или прямоугольнику, рекомендуется прокладывать кольцевую сеть. Закольцовке подлежат объекты с максимальным водопотреблением.

Кольцевая схема является наиболее надежной по сравнению с тупиковой, так как обеспечивает бесперебойную подачу воды, даже в случае аварии на каком-либо участке.

При трассировке водопроводной сети необходимо руководствоваться следующими положениями:

— главные магистральные линии трубопроводов нужно направлять по кратчайшему расстоянию к наиболее крупным водопотребителям;

— водопроводные линии должны быть расположены равномерно по все территории объекта водоснабжения;

— магистральные линии следует прокладывать параллельно линиям застройки и на возвышенных участках местности;

— в данном проекте принимается кольцевая водопроводная сеть, состоящая из 5 колец. Материал труб — стальные, электросварные прямошовные, согласно ГОСТ 10 704–91.

На рисунке 6.1 представлена схема проектируемой кольцевой водопроводной сети.

После того, как проведена трассировка кольцевой водопроводной сети, производится замер длины каждого участка трубопровода, а результаты заносятся в таблицу 6.1. В таблице 6.1 в графе «Примечания» знаком «П» отмечаются те участки водопроводной сети, на которых происходит путевая раздача воды, а знаком «Т» — те участки, где происходит только транзитный расход воды.

Общая протяженность трубопровода равна сумме длин участков с путевой раздачей и транзитным расходом. Определяем общую длину трубопровода

.

Рисунок 6.1 — Схема проектируемой кольцевой водопроводной сети

Таблица 6.1 — Результаты трассировки кольцевой водопроводной сети

6.2 Определение расходов в водопроводной сети

Максимальные секундные расходы отдельных водопотребителей будут являться расчетными на участках, подводящих воду к этим водопотребителям, при условии, что эти трубопроводы не служат для путевой раздачи воды.

Для определения расхода по всем остальным участкам сети условно считают хозяйственный расход, который равномерно распределяется по длине участков, на которых происходит путевая раздача воды потребителям.

Хозяйственный расход определяется по формуле (6.1)

; (6.1)

— хозяйственный расход, л/с;

— максимальный секундный расход коммунального сектора, л/с;

— сосредоточенный расход, который будет включать в себя расходы больницы, бани, детского сада, магазина и парикмахерской, л/с.

Определяем хозяйственный расход

.

Удельный расход определяется по формуле (6.2)

(6.2)

— удельный расход, л/с на 1 п.м.;

— сумма длин хозяйственных участков трубопровода или сумма длин участков, на которых происходит путевая раздача воды (таблица 6.1), м.

Определяем удельный расход

на

6.3 Определение расчетных расходов на участках кольцевой водопроводной сети

Для определения расчетных расходов на участках кольцевой водопроводной сети используется метод приведения путевых расходов к узловым расходам.

Полный узловой расход равен сумме сосредоточенного расхода данного узла и расходов, примыкающих к узлу водопотребителей. Сосредоточенный расход определяется по формуле (6.3)

; (6.3)

— сосредоточенный расход, л/с;

— удельный расход, л/с на 1 п.м.;

— сумма длин путевых участков, примыкающих к узлу, м.

Определение узловых расходов ведется в табличной форме (таблица 6.2.)

Далее по схеме намечается движение воды по участкам, придерживаясь четкого правила: к любой точке трубопровода вода должна подаваться по кратчайшему пути без возможных направлений ее в обратную сторону.

Проверить правильность расчетов можно следующим образом: сумма всех узловых расходов должна быть равна хозяйственному расходу, а сумма всех полных узловых расходов должна быть равна максимальному секундному расходу поселка.

На рисунке 6.2 приведена схема распределения воды по кольцевой водопроводной сети.

Таблица 6.2 — Расчет узловых расходов

6.4 Гидравлический расчет и увязка кольцевой водопроводной сети

При гидравлическом расчете кольцевой водопроводной сети определяют диаметры труб по участкам, а также потери напора в них.

Расчетный диаметр труб на участке трубопровода определяется по формуле (6.4)

; (6.4)

— расчетный диаметр труб, м;

— расчетный расход на участке трубопровода, м3/с;

— оптимальная скорость движения воды в трубопроводе, м/с.

Общие потери напора на участке трубопровода определяются по формуле (6.5)

; (6.5)

— общие потери напора на участке трубопровода, м;

— удельное сопротивление трубопровода, (с/л)2;

— расчетный расход на участке трубопровода, м3/с;

— длина расчетного участка трубопровода, м;

— скоростной коэффициент;

— коэффициент, учитывающий местные потери напора.

В кольцевой водопроводной сети на участках, где вода относительно центра кольца движется по часовой стрелке потери напора принимаются со знаком «+», а если против часовой стрелки, то со знаком «- «. Алгебраическая сумма потерь напора в кольце водопроводной сети называется невязкой кольца (). На практике величина невязки не должна превышать. Если величина полученной невязки превышает допустимую величину, то кольцевую сеть необходимо увязать.

Чтобы увязать кольцевую водопроводную сеть, следует перебросить часть первоначального прикидочного расхода из перегруженной ветви, где потери напора больше, в недогруженную. Для соблюдения баланса расходов в узлах, необходимо исправлять расход в обеих ветвях на одинаковую величину, то есть, если в недогруженной ветви расчетный расход увеличивают на величину, то на эту же величину следует уменьшить расход проходящий по перегруженной ветви. Расход принято называть поправочным расходом. Новые расходы, проходящие по участкам кольцевой сети, называют исправленными расходами. По исправленным расходам определяются новые потери напора на участках кольца, и вычисляется новая невязка.

Поправочный расход определяется по формуле (6.6)

; (6.6)

— поправочный расход, л/с;

— невязка кольца, м;

— расход на участке кольца, л/с;

— сопротивление участка кольца, (с/л)2м.

Сопротивление участка кольца определяется по формуле 6.7

; (6.7)

— удельное сопротивление трубопровода, (с/л)2;

— длина расчетного участка трубопровода, м;

Гидравлический расчет и увязка кольцевой сети ведется в табличной форме — таблица 6.3. Схема распределения воды по участкам водопроводной сети после увязки приведена на рисунке 6.3.

6.5 Гидравлический расчет тупиковых ответвлений кольцевой водопроводной сети

Гидравлический расчет тупиковых ответвлений кольцевой водопроводной сети будем вести по вышеприведенным формулам: 6.4; 6.5 и 6.6.

Скорость движения воды в трубопроводах будет определяться по формуле 6.8

; (6.8)

— действительная скорость воды в трубопроводе при принятом стандартном диаметре труб, м/с;

— расчетный расход воды на участке, м3/с;

— принятый стандартный диаметр, м.

Гидравлический расчет тупиковых участков кольцевой водопроводной сети сводим в таблицу 6.4.

Таблица 6.4 — Гидравлический расчет тупиковых участков кольцевой водопроводной сети

Рисунок 6.3. — Схема распределения воды по участкам водопроводной сети после увязки

6.6 Проверка кольцевой водопроводной сети на пропуск воды при тушении пожаров

Рассчитав водопроводную сеть на основные случаи ее работы, необходимо произвести поверочные гидравлические расчеты ее на случай пожара в час максимального водопотребления, то есть проверяют принятые диаметры линий сети на пропуск дополнительного количества воды, подаваемого для тушения пожара в намеченное место. Точками пожара назначают узлы водопроводной сети, наиболее удаленные от водопитателя или расположенные на высоких отметках территории.

При поверочном расчете на случай пожара на каждом участке сети определяется скорость воды, которая будет в трубопроводе при пропуске по нему дополнительного пожарного расхода.

Скорость воды на участке сети, которая будет в трубопроводе при пропуске по нему дополнительного пожарного расхода, определяется по формуле (6.9)

; (6.9)

— скорость на участке сети, м/с;

— расчетный расход на участке водопроводной сети, м3/с;

— пожарный расход, м3/с;

— принятый стандартный диаметр, м.

Скорость воды на участке сети, которая будет в трубопроводе при пропуске по нему дополнительного пожарного расхода, определяется только на участках кольцевой водопроводной сети, из которых происходит путевая раздача воды.

Скорости течения воды на участках сети при пожаре не должны превышать допустимые скорости — 2,50 м/с.

Если скорости будут превышать допустимые, то необходимо увеличить диаметры труб на соответствующих участках.

В некоторых случаях, на отдельных объектах водоснабжения возможна организация автономного пожаротушения с устройством противопожарных запасов воды и установкой пожарных насосов.

Расчет и увязка кольцевой водопроводной сети ведется в табличной форме — таблица 6.5.

Таблица 6.5 — Увязка сети на пропуск хозяйственного расхода