Проектирование системы водоснабжения для обеспечения потребностей поселка и предприятия

Гидрогеологическое обоснование и проект водозабора подземных вод для водоснабжения поселка и промышленного предприятия. Конструкция водозаборных скважин. Качественный состав подземных вод, мероприятия по их улучшению. Расчет параметров водонапорной башни.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	19.05.2014
Размер файла	1,7 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект выполняется с целью проектирования системы водоснабжения для обеспечения потребностей поселка и предприятия. Исходными данными для выполнения курсового проекта являются типовые индивидуальные задания, содержащие сведения о населении поселка и количестве работников на предприятии, а также необходимые сведения о геологических и гидрогеологических условиях района работ и характеристики объектов водоснабжения и водопроводных путей.

В соответствии с темой курсового проекта необходимо решить следующие задачи в ходе его выполнения:

1. Проанализировать гидрогеологические условия района, схематизировать их и выбрать правильную расчетную схему;

2. Рассчитать и обосновать количество водозаборных скважин, схемы и места их расположения, выполнить необходимые гидродинамические расчеты;

3. Выбрать и обосновать конструкцию водозаборных скважин;

4. Выбрать и обосновать правильность выбора водоподъемного оборудования;

5. Обосновать схему водоснабжения и выполнить гидравлический расчет водопроводной сети;

6. Организовать зоны санитарной охраны водозабора.

В общей части приводятся основные сведения, полученные в индивидуальных заданиях: данные задания на проектирование, сведения об источниках водоснабжения, геологических и гидрогеологических условиях местности проектируемого водозабора.

1.1 Техническое задание на проектирование системы водоснабжения

Курсовой проект выполнен на основе следующих технических требований (исходных данных) по водоснабжению рабочего поселка и предприятия:

Население поселка, с учетом перспективы развития N=14 тысяч человек. На промышленном предприятии будут задействованы 40% жителей поселка, N1=5600 человек. На предприятии предполагается наличие горячих цехов (с тепловыделением более 20 ккал на 1 м/час), количество работников в которых (N2) составляет 3% от общего количества работников предприятия (N1), т.е. 168 человек. Работу на предприятии предполагается организовать в две смены (mc=2).

На технологические нужды на предприятие будет расходоваться 1500 м3/сут воды.

Предприятие будет удалено от поселка на расстояние 1,5 км.

Жилая застройка поселка в плане будет принята нами за прямоугольник с соотношением сторон 1:2. Поселок удален от предполагаемого водозабора на расстояние 2,2 км. Водонапорная башня расположена на прямой линии между предполагаемым водозабором и поселком, на удалении 1,5 км от него. Абсолютные отметки предполагаемого водозабора, водонапорной скважины, рабочего поселка и промышленного предприятия соответственно равны: 200,0; 201; 200,4 и 200,9 метров.

Предполагаемая этажность будет составлять 5 этажей.

Проектирование водозабора осуществляется в условиях средней полосы европейской части России.

Полный перечень исходных данных представлен в таблице 1:

Таблица 1. Перечень исходных данных

Количество жителей поселка

Количество работников предприятия

Количество работников в горячем цеху

На технологические нужды, м/сут

Жилой поселок располагается на расстоянии от предприятия, км

Жилая застройка имеет вид прямоугольника с соотношением сторон

Высота застройки с канализацией и водоснабжением

Удаление водонапорной башни от рабочего поселка, км

1.2 Определение размеров водопотребления

Расчет размеров водопотребления ведется на основе полученного индивидуального технического задания на проектирование (исходные данные — таблица 1) и установленных норм на различные нужды, определенных в основном нормативном документе — СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

Общие потребности в воде в условиях нашего участка проектирования будут рассчитываться из следующих слагаемых:

Qобщ = Qхпб + Qбл + Qхпп + Qтех + Qп (м3/сут),

где Qобщ — общее водопотребление; Qхпб — водопотребление для хозяйственно-питьевых и бытовых целей; Qбл — водопотребление на благоустройство; Qхпп — водопотребление для предприятия; Qтех — водопотребление для технических целей; Qп — водопотребление на случай пожаротушения.

Следует иметь в виду, что при определении размеров водопотребления руководствуются значениями средних норм потребления и суммарная производительность водозабора должна удовлетворять:

В районе жилой застройки и общественных зданий хозяйственно-питьевые нужды рассчитываются по формуле:

где 10-3- коэффициент перехода от литров к м3; kn — коэффициент, учитывающий расходы воды на местные нужды и неучтенные расходы, принимается равным от 1,05 до 1,1 (в нашем случае принимаем равным 1,05); qж — среднесуточная норма потребления воды на одного жителя, л/сут (195 л/сут); N — общая численность населения.

Qхпб = 1,1·195·14000·10-3 = 3003 м3/сут

Расход воды на благоустройство территории

Расход воды на благоустройство территорий (Qбл) определяется исходя из общей численности населения (N) и нормы на поливы (qпл = 90) исчисляемое на одного жителя:

Qбл = qпл·N·10-3 = 90·14000·10-3 = 1260 м3/сут

Хозяйственно-питьевые нужды на промышленном предприятии.

Потребности в воде на хозяйственно-питьевые нужды на промышленном предприятии рассчитываются по формуле

где Nх и Nг — численность работающих в холодных и горячих цехах; qх и qг — нормы расходы горячей и холодной воды на одного работника в смену, определенное по таблице 7 СНиП. В нашем случае qх = 25л/сут, qг = 45 л/сут; Nх = 5432 чел, Nг = 168 чел.

Qхпп = 2,5·45·168·10-3+3·25·5432·10-3= 18,9 + 407,4 = 426,3 м3/сут

Расход воды на пожаротушение.

Расчетный расход на наружное пожаротушение определяется по зависимости

где Qп — норма расхода воды на пожаротушение; qпж — 10 л/сут; t1 — расчетная продолжительность одного пожара (3 часа); t2- время восстановления пожарного запаса (24 часа).

Qп = 10·2·10800·10-3 = 216 м3/сут

Общие потребности в воде

Таким образом, общие потребности в воде по всем параметрам водопотребления составляют:

Qобщ = 3003 + 426,3 + 1260 + 1500 + 216 = 6405,3 м3/сут

2. Обоснование выбора источника водоснабжения конструкции водозабора

2.1 Геоморфологическая и геоэкономическая характеристика участков заложения водозабора и объектов системы водозабора

Участок водозабора расположен в средней полосе европейской части России и приурочен к зоне равнинного рельефа, относительная разность высот в пределах данного участка не превышает 10 метров. Основными элементами рельефа являются овраги глубинами до 30-40 метров.

В экономическом плане местность освоена довольно хорошо, имеется развитая сеть дорог (грунтовых и с твердым покрытием), густая сеть инженерных коммуникаций (ЛЭП, системы прудов и др.).

Источников заражения подземных вод на территории заложения водозабора не выявлено.

Карта со схематичным указанием пространственной ориентации проектируемой системы водоснабжения, привязанная к топографическому плану, представлена в приложении 1.

2.2 Геолого-гидрогеологические условия участка недр, схемы области фильтрации и гидродинамических расчетов

Проектируемый водозабор будет расположен в районе пос. Титовка, на склоне долины реки Нежеголь.

В геологическом плане участок проектируемого водозабора представлен следующими геологическими подразделениями: турон-маастрихтские (K2t-m) мела с коэффициентом фильтрации k = 1 м/сут и мощностью 60 метров; сантонские (K2st) мергели с коэффициентом фильтрации k = 0,05 м/сут и мощностью более 40 метров.

В качестве эксплуатируемого водоносного горизонта выбран турон-маастрихтский водоносный горизонт с коэффициентом фильтрации k = 1 м/сут, мощность 60 м. напор под кровлей водоносного горизонта в районе проектируемого водозабора составляет 125 метров. Напор над кровлей в пределах изучаемой местности неоднороден и имеет угол падения на юго-запад.

Выбор данного водоносного горизонта мотивируется тем, что из представленных двух водоносных горизонтов на данном участке местности (турон-маастрихтский и горизонт грунтовых вод) лишь турон-маастрихтский горизонт может обеспечить необходимую потребность воде столь значительного по населению сельского поселения.

2.3 Расчет количества скважин и обоснование схемы водозаборной скважины

Наиболее удачным на мой взгляд будет линейная схема водозабора, так как водозабор проектируется на турон-маастрихтский водоносный горизонт, имеющий направление потока на юго-запад. Соответственно, водозабор проектируется вытянутым по склону террасы в направление юго-запада местности с целью перехвата наибольшего количества воды.

Обоснование количества скважин производится на основе их проектной производительности. Проектная производительность водозаборных скважин принимается на основе их расчетной водозахватной способности, которая определяется исходя из допустимой входной скорости фильтрации в фильтр и площади рабочей части фильтра:

где Vф — допустимая входная скорость фильтрации, м/сут; k — коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут.

Площадь рабочей части фильтра определяется по формуле:

где Fф — площадь фильтра, м2; r0 и l — соответственно радиус и длина фильтра, м.

Qв = Vф·Fф = 130·?·r·l·,

где Qв — расчетная водозахватная способность водозаборной скважины, м3/сут.

В нашем случае, при значительном водопотреблении, принято решение о перекрытии всей толщи водоносного горизонта фильтром (30 метров). Радиус скважины равен 0,1 метра. Проектная производительность берется с понижающим коэффициентом Кп=0,5.

Учитывая все вышесказанное, водозахватная способность одной скважины будет составлять:

Qв = 130·3,14·0,1·30· = 1224,6 м3/сут

Проектная производительность Qп составит:

Qn = Kп·Qв= 0,5·1224,6 = 612,3 м3/сут

Для определения количества водозаборных скважин, для обеспечения потребностей в водопотреблении, используется следующая формула:

N = Qобщ/Qп = 6405,3/612,3 = 10

Таким образом, количество скважин будет равняться 10 плюс одна резервная, и того — 11.

Расстояние между скважинами составляет 200 метром, общая длина линейного водозабора составит 2,2 км. Водозаборные скважины проектируются на глубину 125 метров (в среднем).

2.4 Обоснование выбора расчетных формул. Гидродинамический расчет водозабора

Важнейшим условием безаварийной эксплуатации водозабора с сохранением качества воды является соблюдение условия, которое гласит, что фактическое понижение уровня подземных вод в центральной скважине водозабора не должно превышать допустимого понижения. Величина допустимого понижения определяется по формуле:

Sдоп = 0,5mпл = 0,5·60 = 30 м

Определим понижение в скважине, приняв расход переменным, по формуле:

где Q — производительность луча водозаборных скважин, м3/сут; R0 — радиус центральной скважины, м.

Таким образом, максимальное понижение в центральной скважине в процессе эксплуатации водозабора не будет превышать допустимого, то позволяет также подтвердить состоятельность выбранной схемы водозабора.

2.5 Конструкция водозаборных скважин

Водозаборные скважины проектируются глубиной 125 метров. Конечный диаметр скважин — 0,125 мм. Радиус фильтра — 0,1 метра. Скважины бурятся шнеками с твердосплавным лопастным буровым наконечником. Затем целесообразно перейти на колонковое бурение с промывкой. Высота проектируемого отстойника в скважине — 5 метров. В нашем случае будет использоваться сетчатый фильтр с гравийной обсыпкой на всю мощность водоносного пласта. Для перекрытия верхнего слоя, вмещающего в себя водоносный горизонт грунтовых вод, предусмотрена затрубная цементация зоны кондуктора.

Схема конструкции скважины представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема конструкции скважины

2.6 Качественный состав подземных вод и мероприятия по его улучшению

Водоснабжение поселка будет организовано за счет использования подземных вод турон-маастрихтского водоносного горизонта, которые характеризуются высоким качеством, чем поверхностные воды и воды первого от поверхности водоносного горизонта. Данные о химическом составе подземных вод в пределах изученного месторождения, а также предельно-допустимые концентрации (ПДК) компонентов в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая воды. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» представлены в таблице 2:

Таблица 2. Результаты исследования проб воды в скважинах

Проект по водоснабжению населенного пункта: виды источников, системы подачи воды, особенности устройства наружных сетей и многое другое

Подводка наружных сетей к потребителю

Основной задачей, которая стоит перед проектировщиками систем водоснабжения, является рациональное использование ресурса, и его санитарная защищённость. В основном, воду потребляют: промышленность, сельское хозяйство и население.

И если во многих видах производств её можно использовать повторно, то для двух других категорий потребителей вода нужна питьевого качества. Проекты по водоснабжению поселка или города, разрабатываемые с учётом имеющихся источников и прочих местных условий, и призваны обеспечить необходимое качество и количество воды.

Вид источника водоснабжения, и что он определяет

В природе существует две категории источников, откуда человек может брать воду:

1. К первой относятся озёра, водохранилища и реки – то есть поверхностные источники пресной воды. В озёрах вода более чистая, меньше содержит взвешенных частиц и обладает большей степенью минерализации. В водохранилищах и реках вода более мягкая, содержит больше органических веществ, из-за чего уровень её цветности более высокий. В целом, качество воды в поверхностных источниках сильно колеблется в зависимости от сезона.

В поверхностных источниках вода имеет повышенную цветность

1. Ко второй категории относятся воды, добываемые из подземных водоносных горизонтов, а так же родников, самотёком выходящих на поверхность. Вода из таких источников имеет гораздо более высокое качество и ей не требуется глубокая очистка. Единственно, воды из наиболее глубоких известняковых слоёв, которые называют артезианскими, часто значительно обогащены железом и фтором.

На заметку: В таком случае, проект водоснабжения поселка или небольшого города, снабжающегося из артезианской скважины, предусматривает строительство станции, где вода должна очищаться на специальных установках.

Небольшая станция водоочистки

От вида источника зависит структура всей системы водоснабжения: её технологическая схема (один из вариантов представлен на фото снизу), виды и количество входящих в неё сооружений, стабильность подачи воды, строительная цена и эксплуатационные расходы.

Примерная схема водоснабжения из поверхностного источника

Главное, что должен обеспечить любой проект водоснабжения города, это:

• Питьевое качество;
• Необходимое количество;
• Оптимальную мощность, не вредящую экологии водоёма;
• Кратчайшее расстояние от источника до потребителя.

На заметку: Интенсивная эксплуатация подземных источников может нарушить естественную прочность глубоких слоёв грунта, да и мощностей их недостаточно, чтобы обеспечивать крупные населённые пункты. К тому же, добыча подземных вод – достаточно дорогое удовольствие, поэтому их применение ограничено.

Состав системы, начиная от водозабора

Для того чтобы снабдить население водой, необходимо построить целый комплекс, включающий в себя сооружения по забору, очистке и хранению ресурса, а так же его подачи к месту потребления.

• Для того и разрабатываются проекты водоснабжения города, чтобы точно определить, сколько и каких именно сооружений требуется для эффективного снабжения. При этом, кроме вида источника учитываются ещё многие факторы, по которым, собственно, и осуществляется классификация таких систем.

Все виды систем, которые могут сооружаться в населённых пунктах

• К поверхностным источникам, которые имеют свою собственную классификацию, предъявляются совсем иные требования, нежели к подземным. Особое значение здесь имеют не только гидрогеологическая обстановка, но и геологические особенности местности.

Виды поверхностных водозаборов

• Чтобы, к примеру, построить водозабор берегового типа, необходим крутой берег с плотным грунтом, превышающая десятиметровую отметку глубина, малое образование донных наносов.
• Для русловых сооружений наоборот: нужен пологий берег с неустойчивым грунтом, и малая глубина источника — им небольшое количество наносов на дне не страшно.
• В них могут проектироваться оголовки двух типов:
  1. Первый тип призван только защитить и укрепить окончания самотечных трубопроводов, забирающих из источника воду.
  2. Второй тип представляет собой камеру, принимающую воду. К ней присоединены концы труб, которые и берут воду из камеры.

Примечание: В большинстве случаев оголовки являются постоянно затопленными, но есть и незатопляемые варианты, или затопляемые только при высоком уровне воды.

Станции I и II подъёма

Водозабор является первым в цепочке сооружений водоснабжающей системы. Второй идёт станция I подъёма – если она, как в случае с подземным источником, не совмещается с водозабором.

Вариат второй: схема с очистным сооружением

Эта станция может осущетсвлять подачу воды по трём схемам:

1. Непосредственно на точки потребления — то есть, без предварительной очистки;
2. В накопительные резервуары;
3. На очистные сооружения.

Проект: водоснабжение поселка от подземного источника

Непосредственно в потребительскую сеть вода подаётся станцией II подъёма — с помощью насосов, которые, в зависимости от объёма накопительной ёмкости могут работать ступенчато или равномерно. Тут всё зависит от режима потребления ресурса, исходя из графика выбирается и схема подачи.

Всего может быть три варианта организации сети:

• С водонапорной башней, которая обычно располагается в начале сети. При такой схеме станцию рассчитывают на средний расход. Суть её работы такова: при минимальном потреблении вода накапливается в ёмкости с тем, чтобы в часы пик можно было поддерживать максимальный объём подачи.

Вариант с водонапорной башней

• С применением контрезервуара. Он, наоборот, выносится за пределы сети — такие схемы чаще всего используют при проектировании пожарных водопроводов или при их совмещении с хозяйственно-питьевыми;

Схема подачи воды с контррезервуаром

• Безбашенный. Так как в этой схеме нет аккумулирующей напор ёмкости, ей требуется большее число насосов. Их количество рассчитывают путём деления максимального расхода по графику, на максимальную подачу одного агрегата.

Схема без башни

Вариант с водонапорной башней встречается наиболее часто, так как это сооружение лучше всего обеспечивает стабильную работу сети. А так же, что немаловажно, башня позволяет уменьшить диаметр магистрального трубопровода – а соответственно, и её общую стоимость.

Кирпичная водонапорная башня

На поселковых водопроводах могут устанавливаться металлические башни. В более крупных населённых пунктах это чаще всего кирпичное сооружение в виде многогранного либо цилиндрического ствола, или железобетонное — в виде бака или стакана.

Более подробно с возможными схемами подачи воды вас ознакомит видео в этой статье.

Особенности устройства наружной сети

Комплекс сооружений, позволяющий доставить воду от источника до конечного потребителя, называют наружной системой водоснабжения.

Основные требования, которые к ней предъявляются, это:

• Экономичность;
• Экологическая надёжность;
• Бесперебойность работы с учётом роста потребления ресурса;
• Обеспечение питьевого качества и необходимого напора воды.

Сеть состоит из магистрального и распределительного трубопроводов: первый осуществляет транспортировку воды в жилые кварталы и микрорайоны, второй – к пожарным гидрантам.

По конфигурации сеть может быть:

1. Тупиковой — то есть, с разветвлённой структурой;

Что такое тупиковая сеть

1. Кольцевой (с замкнутым контуром).

Определение кольцевой сети

На заметку: Кольцевая сеть более надёжна, поэтому для обеспечения водой населённых пунктов чаще всего проектируют именно этот вариант. При этом прокладка трассы должна осуществляться кратчайшим путём и по наиболее возвышенным точкам в рельефе.

Состав трубопроводов

Естественно, основным материалом для магистралей являются трубы. Варианты могут быть разными, на выбор влияют климатические и гидрогеологические условия местности, сейсмичность, расчётные нагрузки и гидростатическое давление.

Небольшая инструкция по видам труб представлена в таблице:

Разновидность труб	Условия применения
Благодаря долговечности сплава, чугунные трубы очень широко применяются для прокладки наружных трубопроводов. Минус их заключается в том, что они плохо противостоят динамическим нагрузкам.
	В отличие от металлических труб, асбоцементные абсолютно не поддаются коррозии. К достоинствам можно отнести высокую прочность и низкую теплопроводность. Минус тот же, что и у чугуна – низкая сопротивляемость нагрузкам динамического характера.
	ЖБ трубы имеют высокую прочность и самый большой диапазон диаметров. Поэтому их чаще всего используют для прокладки трубопроводов высокого давления.
	Полиэтиленовые трубы и прочны, и легки, и имеют высокую коррозионную устойчивость. Недостаток один – высокий коэффициент линейного расширения.
	В стальных трубах объединены все достоинства вышеперечисленных вариантов. Высокая подверженность коррозии компенсируется нанесением цинкового или другого вида покрытий.

Кроме непосредственно труб, магистрали оснащаются разного рода арматурой:

1. Запорно-регулирующей (вентили и задвижки);
2. Предохранительной (обратные и редукционные клапаны, воздушные вантузы);
3. Водоразборной (колонки, выпуски, гидранты);
4. Компенсаторами.

В сети так же проектируются колодцы и камеры, в которых эта самая арматура и устанавливается. В основном, их стоят из монолитного или сборного железобетона.

• Защиту трубопроводов от динамических нагрузок может обеспечить только правильная глубина заложения.
• Низ трубы обязательно должен находиться дальше отметки промерзания грунта, а её верх должен быть закрыт минимум метровым слоем земли.

Установка тройника своими руками на развилке трубопровода

• В местах поворотов и разветвлений трубопроводов, на них монтируют фасонные части, а для защиты от внутреннего давления, в этих местах устанавливают специальные упоры.
• В тех местах, где магистраль пересекается с автомобильной или железной дорогой, прокладку труб осуществляют в путепроводах, либо под насыпями в водопропускных трубах.

Водопроводные трубы в защитном футляре

Как вариант, предусматривается футляр в виде другой трубы, диаметр которой на 30 см больше тубы водопроводной.

Подготовка воды

Крайне редко вода изначально имеет хорошее качество и не требует дополнительной очистки. Чаще всего анализы показывают, что использовать воду для питья можно только после проведения комплексных мероприятий по очистке.

Кроме качества воды в самом источнике, на выбор способов очистки влияют местные условия, назначение водопроводной сети, экономическая целесообразность и производительность очистной станции.

Перечень методов очистки выглядит примерно так:

Категория обработки воды	Современные методы достижения результата
Осветление	Коагуляция (в свободном объёме или в смесительных камерах); Отстаивание; Фильтрование.
Обеззараживание	Хлорирование; Озонирование; Бактерицидное облучение.
Специальные виды обработки	Умягчение (удаление солей); Обезжелезивание; Стабилизация (подкисление, фосфатирование, рекарбонизация); Охлаждение; Обессоливание.

Заключение

Организация систем водоснабжения является довольно сложным и ответственным процессом, и учесть все требования и нюансы может только грамотно разработанный проект. В случае ошибок в нём, либо неправильной эксплуатации систем, трубопроводы становятся постоянными источниками переувлажнения грунта.

Это приводит к его просадке не только под водопроводной магистралью, но и под другими, близко расположенными коммуникациями и сооружениями — чего никак нельзя допускать.

Такого быть не должно

Пособие по проектированию водоснабжения (и канализации), сети которых прокладываются в сложных геологических условиях, поможет обеспечить эксплуатационную надёжность систем, основными критериями которой является способность трубопроводов деформироваться без потери транспортируемого ресурса. Если утечка всё же произошла, важно иметь возможность быстро получить об этом информацию, а воду своевременно собрать и отвести в ливневую канализацию.