Основные сведения о системах и схемах наружного водоснабжения

Системы водоснабжения – это комплекс сооружений для забора воды, очистки, хранения и подачи потребителям. В систему водоснабжения входят следующие сооружения: водоприемные сооружения (водозаборы), при помощи которых осуществляется забор (прием) воды из природных источников; насосные станции; сооружения для очистки воды (станция очистки); водоводы и водопроводные сети для подачи воды потребителям; башни и резервуары для создания запасов воды и регулирования напоров и расходов воды.

1. Системы водоснабжения классифицируются на: городские, поселковые, промышленные (производственные), сельскохозяйственные, железнодорожные и др.

2. По назначению: хозяйственно-питьевые предназначены для подачи потребителям питьевой воды, необходимой для хозяйственно-питьевых нужд; производственные – для подачи воды на производственные нужды, качество такой воды определяется требованиями технологического процесса; противопожарные предназначены для тушения огня, по качеству вода может быть и не питьевой.

3. По способу подачи воды: самотечные; напорные (подача воды с помощью насосов).

4. По виду используемых природных источников: забирающие воду из поверхностных источников (реки, озера и т. п.); забирающие из подземных источников (артезианские, родниковые).

Различают также районную систему водоснабжения, обеспечивающую водой несколько объектов; местную систему и зонную систему, устраиваемую при значительной территории водоснабжения и при значительных разницах в отметках отдельных потребителей воды. В зависимости от использования воды на промышленных предприятиях системы могут быть прямоточными (с однократным использованием воды), прямоточными с последовательным (повторным) использованием воды и оборотными с многократным использованием воды после ее доочистки или охлаждения в зависимости от технологического процесса.

Схемы водоснабжения различаются от того, какой источник водоснабжения используется для снабжения водой потребителя. Наиболее общая схема водоснабжения представлена на рис. 1.1.

Вода при помощи водоприемника забирается из реки и по самотечным трубам поступает в береговой колодец, а из него насосами 1 подъема подается на станцию очистки. Движение воды по очистным сооружениям происходит самотеком.

Рис. 1.1. Общая схема водоснабжения населенного пункта

1 – водозаборное (водоприемное) сооружение; 2 – насосная станция 1 подъема; 3 – станция очистки природной воды; 4 – резервуары чистой воды; 5 – насосная станция 2 подъема; 6 – водонапорная башня; 7 – водопроводная сеть; 8 – самотечные трубы; 9 – напорные водоводы.

Из станции очистки очищенная вода поступает в запасные резервуары чистой воды, откуда насосами 2 подъема подается по водоводам в напорнорегулирующее сооружение – водонапорную башню, из которой по магистральным водоводам вода поступает в распределительные трубопроводы водопроводной сети города.

Водонапорная башня служит для хранения и аккумулирования запасов воды. Устанавливают ее на территории населенного пункта, на возвышенности. Необходимость ее устройства вызвана тем, что в течение суток расход в водонапорной сети колеблется, а подача воды насосами 1 подъема относительно равномерна. В то время суток, когда насосы подают недостаточно для сети, вода расходуется из башни. Водонапорная башня, расположенная в противоположном конце города от насосной станции, называется контррезервуаром. При наличии вблизи населенного места значительного естественного возвышения вместо водонапорной башни сооружают наземный водонапорный резервуар. В крупных городах в связи с большим и сравнительно равномерным водопотреблением отпадает необходимость в водонапорной башне, т.к. соответствие режимов работы насосов режиму водопотребления можно добиться ступенчатой работой насосов.

Схема водоснабжения может быть иной. Насосная станция 2 подъема может располагаться совместно с водозабором (совмещенная) или насосная станция 1 может быть в одном здании. Иногда станция очистки, насосная станция 2 подъема и резервуары чистой воды (РЧВ) могут располагаться вблизи города.

При использовании источником воды подземных вод отпадает необходимость в строительстве очистной станции, а также и насосной станции 2 подъема, т.к. в этих случаях вода прямо из артезианских источников насосами подается по водоводам в магистральные сети.

Норма и режим водопотребления

Норма водопотребления – это количество воды, расходуемое на определенные нужды в единицу времени или на единицу выпускаемой продукции (q_о, л/с)

Степень благоустройства районов жилой застройки	Норма хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных пунктах на одного жителя среднесуточная (за год), л/с
Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией без ванн То же, с ваннами и водонагревателями То же, с централизованным горячим водоснабжением Застройка зданиями, не оборудованными водопроводом и канализацией, с водопользованием из водоразборных колонок	125 – 160 160 – 230 230 – 350 30 – 50

Существуют нормы хозяйственно-питьевого водопотребления, промышленного водопотребления и пожаротушения. Для населенных мест промышленных предприятий нормы хозяйственно-питьевого водопотребления назначают по СНиП РК 04.01.02-2001 «Наружные сети и сооружения. Водоснабжение» и зависят от степени благоустройства населенных мест (табл. 1.1.)

Нормы водопотребления для тушения пожаров также устанавливают в соответствии с СНиП 2.04 01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий». Расчетная продолжительность пожара – 3 ч. В период пожара обеспечивается подача расчетного расхода. В случае недостаточной мощности водопровода устраивают резервуары неприкосновенного запаса воды. Израсходованная вода восстанавливается в течение 1 – 2 суток (на промышленном объекте). Количество воды на промышленные нужды зависит от характера производства.

Режим водопотребления в течение года неравномерен; больше расходуется воды летом, чем зимой, в предвыходные дни больше, чем в другие дни, что характеризуется коэффициентом суточной неравномерности водопотребления и зависит от степени благоустройства.

где Q_maxсут – расчетный расход в сутки наибольшего водопотребления, Q_ср.сут – средний (за год) суточный расход.

В течение суток потребление так же неравномерно: ночью меньше, чем днем. Такая неравномерность характеризуется коэффициентом часовой неравномерности:

где Q_maxчас – расчетный расход в час наибольшего водопотребления, Q_ср.час – средний часовой расход.

Для населенных мест он принимается в зависимости от нормы водопотребления. Режим водопотребления принято представлять в виде графиков или таблиц, показывающих изменение расхода по часам суток (рис. 1.2.).

Рис. 1.2. Ступенчатый график водопотребления

Вопрос 1. Наружное водоснабжение.

Введение

Системой водоснабжения- называют комплекс инженерно- технических сооружений, предназначенных для забора воды из природных источников, подъёма на высоту, очистки, хранения запасов воды и подачи её к местам потребления.

По назначению системы водоснабжения подразделяются на хозяйственно- питьевые, предназначенные для подачи воды на хозяйственные нужды населения; производственные, снабжающие водой технологические процессы производства; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения пожара. Часто устраивают объединенные системы водоснабжения: хозяйственно- пожарные, производственно- пожарные.

Противопожарные водопроводы ( отдельные или объединенные) бывают низкого давления и высокого давления. В водопроводах низкого давления минимальный свободный напор на уровне земли должен составлять 10м (100 КПа), а требуемый для пожаротушения напор воды создаётся передвижными пожарными насосами, устанавливаемые на гидранты. В водопроводах высокого давления вода к месту пожара подается от гидрантов по пожарным рукавам. Последние устраивают очень редко, поскольку требуют дополнительных затрат на устройство специальной насосной системы и применение повышенной прочности трубопроводов. Системы высокого давления на промышленных предприятиях удаленных от пожарного депо на 2 км, а также в населенных пунктах числом жителей до 50 тыс. человек.

Кроме того, противопожарное водоснабжение подразделяют на систему наружного (снаружи зданий) и внутреннего (внутри зданий) пожаротушения.

Вопрос 1. Наружное водоснабжение.

На рис. приведена общая схема водоснабжения города. Речная вода поступает в водоприемник 1 и по самотечным трубам 2 перетекает в береговой колодец 3, а из него насосами I подъема 4 подается в отстойники 5 и далее на фильтры 6 для очистки от загрязнений и обеззараживания. Пройдя очистную станцию, вода поступает в запасные резервуары чистой воды 7, из которых она насосами II подъема 8 подается по водоводам 9 в напорно-регулирующее сооружение 10 (наземный или подземный резервуар, размещенный на естественном возвышении, водонапорную башню или пневматическую установку), а также магистральные трубы 11 водопроводной сети города, по которым вода транспортируется в различные районы города и по сети распределительных труб 12 и домовым вводам 13 – к отдельным потребителям 14.

Систему водоснабжения при изучении обычно разделяют на две части: наружную и внутреннюю. К наружному водопроводу относят все сооружения для забора, очистки и распределения воды водопроводной сетью. Внутренние водопроводы забирают воду от наружной сети и подают ее к потребителям.

Работа очистных сооружений наиболее эффективна при равномерном поступлении воды. Поэтому воду из источника насосная станция подъема I должна подавать более или менее равномерно по часам суток. В то же время режим работы насосной станции должен строиться с учетом водопотребления, которое не является постоянным: оно наибольшее в дневное время и наименьшее ночью. Регулирование работы насосных станций подъемов I и II достигается благодаря устройству запасных резервуаров чистой воды.

Общая схема водоснабжения города:

Устройство водонапорной башни или других напорно-регулирующих сооружений часто бывает необходимо в том случае, если наблюдается значительная неравномерность потребления воды городом по часам суток и подачи ее насосами подъема II. Поэтому в те часы, когда насосы подают воды больше, чем ее расходуется, излишек воды поступает в водонапорную башню. В те часы, когда воды расходуется больше, чем подается насосами, вода, напротив, идет из башни. Кроме того, напорно-регулирующие сооружения предназначаются для хранения запаса воды на тушение пожара.

На рис. водонапорная башня расположена в начале водопроводной сети. Предположим, что здесь имеется естественная возвышенность. Но могут быть случаи, когда такая возвышенность находится в другом месте города, в частности, даже в противоположной стороне от водовода. В последнем случае водонапорная башня называется контррезервуаром.

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение следует принимать для каждого населенного пункта в зависимости от численности населения в нем

Число жителей в населенном пункте	Расчетное количество одновременных пожаров	Расход воды на наружное пожаротушение в населенном пункте на один пожар, л/с, независимо от степени огнестойкости
зданий высотой до 2 этажей включительно	зданий высотой 3 этажа и выше
До 1
Свыше 1 до 5
5-10
10-25
25-50
50-100
100-200	—
200-300	—
300-400
400-500	—
500-600	—
600-700	—
700-800	—
800-1000	—

Расход воды на наружное пожаротушение (на один пожар) жилых и общественных зданий для расчета соединительных и распределительных линий водопроводной сети, а также водопроводной сети внутри микрорайона следует принимать для здания, требующего наибольшего расхода воды в зависимости от величины его объема и степени огнестойкости.

В городах с населением более 1 млн человек расход воды на пожаротушение и расчетное число одновременных пожаров устанавливают в каждом конкретном случае по согласованию с местными органами управления и подразделениями Государственной противопожарной службы.

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение через гидранты на один пожар для промышленных и сельскохозяйственных предприятий (производственные здания с фонарями, а также без фонарей шириной до 60 м) определяется согласно действующим нормам (СНиП) и приведен в табл. 2 Величина его зависит от степени огнестойкости здания, объема и категории здания. В случае, если здание разделено противопожарными стенами на отдельные противопожарные отсеки, пожарный расход принимается по тому отсеку, для которого он является наибольшим.

Учитывая трудность тушения пожаров в бесфонарных зданиях больших объемов (ширина l = 60 м) в связи с возможным задымлением и высокой температурой, нормативные расходы воды для них принимаются несколько большими (табл 3). Для предприятий с помещениями категорий В, Г и Д при расходе воды на наружное пожаротушение 10 л/с допускается осуществлять противопожарное водоснабжение из водоемов и резервуаров.

При двух пожарах на предприятии расчетный расход воды на пожаротушение принимается по двум зданиям, требующим наибольшего расхода воды.

Степень огнестойкости здания	Категория помещения по пожарной опасности	Расход воды, л/с, для тушения пожара в здании объемом, тыс. м 3
До	До5	До	До	До 200	До 400	Более 400 до 600
I и II	Г, Д
I и II	А, Б, В
III	Г, Д
III	В
IV и V	Г, Д	—
IV и V	В	—

Степень огнестойкости здания	Категория помещения по пожарной опасности	Расход воды, л/с, для тушения пожара в зданиях объемом, тыс. м 3
I и II	А, Б и В
I и II	Г и Д

Расход воды на наружное пожаротушение зданий сельскохозяйственных предприятий I и II степени огнестойкости объемом не более 5 тыс. м 3 с помещениями категорий Г и Д следует принимать 5 л/с. Для зданий II степени огнестойкости с деревянными конструкциями расход воды следует принимать на 5 л/с больше указанного в табл. 2 или 3, а для одно- и двухэтажных производственных и одноэтажных складских зданий высотой не более 18 м с несущими стальными конструкциями (с пределом огнестойкости не менее 0,25 ч) и ограждающими конструкциями (стены, покрытия) из стальных профилированных или асбестоцементных листов с полимерными утеплителями необходимо увеличить расход на 10 л/с.

На наружное пожаротушение открытых площадок хранения контейнеров с грузом до 5 т установлены нормативные расходы в зависимости от их количества: от 30 до 50 шт. – 15 л/с; до 100 шт. – 20 л/с; до 300шт.
– 25 л/с; до 1000 шт. – 40 л/с.

Расход воды на наружное пожаротушение зданий объемами более указанных в табл. 2,3 устанавливается по согласованию с территориальными органами Государственной противопожарной службы.

Расчетное количество одновременных пожаров на промышленных или сельскохозяйственных предприятиях принимается в зависимости от занимаемой площади F_пр (так как увеличение площади предприятия связано с увеличением количества производственных зданий, а это, в свою очередь, влечет за собой возможность возникновения большего числа пожаров) принимается равным: один пожар – при га; два пожара – при га. Причем в качестве расчетного принимается пожар, требующий наибольшего расхода воды. Например, площадь промышленного предприятия составляет 250 га. На его территории расположены: главный корпус – безфонарное здание шириной до 60 м и объемом W = 400 тыс. м 3 , II степени огнестойкости с помещением категории Б; вспомогательный корпус объемом W = 45 тыс. м 3 и шириной менее 60 м, здание III степени огнестойкости с помещением категории В; склад бумаги объемом W = =5000м 3 , здание III степени огнестойкости категории В. Из анализа вышесказанного на предприятии принимаются два одновременных пожара. По табл. 1 устанавливают, что для тушения пожара в главном корпусе требуется расход воды 35 л/с, во вспомогательном корпусе – 30 л/с, в складе- 15 л/с. Следовательно, расчетный расход воды на наружное пожаротушение предприятия составит: л/с.

Площадь территории предприятия, га	Число жителей в населенном пункте, тыс. чел.	Расчетное число одновременных пожаров
До 150	До 10	1 пожар (на предприятии или в населенном пункте – по наибольшему расходу)
До 150	От 10 до 25	2 пожара (по одному на предприятии и в населенном пункте)
Более 150	До 25	2 пожара (2 на предприятии или два в населенном пункте – по наибольшему расходу)

При расположении предприятия в самом городе в расчетное число пожаров, определенное по табл. 1, включаются пожары на промышленных предприятиях с расходом воды, принимаемым по табл.2 и 3.

Расчетное число одновременно возможных пожаров при объединенном противопожарном водопроводе (населенного пункта и производственного комплекса вне населенного пункта) приведено в табл. 4.

Если в населенном пункте число жителей свыше 25 тыс., – расчетное число пожаров для населенного пункта определяется по табл. 1, а для предприятия – в зависимости от его площади. При этом пожарный расход воды находят как сумму большего расхода (на предприятии или в населенном пункте) и половины необходимого минимального расхода (на предприятии или в населенном пункте).

При нескольких промышленных предприятиях в одном населенном пункте решение этого вопроса требует согласования с органами Государственной противопожарной службы.

Продолжительность тушения пожара согласно нормам должна приниматься 3 ч; для зданий I и II степени огнестойкости с несгораемыми несущими конструкциями и утеплителями с категориями Г и Д – 2 ч.

Для пожаротушения зданий, оборудованных пожарными кранами, должен учитываться дополнительный расход к расходам, указанным в табл. 1 – 3, который следует принимать для зданий, требующих наибольшего расхода воды. Расход воды на работу пожарных кранов принимается в зависимости от числа одновременно работающих струй и минимального расхода воды на одну струю в соответствии с требованиями действующих СНиПов. При этом учитывается назначение зданий и сооружений, этажность, объем и высота, а для производственных и складских – категория пожарной опасности.

При объединенном водопроводе, обслуживающем не только наружные гидранты и внутренние пожарные краны, но и спринклерные и дренчерные установки, расход воды на тушение пожара в течение 1 ч с момента начала пожаротушения принимается как сумма наибольших расходов, определенных по соответствующим нормам. В остальные 2 ч тушения пожара учитывается работа пожарных кранов и гидрантов. При наличии на промышленном объекте пенных установок, установок с лафетными стволами или установок подачи распыленной воды полный пожарный расход определяется в соответствии с требованиями пожарной безопасности, предусмотренными нормами строительного проектирования предприятий, зданий и сооружений соответствующих отраслей промышленности с учетом дополнительного расхода воды в размере 25 % из гидрантов в соответствии с табл. 2 и 3 (при этом суммарный расход должен быть не менее указанного в этих таблицах).