08.10.2007 +bobMOD 2008 by bob.nazwa.pl

Podstawy wodociągów i kanalizacji

Mgr B. Sajko

[wykład z 25.03.2008]

Systemy zaopatrzenia w wodę miast i aglomeracji miejsko-przemysłowej - pojęcia podstawowe.

System zaopatrzenia w wodę stanowi układ współdziałających elementów, których zadaniem jest dostarczanie wody do poszczególnych odbiorców w niezbędnej ilości pod odpowiednim ciśnieniem i o odpowiedniej jakości o każdej porze w ciągu założonego okresu eksploatacji. W systemie zaopatrzenia występują elementy:

• ujęcia wody,

• pompownie,

• zakłady uzdatniania wody (stacje uzdatniania wody),

• zbiorniki zapasowo-wyrównawcze (stacyjne i sieciowe),

• sieci przewodów wodociągowych

Części składowe systemu mogą się zmieniać w zależności od miejscowych warunków naturalnych, rodzaju potrzeb odbiorców oraz ze względów ekonomicznych.

Pod względem terytorialnym możemy wyróżnić:

• system grawitacyjny (rys. 5),

• system pompowy (rys. 4, 6),

• system mieszany,

• system jednostrefowy i wielostrefowy (rys. 6),

• system z jednym lub wieloma źródłami zasilania (rys. 7).

W zależności od roli, jaką spełniają przewody wodociągowe w układzie sieci możemy podzielić je na następujące rodzaje:

1. Przewody tranzytowe - ich zadaniem jest doprowadzenie wody z ujęcia do stacji uzdatniania, ze stacji uzdatniania do początku magistrali miejskiej. Z przewodów tranzytowych nie pobiera się wody po drodze.

2. Magistrale (przewody główne) - zadaniem ich jest doprowadzenie wody do poszczególnych dzielnic miasta, zakładów przemysłowych. Na ogół do przewodów głównych lub też magistral zalicza się przewody od Φ300 mm. (Przewody główne służą do zasilania przewodów rozdzielczych.)

3. Przewody rozdzielcze - układa się wzdłuż większości ulic w mieście. Z tych przewodów odbiorcy pobierają wodę przez połączenia domowe. Ich średnica nie powinna być mniejsza od Φ100 mm w miastach i osiedlach oraz Φ80 mm w wodociągach wiejskich.

4. Połączenia domowe - odcinki przewodów wodociągowych łączące sieć rozdzielczą z poszczególnymi budynkami i innymi obiektami budowlanymi.

Podstawowe układy wodociągowe

Najprostszy schemat układu wodociągowego przedstawia rys. 1 (ksero). W układzie ujęcie wody - sieć wodociągowa - zbiornik możemy wyróżnić następujące warianty:

- ze zbiornikiem początkowym (przepływowym lub bocznym) (rys. 2)

- ze zbiornikiem końcowym (rys. 2, 3).

- ze zbiornikiem centralnym (pośrednim) (rys. 2)

- schemat wodociągu z pompami w jednym budynku (rys. 4)

- schemat wodociągu grawitacyjnego (rys. 5)

- podział wodociągu na strefy ciśnieniowe (rys. 6)

Możemy wyróżnić 3 podstawowe układy sieci:

1. Sieć rozgałęzieniowa (promienista) - odznacza się tym, że przewód magistralny o dużej średnicy dzieli się na przewody o średnicach stopniowo zmniejszających się i ślepo zakończonych. Woda dopływa do każdego z punktów ?????? z jednej tylko strony. System ten ma wiele wad, z których najważniejsza to konieczność wyłączania wody dla całej dzielnicy czy osiedla w przypadku uszkodzenia jednego z początkowych odcinków sieci. Zasilenie tylko z jednej strony może być niebezpieczne ze względów przeciwpożarowych. Sieć promienistą stosuje się najczęściej w wodociągach w zakładach przemysłowych, w wodociągach tymczasowych na budowie lub małych wodociągów komunalnych. Układ promienisty może stanowić również etap przejściowy do budowy sieci pierścieniowej.

Schemat sieci promienistej:

1. Przewód tranzytowy

2. Przewody magistralne

3. Przewody rozdzielcze

4. Połączenie domowe

2. Sieć pierścieniowa (obwodowa) - gwarantuje dużą niezawodność w dostawie wody oraz większą niż w przypadku sieci rozgałęzieniowej stabilność ciśnienia. W przypadku uszkodzenia odcinka sieci woda dopływa w sieci z innych kierunków. Również względy pożarowe przemawiają za układem pierścieniowym. Ponadto sieć pierścieniowa lepiej znosi uderzenia hydrauliczne powstające przy gwałtownym zatrzymaniu przepływu wody. Wadami sieci pierścieniowej jest to, że jest dłuższa i kosztowniejsza od promienistej.

[wykład z 03.03.2008]

Klasyfikacja wód występujących w przyrodzie.

Źródłem wody dla wszystkich wodociągów są zazwyczaj jej naturalne zbiorniki:

1. wody opadowe, wody płynące, wody jezior, wody sztucznych zbiorników (zalewy) - określa się je jako źródła powierzchniowe

2. jeżeli po wodę trzeba sięgać w głąb ziemi, wówczas mamy do czynienia z wodami podziemnymi (wgłębnymi)

3. oddzielną grupę stanowią wody źródlane, które wydobywają się samodzielnie na powierzchnię ziemi dzięki sprzyjającemu układowi podziemnych warstw gruntu

4. wody infiltracyjne

Ad. 1.

• Wody opadowe - pochodzą z opadów i tającego śniegu nadają się do spożycia po uzdatnieniu i dezynfekcji, w Polsce nieprzydatne.

• 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 ujęciach 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).

[wykład z 10.03.2008]

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.

1. Zatokowe (rys. 1, 2) - stosuje się na rzekach o prędkości > 0,3 m/s, w których w okresie zimowym, powstaje zwarta pokrywa lodowa, tworzy się śryż i lód denny, oraz na rzekach niosących dużą ilość mineralnych zawiesin, które powodują zasypywanie czerpni. Zatoki mogą być wysunięte z brzegu (rys. 1a, b) lub zrównane z brzegiem (rys. 1e). Zatoki wysunięte poza brzeg rzeki zwężają jej koryto co powoduje zwiększanie prędkości przepływu i tworzą się wiry zmieniające naturalny przepływ wody rzeki.

Wejście do zatoki wykonuje się pod prąd lub z prądem (rys. 1a, b). Przy zatoce usytuowanej pod prąd zanieczyszczenia powierzchniowe niesione górnymi prądami będą wpływały do zatoki (linie ciągłe), natomiast prądy denne będą omijały zatokę (linia przerywana). Aby zapobiec zamulaniu zatoki wykonanuje się obustronne wejścia, lokalizując ujęcie wody w środku przy przegrodzie (rys. 1g). Usytuowanie zatoki może być również równoległe do kierunku przepływu wody w rzece lub pod kątem (rys 1h, i). W zatoce przy zmniejszonej prędkości przepływu zawiesiny opadają na dno, natomiast na powierzchnię wypływa śryż, tworząc przy dalszym zamarzaniu pokrywę lodowa.

Ujęcie składa się z zatoki i umieszczonej w niej czerpni po przeciwległej stronie do wlotu do zatoki, najczęściej czerpni typu brzegowego lub nurtowego oddalone od brzegu. Prędkość przepływu w kanale wlotowym nie powinna przekraczać 0,2 m/s i nie powinna być większa nić 25% prędkości wody w rzece. Ta prędkość zabezpiecza zatokę przed wpływaniem cięższych zanieczyszczeń niesionych z prądem. Głębokość zatoki odpowiada głębokości rzeki zwiększonej o 0,5 ÷ 1,0 m na gromadzenie osiadających zawiesin i piasku. Prędkość wody w zatoce powinna wynosić 0,05 ÷ 0,10 m/s i nie powinna być większa od prędkości wody w rzece w okresie tworzenia się śryżu. Okna wlotowe (czerpne) powinny być umieszczone tak, aby dolna krawędź otworu znajdowała się co najmniej 0,5 m nad dnem, a górna 0,2÷0,3 m poniżej dolnej powierzchni pokrywy lodowej (grubość pokrywy lodowej należy przyjąć o 1/3 większą od maksymalnej grubości lodu w rzece). Szerokość zatoki powinna uwzględniać gabaryty sprzętu służącego do czyszczenia zatoki.

Wlot do zatoki powinien posiadać zamknięcia, służące do zamykania zatoki. Pojemność zatoki powinna uwzględniać czas zatrzymania w niej wody na okres 0,5÷4 h przy stanie powodziowym. Korona obwałowania zatoki powinna być wyprowadzona ponad poziom wody 100-letniej (katastrofalnej) o 1 m. Skarpy zatoki powinny być wzmocnione brukiem, trylinką, dryblami ułożonymi na warstwie infiltracji itp.

2. Filtrowe - stosowane są gdy wydajność wodociągu jest mniejsza od 200 dm³/s i głębokość przy zmiennym poziomie wody jest mała. Ujęcie składa się z następujących podstawowych części:

1 - czerpni wody założonej w nurcie rzeki (głębokość rzeki w miejscu założenia czerpni ma być większa od 2,5 m),

2 - doprowadzenia wody do studni zbiorczej rurociągami dosyłowymi najczęściej grawitacyjnymi lub za pomocą lewarów,

3 - studni zbiorczej zabudowanej na brzegu,

4 - komory czerpnej i stacji pomp (rozwiązanie podobne jak przy ujęciach w/w).

Schematy ujęć: rys. 1-14.

Woda przez wlot w nurcie rzeki dopływa rurociągiem dosyłowym grawitacyjnym lub lewarem do studni zbiorczej umieszczonej na brzegu, skąd przepływa do komory czerpnej, a następnie jest zasysana przewodami ssawnymi pomp i przetłaczana do następnych elementów wodociągu, np. stacji uzdatniania wody. Prędkość przepływu w przewodach grawitacyjnych powinna wynosić 0,7 ÷ 0,9 m/s (nie powoduje ona dużych strat hydraulicznych, a jednocześnie zapewnia samooczyszczenie rur z zawiesin).

Okresowo przewody czerpne należy płukać odwrotnym strumieniem wody. Czerpnie zanurzone mogą mieć różny kształt, np. w postaci perforowanej rury, kosza lub krótko obciętego przewodu zabezpieczonego na wlocie kratą przed napływem części stałych do ujęcia. Najczęściej średnica przewodu grawitacyjnego wynosi 100 mm; stosuje się co najmniej dwa przewody. Dość często czerpnie osadzone są na ruchomych odcinkach rur i mogą być łatwo podnoszone (połączenia przegubowe) z wody w celu ich oczyszczenia (rys. 9). Na rzekach spławnych czerpnie powinny być oznakowane bojami lub tabliczkami na brzegach (rys. 11).

Prędkość wlotowa do czerpni nie powinna przekraczać 0,2 m/s. Górna krawędź czerpni powinna być zatopiona na głębokości dwóch średnic jej wlotu, lecz nie głębiej jak 0,5 m od najniższego poziomu wody, jednak nie mniej niż 0,3 m od dolnej krawędzi lodu. Dolna krawędź wlotu minimum 0,5 m powyżej dna.

3. Wieżowe - budowane są dla ujęć z dużych głębokości w pewnym oddaleniu od brzegu (duże rzeki, jeziora, zb. retencyjne itp.). Czerpnie umieszczamy na jednym lub kilku poziomach. Stanowią one odmianę ujęć brzegowo-komorowych. Różnią się większą liczbą komór i większymi wymiarami. W zależności od lokalizacji kształt ujęcia w rzucie poziomym może być zbliżony do koła, elipsy lub do filara zabezpieczonego izbicą od strony napływu wody (rys. 15, 16, 17). Kołowe przekroje stosowane są przy głębokich, bardzo wolno płynących wodach, kształty wydłużone przy silnym prądzie i w miejscach narażonych na dynamiczne działanie lodu i spływającej kry. Ujęcia wieżowe powinny mieć co najmniej dwie komory krat i sit oraz smoków dla zapewnienia ciągłości pracy ujęcia. W ujęciach tych okna i komory wykonywane są podobnie jak w ujęciach brzegowo-komorowych.

Historia zmian - BOBmod2008:

25.02.2008 by BOB (update, W1)

11.03.2008 by BOB (update, W2, W3 - update niepełny)

13.03.2008 by BOB (pełna kompatybilność wykładów W2 i W3 i pliku (gwarancja 99% takich samych słów, merytorycznie 100%), formatowanie)

BOB=bob budowniczy

Fotki tablicy by bob.

Recenzent:

-na razie brak

http://bob.nazwa.pl/forum

Studenci PS WBiA 2006-2011

Marzec 2008

---