22.10.2007
Podstawy wodociągów i kanalizacji
Mgr B. Sajko
Tabela 3.10.
1.Mieszkalnictwo. Dane otrzymujemy od architektów, urbanistów.
2. Usługi
3. Przemysł
4. Ogół
5. Straty wody na sieci.
6. Razem
7. Cele technologiczne
Klasyfikacja wód występujących w przyrodzie.
Źródłem wody dla wszystkich wodociągów są zazwyczaj jej naturalne zbiorniki:
wody opadowe, wody płynące, wody jezior, wody sztucznych zbiorników (zalewy) - określa się je jako źródła powierzchniowe
jeżeli po wodę trzeba sięgać w głąb ziemi, wówczas mamy do czynienia z wodami podziemnymi (wgłębnymi)
oddzielną grupę stanowią wody źródlane, które wydobywają się samodzielnie na powierzchnię ziemi dzięki sprzyjającemu układowi podziemnych warstw gruntu
wody infiltracyjne
Ad. 1.
Wody opadowe - pochodzą z opadów i tającego śniegu. Ujmowane są i wykorzystywane do lokalnego zaopatrzenia w wodę, np. w okolicach górskich i pustynnych (tam, gdzie nie dochodzi wodociąg). Ilość tych wód jest nieznaczna i bardzo zmienna. Wody te zawierają bardzo duże ilości związków wypłukiwanych z powietrza oraz ze spłukiwania terenu. Są one miękkie, a temperatura zbliżona do temperatury powietrza, jest mdła. Nadaje się do spożycia po uzdatnieniu i dezynfekcji.
Wody płynące - są zazwyczaj mało twarde, posiadają duże ilości zanieczyszczeń mechanicznych i organicznych. Duży wpływ na jakość tych wód mają ścieki, przede wszystkim przemysłowe, odprowadzane do wód otwartych. Temperatura tych wód waha się w granicach +0,3ºC ÷ 20ºC. W zależności od pokrycia zlewni zmienia się mętność i barwa wody. Woda rzeczna wykorzystywana dla celów bytowo-gospodarczych musi być uzdatniana i dezynfekowana. Możliwość wykorzystania tych wód zależy od wielkości i zmienności przepływu, od warunków hydrogeologicznych, od opadów deszczowych w dorzeczu, ilości rumowiska wleczonego i unoszonego itp.
Wody stojące (jeziora, zbiorniki naturalne i sztuczne) - wody te mają korzystniejsze cechy niż wody płynące. Woda na głębokości 15m ÷ 20m jest z reguły klarowna, czysta, o temperaturze mało zmiennej, o małej ilości bakterii szkodliwych dla zdrowia. Przydatność zbiorników naturalnych i sztucznych zależy od ich głębokości, rodzaju dna, stopnia zarybienia, możliwości penetracji promieni słonecznych, ilości tlenu w wodzie itp. Strefy jakościowe wody w zbiorniku wody powierzchniowej pokazane są na rys. 1. Strefa I przybrzeżna (litoralna) oraz strefa II przydenna nie nadają się do ujmowania wody. Strefa III pelagiczna zawiera wody najbardziej nadające się dla celów wodociągowych.
Ad. 2.
Wody podziemne - są zazwyczaj twarde. Posiadają znaczne ilości rozpuszczonych związków mineralnych, duże ilości manganu i żelaza oraz często są kwaśne (nadmiar dwutlenku węgla). Woda podziemna uważana jest za najlepszą dla celów wodociągowych. Z uwagi na duże zanieczyszczenia wód powierzchniowych zasilających wody gruntowe niekiedy zachodzi potrzeba dezynfekcji wody. Temperatura tych wód jest prawie stała, wynosi 7ºC ÷ 12ºC. Przy ujęciu wód podziemnych bierze się pod uwagę głównie: głębokość zalegania warstwy wodonośnej i warunki ciśnienia. Dla celów wodociągowych mogą być ujmowane wody ze strefy saturacji, rys. 2, podział wód podziemnych, tabela 1. W zależności od głębokości zalegania rozróżniamy:
Wody zaskórne (rys. 3) występujące pod samą powierzchnią ziemi. Pozbawione są warstwy ochronnej i strefy aeracji. Głębokość zalegania tych wód od kilkanaście do kilkudziesięciu cm pod powierzchnią terenu. Jakość tych wód jest niska, nie wykorzystuje się tych wód dla celów wodociągowych.
Wody podziemne płytkie (gruntowe) czerpane z niezbyt głęboko położonych warstw wodonośnych (nie płycej jak 3m). Wody te znajdują się w strefie saturacji, są oddzielone od powierzchni ziemi warstwą nieprzepuszczalną. Zasilane są bezpośrednio od powierzchni terenu przez infiltrację wód opadowych (rys. 5).
Wody wgłębne - wody pochodzące z głębiej położonych warstw wodonośnych. Znajdują się w warstwach wodonośnych pokrytych utworami nieprzepuszczalnymi. Wody te prawie wcale nie są wrażliwe na zmiany klimatyczne. Zasilanie tych wód odbywa się przez wychodnie albo za pośrednictwem innych warstw wodonośnych, mających połączenia hydrauliczne z warstwą zasilaną, np. przez szczelinę uskokową lub przez okno hydrogeologiczne (rys. 5, 6). Zwierciadło wód może być swobodne lub napięte (rys. 4). Skład chemiczny wód wgłębnych zależy od rodzaju skał i warstw wodonośnych, poprzez które przepływa woda. Temperatura wód jest zbliżona do średniorocznej temperatury powietrza danego regionu. Kierunek przepływu tych wód zależy od układu warstw wodonośnych.
Wody głębinowe zalegają głęboko pod powierzchnią ziemi i są odizolowane od niej wieloma kompleksami utworów nieprzepuszczalnych. Wody te są wysoko zmineralizowane; dla celów wodociągowych nie nadają się. Są nieodnawialne i nie są zasilane.
Ad. 3.
Oddzielną grupą wód podziemnych są wody źródlane, które wydobywają się samodzielnie na powierzchnię terenu dzięki sprzyjającemu układowi podziemnych warstw gruntu. Główne typy źródeł:
źródło skupione (rys. 7)
źródła warstwowe (rys. 8)
źródła szczelinowe (rys. 9)
źródła uskokowe (rys. 10)
źródła krasowe (rys. 11)
Inaczej źródła możemy podzielić na:
źródła zstępujące (spływające) - woda wydostaje się na powierzchnię pod działaniem sił ciężkości
źródła wstępujące (bijące) - woda wydostaje się pod ciśnieniem górnych warstw gruntu
Wadą źródeł naturalnych jest ich ograniczona wydajność, zaletą małą zawartość bakterii, co pozwala często na pobierane wody bezpośrednio do spożycia (jako wodę pitną).
Ad. 4.
Wody infiltracyjne - pośrednie wody między wodami powierzchniowymi a podziemnymi. Są to wody powierzchniowe, które wzbogacają zasoby wód gruntowych.
Potrzeba stosowania wzbogacania zasobów wód gruntowych wynika z następującego powodu: Pod wpływem zbyt dużego czerpania wody z istniejących zbiorników wody gruntowej, powodującego systematycznie obniżanie się zwierciadła wody wód podziemnych (wiąże się to z zanikaniem podziemnego zbiornika wody) występujące niedobory musimy uzupełnić. Proces ten nazywany jest infiltracją sztuczną (rys. 12, 13).
Określenie i klasyfikacja ujęć wody.
Ujęcia wody są to zespoły urządzeń technicznych wraz z budowlami służącymi do pobierania wody powierzchniowej lub gruntowej dla potrzeb wodociągu, z ewentualnym wstępnym oczyszczaniem na poszczególnych urządzeniach stanowiących integralną część ujęcia (kraty, siatki), lecz bez urządzeń do podnoszenia wody. W zależności od miejsca poboru (ujmowania) wody ujęcia możemy podzielić na:
Ujęcia wód powierzchniowych - możemy wśród nich wyróżnić:
Ujęcia wód opadowych.
Ujęcia wód powierzchniowych płynących.
Ujęcia wód rzek średnich i dużych.
Ujęcia wód potoków i małych rzek.
Ujęcia wód powierzchniowych stojących ze zbiorników naturalnych.
Ujęcia wód powierzchniowych stojących ze zbiorników sztucznych.
Ujęcia wód podziemnych - możemy tutaj wyróżnić:
Ujęcia płytkich wód podziemnych za pomocą ciągów drenażowych.
Ujęcia płytkich wód podziemnych za pomocą galerii zbiorczych.
Ujmowanie za pomocą studzien kopanych (zapuszczanych metodą studniarską).
Ujęcia wód podziemnych za pomocą studni wierconej.
Ujmowanie wód podziemnych za pomocą zespołu studzien.
Ujęcia za pomocą studni promienistych.
Ujęcia wód ze źródeł naturalnych:
Ujęcia źródeł wód zstępujących.
Ujęcia źródeł wód wstępujących.
Ujęcia źródeł skupionych.
Ujęcia źródeł warstwowych.
Ad. 1.
Konstrukcja ujęcia wód powierzchniowych zależy od rodzaju wody, jej cech charakterystycznych, topografii, układu terenu, od wielkości projektowanego wodociągu.
Ad. 1.1.
Ujęcia wód opadowych stosujemy, gdy w danym terenie występuje deficyt wód powierzchniowych i gruntowych. W Polsce ta woda nie jest praktycznie brana pod uwagę.
Ad. 1.2.
Usytuowanie ujęcia wód powierzchniowych płynących powinno zapewnić pobór wody możliwie czystej. Ujęcia te lokalizuje się w górze rzeki, powyżej miasta czy osiedla, najlepiej nad brzegiem wklęsłym (rys. 14), gdzie głębokość nurtu i prędkość przepływu wody gwarantuje utrzymanie koryta w czystości, w odróżnieniu do brzegu wypukłego, gdzie tworzą się odkłady i następuje zamulenie dna koryta lub wlotu do ujęcia. Brzeg wklęsły na odpowiedniej długości powyżej i poniżej ujęcia należy umocnić (zabezpieczenie przed podmyciem). Lokalizacja ujęcia nie może stanowić przeszkody przy przepływie wielkich wód powodziowych oraz dla taboru pływającego. Na rzekach i potokach ujęcia lokalizujemy na brzegach (niekiedy spiętrzamy wodę, gdy głębokość jest zbyt mała). Na większych rzekach, gdy nurt jest odsunięty od brzegu, wlot ujęcia sytuuje się w nurcie.
Okna wlotowe ujęcia powinny być zabezpieczone przed śryżem oraz lodem dennym i powierzchniowym; umieszcza się je około 1m ÷ 1,5m poniżej zwierciadła wody przy najniższym stanie; i około 1m ÷ 1,5m ponad dnem rzeki. Lód denny powstaje wówczas, gdy płynąca woda z powodu dużej prędkości przepływu nie zamarza na powierzchni, lecz ulega przechłodzeniu (w całej objętości). Lód denny osadza się na wszystkich elementach dennych ujęcia, np. na kratach, betonowych elementach itp. Przed lodem dennym chronimy się lokalizując ujęcia, np. w zatokach, w których tworzy się pokrywa lodowa (małe prędkości przepływu w zatoce). Wyloty należy sytuować równolegle do strug płynącej wody lub kierować ku dolnej wodzie (inny kierunek powoduje zatykanie okien wszelkimi zanieczyszczeniami niesionymi przez wodę). W oknach wlotowych umieszcza się kraty rzadkie lub gęste, często podgrzewane parą (para odpadowa z zakładów przemysłowych) lub elektrycznie, co zabezpiecza je przed zamarzaniem.
Prędkość wlotowa wodna powinna wynosić 0,1m/s ÷ 0,2 m/s. Wszystkie ujęcia muszą posiadać strefę ochrony sanitarnej. Są dwie strefy: pośrednia (nie wolno wprowadzać żadnych związków chemicznych, nawozów, nie wolno się kąpać w tych wodach) i bezpośrednia (ogrodzona, nie wolno nawet wprowadzać wody deszczowej, którą należy wyprowadzić, nie mogą przebywać tam ludzie i zwierzęta). Wielkość tej strefy podaje Rozporządzenie Rady Ministrów. Wybór ujęcia zależy od wielkości cieku, ilości pobieranej wody, położenia miasta czy osiedla, zakładu przemysłowego, stanów charakterystycznych cieku, głębokości cieku przy stanach niskich, warunków hydrogeologicznych.