Politechnika Wrocławska Wrocław, dnia ............... r.

Instytut

Ćwiczenie projektowe

z

wodociągów

Prowadzący : Wykonała:

Fajna studentka ;)

Wstęp

Przedmiot opracowania.

Przedmiotem opracowania jest projekt koncepcyjny ujęcia wody podziemnej oraz sieci wodociągowej dla załączonego na planie sytuacyjno-wysokościowym obszaru jednostki osadniczej.

Podstawa opracowania.

Podstawą opracowania jest temat ćwiczenia projektowego wydany przez prowadzącego zajęcia w dniu 26 września 2011 roku o numerze 27.

Zakres opracowania

Zakres opracowania obejmuje:

1. Obliczenia zapotrzebowania wody dla okresu perspektywicznego.

2. Obliczenia hydrauliczne ujęcia wody podziemnej.

3. Obliczenia pojemności oraz wymiarów sieciowego zbiornika sieciowego.

4. Obliczenia rozbiorów wody z węzłów i odcinków sieci wodociągowej.

5. Obliczenia hydrauliczne sieci wodociągowej metodą Crossa dla maksymalnego (Qmaxh) i minimalnego (Qminh) godzinowego zapotrzebowania na wodę.

6. Dobór pomp w pompowni drugiego stopnia.

7. Opis techniczny.

Wykorzystane materiały:

[1]

[2]

[3]

Opis obszaru objętego opracowaniem:

dfgsdfgs dfgsdfgs

dfgsdfgs

dfgsdfgs

dfgsdfgs

dfgsdfgs

dfgsdfgs

dfgsdfgs

dfgsdfgs

Obliczenia zapotrzebowania na wodę.

Obliczenia zapotrzebowania na wodę przeprowadzono w oparciu o wytyczne, które zamieszczone są w [1].

Uwzględniono następujące cele:

1. Mieszkalnictwo

a) wielorodzinne,

b) jednorodzinne,

2. Instytucje, zakłady i urządzenia usługowe,

3. Mycie pojazdów komunikacji zbiorowej i indywidualnej,

4. Utrzymanie czystości ulic i placów,

5. Polewanie zieleni miejskiej,

6. Przemysł, składy i zaplecze budownictwa.

Dane do obliczeń:

Liczba mieszkańców w okresie perspektywistycznym:

LM=24932[mk]

Liczba mieszkańców według klas wyposażenia sanitarnego mieszkań:

klasa I 17,00% LMI= 0,17∙24932= 4238 [mk]

klasa II 19,00% LMII= 0,19∙24932= 4737 [mk]

klasa III 43,00% LMIII=0,43∙24932= 10721 [mk]

klasa IV 21,00% LMIV=0,21∙24932= 5236 [mk]

Razem: 24932

Obliczanie zapotrzebowania na wodę na poszczególne cele:

Do obliczeń posłużono się poniższymi wzorami:

Gdzie:

Qśrd- Średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę, m³/d,

LM- liczba mieszkańców, mk,

qj- wskaźnik jednostkowego zapotrzebowania na wodę, dm³/d∙mk,

Qmaxd- maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę m³/d,

Nd- współczynnik nierównomierności dobowej,

Mieszkalnictwo

Mieszkalnictwo wielorodzinne

I kasa qjI=160 dm³/(mk∙d)

II klasa gjII=100 dm³/(mk∙d)

Nd=1,4

QśrdI=(LMI∙qjI)/1000+(LMII∙qjII)/1000 =4238∙160/1000+4737∙100/1000= 1151,8 m³/d

QmaxdI= QśrI∙Nd= 1151,8∙1,4= 1612,5m³/d

Mieszkalnictwo jednorodzinne

V klasa qjIII=100 dm³/(mk∙d)

IV klasa qjIV=80 dm³/(mk∙d)

Nd= 1,9

QśrdII=(LMIII∙qjIII)/1000+(LMIV∙qjIV)/1000= 10721∙100/1000+5236∙80/1000= 1491 m³/d

QmaxdII= 1491∙1,9= 2832,9 m³/d

Instytucje, zakłady i urządzenia usługowe

qjV= 15 dm³/(mk∙d)

NdV= 1,3

QśrdIII= (LM∙qjV)/1000=24932∙15/1000=374 m³/d

QmaxdIII= QśrIII∙NdV= 374∙1,3=486,2 m³/d

Mycie pojazdów komunikacji zbiorowej i indywidualnej

qjVI= 4 dm³/(mk∙d)

NdVI= 1,2

QśrdIV= (LM∙qjVI)/1000=24932∙4/1000=99,7 m³/d

QmaxdIV= QśrIV∙NdVI= 99,7∙1,2=119,6 m³/d

Utrzymanie czystości placów i ulic

qjVII= 10 dm³/(mk∙d)

NdVII= 2,4

QśrdV= (LM∙qjVII)/1000=24932∙10/1000=249,3 m³/d

QmaxdV= QśrV∙NdVII= 249,3∙2,4=598,3 m³/d

Polewanie zieleni miejskiej

qjVIII=10 dm³/(mk∙d)

NdVIII= 6

QśrdVI= (LM∙qjVIII)/1000=24932∙10/1000= 249,3 m³/d

QmaxdVI= QśrVI∙NdVIII= 249,3∙6=1495,8 m³/d

Przemysł, składy i zaplecze budownictwa

qjIX= 50 dm³/(mk∙d)

NdIX= 1,15

QśrdVII= (LM∙qjIX)/1000=24932∙50/1000= 1246,6 m³/d

QmaxdVII= QśrVII∙NdIX= 1246,6∙1,15=1433,6 m³/d

Zestawienie średniego (Qśrd) i maksymalnego (Qmaxd) dobowego zapotrzebowania na wodę.

Obliczenia średniego dobowego zapotrzebowań na wodę (Qśrd) i maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę (Qmaxd) na poszczególne cele zawarte w punkcie 2.2 zestawiono w tabeli.

Do obliczeń tabelarycznych przyjęto, że starty wody w sieci wodociągowej wynoszące 10% średniego dobowego zapotrzebowania na wodę (Qśrd), natomiast potrzeby własne ZUW 5% średniego dobowego zapotrzebowania na wodę (Qśrd).

Tabela 1. Zestawienie średniego oraz maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę.

Lp.	Cele zapotrzebowania na wodę		Zapotrzebowanie na wodę m3/d
						Qśrd	Qmaxd
	1	Mieszkalnictwo	wielorodzinne	1151,8	1612,5
				jednorodzinne	1491,0	2832,9
2	Instytucje, zakłady i urządzenia usługowe		374,0	486,2
3	Mycie pojazdów komunikacji zbiorowej i indywidualnej		99,7	119,6
4	Utrzymanie czystości ulic i placów		249,3	598,3
5	Polewanie zieleni miejskiej		249,3	1495,8
6	Przemysł, składy i zaplecze budownictwa		1246,6	1433,6
7	Razem		4861,7	8578,9
8	Straty wody w sieci wodociągowej		486,2	486,2
9	Woda do sieci wodociągowej		5347,9	9065,1
10	Cele technologiczne ZUW		267,395	267,395
11	Wydajność ujęcia wody		5615,3	9332,5

Godzinowy rozkład maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę.

W oparciu o wartości średniego oraz maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę zamieszczone w tabeli 1 wykonano rozkład godzinowy dla danych elementów zagospodarowania przestrzennego. Wartości procentowe pobrano z „Wytycznych do programowania zapotrzebowania wody i ilości ścieków w miejskich jednostkach osadniczych”, przyjmując, ze w ciągu doby straty wody w sieci wodociągowej występują równomiernie w każdej godzinie.

Wyniki obliczeń zaprezentowano w tabeli.

Tabela 2 - Godzinowy rozkład maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę

Godz. od- do	Elementy zagospodarowania przestrzennego														Straty wody		Rozkład godzinowy maksymalnego zapotrzebowania na wodę
		mieszkalnictwo				Instytucje, zakłady i urządzenia usługowe		Mycie pojazdów komunikacji zbiorowej i indywidualnej		Utrzymanie czystości placów i ulic		Polewanie zieleni miejskiej		Przemysł, składy i zaplecze budownictwa
		Wielorodzinne		Jednorodzinne
		%	m^3/h	%	m^3/h	%	m^3/h	%	m^3/h	%	m^3/h	%	m^3/h	%	m^3/h	%	m^3/h	m^3/h	%
0-1	1,25	20,2	1,35	38,2	1	4,9	0	0	6,25	37,4	0	0	0,5	7,2	4,17	20,3	128,2	1,4
1-2	0,85	13,7	0,65	18,4	1	4,9	16,5	19,7	6,25	37,4	0	0	0,5	7,2	4,17	20,3	121,6	1,3
2-3	0,85	13,7	0,65	18,4	1	4,9	16,5	19,7	6,25	37,4	0	0	0,5	7,2	4,16	20,2	121,5	1,3
3-4	0,85	13,7	0,65	18,4	1	4,9	16,5	19,7	6,25	37,4	0	0	0,5	7,2	4,17	20,3	121,6	1,3
4-5	2,1	33,9	0,85	24,1	1	4,9	16,5	19,7	6,25	37,4	12,5	187	0,5	7,2	4,17	20,3	334,5	3,7
5-6	2,5	40,3	3	85	1	4,9	0	0	6,25	37,4	12,5	187	0,5	7,2	4,16	20,2	382	4,2
6-7	5,45	87,9	5,15	145,9	1	4,9	0	0	0	0	12,5	187	8,75	125,4	4,17	20,3	571,4	6,3
7-8	6,25	100,8	4,75	134,6	2	9,7	0	0	0	0	12,5	187	8,75	125,4	4,17	20,3	577,8	6,4
8-9	4,95	79,8	4,45	126,1	3	14,6	0	0	0	0	0	0	8,75	125,4	4,16	20,2	366,1	4
9-10	4,4	71	4,2	119	7	34	8,5	10,2	0	0	0	0	8,75	125,4	4,17	20,3	379,9	4,2
10-11	4,2	67,7	3,4	96,3	10	48,6	8,5	10,2	6,25	37,4	0	0	8,75	125,4	4,17	20,3	405,9	4,5
11-12	4,05	65,3	3,4	96,3	12	58,3	8,5	10,2	6,25	37,4	0	0	8,75	125,4	4,16	20,2	413,1	4,6
12-13	3,9	62,9	3,4	96,3	12	58,3	8,5	10,2	6,25	37,4	0	0	8,75	125,4	4,17	20,3	410,8	4,5
13-14	4,3	69,3	4	113,3	12	58,2	0	0	6,25	37,3	0	0	8,75	125,4	4,17	20,3	423,8	4,7
14-15	4,4	71	4,2	119	10	48,6	0	0	0	0	0	0	3,25	46,6	4,16	20,2	305,4	3,4
15-16	4,75	76,6	3,8	107,7	7	34	0	0	0	0	0	0	3,25	46,6	4,17	20,2	285,1	3,1
16-17	5,65	91,1	4,35	123,2	3	14,6	0	0	0	0	0	0	3,25	46,6	4,17	20,2	295,7	3,3
17-18	5,3	85,5	5	141,6	3	14,6	0	0	0	0	12,5	187	3,25	46,6	4,16	20,2	495,5	5,5
18-19	5,65	91,1	6,85	194,1	3	14,6	0	0	6,25	37,4	12,5	186,9	3,25	46,6	4,17	20,3	591	6,5
19-20	6,3	101,6	9,15	259,1	3	14,6	0	0	6,25	37,4	12,5	186,9	3,25	46,6	4,17	20,3	666,5	7,4
20-21	6,6	106,3	9	255	2	9,7	0	0	6,25	37,4	12,5	187	3,25	46,6	4,16	20,2	662,2	7,3
21-22	6,8	109,6	7,45	211,1	2	9,7	0	0	6,25	37,4	0	0	3,25	46,6	4,17	20,3	434,7	4,8
22-23	5,45	87,9	5,5	155,8	1	4,9	0	0	6,25	37,4	0	0	0,5	7,2	4,17	20,3	313,5	3,5
23-24	3,2	51,6	4,8	136	1	4,9	0	0	6,25	37,4	0	0	0,5	7,2	4,16	20,2	257,3	2,8
SUMA	100	1613	100	2833	100	486,2	100	119,6	100	598,3	100	1496	100	1434	100	486,2	9065	100

Wynika z niej, iż maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę występuje w godzinach 20-21 i wynosi 666,6 m3/h. Straty wody w sieci wodociągowej wynoszą 20,3 m3/h .

Obliczenia hydrauliczne wody podziemnej

Zaprojektowano ujęcie wody składające się ze studzien wierconych czerpiących wodę z warstwy wodonośnej o zwierciadle swobodnym.

Dane do obliczeń.

Maksymalna dobowa wydajność ujęcia: 9332,5m³/h=0,108m³/s

Współczynnik filtracji warstwy wodonośnej: kf= 33,9m/d,

Średnica studni: d=2r=0,6m

Miąższość warstwy wodonośnej: Hw=

Poziom zwierciadła statycznego:Zzw=2,6m

Obliczenie współrzędnych charakterystyki pojedynczej studni.

Skorzystano ze wzoru Dupuita na wydajność studni wierconej zagłębionej w zbiorniku wody podziemnej o zwierciadle swobodnym:

k_f - współczynnik filtracji warstwy wodonośnej

s - depresja wody w studni

H_w - miąższość warstwy wodonośnej

R - promień zasięgu leja depresyjnego

r - promień studni

Promień zasięgu leja depresyjnego obliczono ze wzoru Kusakina :

Założono cztery wartości depresji s, dla których obliczono wartości promienia zasięgu leja depresyjnego R oraz wydajności studni Q :

- dla s = 1,0 m

R₁=575∙1∙√(18,9∙0,00039)=49,37 m

Q₁=1,365∙0,00039∙2∙(2∙18,9-1)/log(49,37/0,3)=0,0088 m³/s

- dla s = 2,0 m

R₂=575∙2∙√(18,9∙0,00039)=98,73 m

Q₂=1,365∙0,00039∙2∙(2∙18,9-2)/log(98,73/0,3)=0,0151 m³/s

- dla s = 3,0 m

R₃=575∙3∙√(18,9∙0,00039)=148,1 m

Q₃=1,365∙0,00039∙3∙(2∙18,9-3)/log(148,1/0,3)=0,0206 m³/s

- dla s = 4,0 m

R₄=575∙4∙√(18,9∙0,00039)=197,47 m

Q₄=1,365∙0,00039∙4∙(2∙18,9-4)/log(197,47/0,3=0,0255 m³/s

Tabela 3- Wyniki obliczeń wydajności jednej studni.

Depresja studni	Promień zasięgu leja depresyjnego	Wydajność studni
s	Ri	Qi
1	49,37	0,0088
2	98,73	0,0151
3	148,1	0,0206
4	197,47	0,0255

Na podstawie powyższych danych sporządzono wykres charakterystyki studni s =f (Q) (rys. 1)

Obliczenie maksymalnej wydajności studni.

Q_maxth = 2∙π∙r∙H_w∙V_dop, m³/s

V_dop = √kf / 45 , m/s

gdzie:

V_{dop -} dopuszczalna prędkość wlotowa wody do studni

Z obliczeń:

V_{dop =} √0,00039 / 45 = 0,000439 m/s

Q_maxth = 2∙3,14∙0,3∙18,9∙4,39∙10^-4 =0,0156 m³/s

Określenie eksploatacyjnej wydajności studni.

Na podstawie obliczonych danych i przyjmując sumaryczną długość rury nadfiltrowej i podfiltrowej równą 3,0 m sporządzono wykres, z którego odczytano:

- wydajność eksploatacyjną studni: Q_e = 0,012 m³/s

- depresję eksploatacyjną: S_e =1,52 m

Dla powyższej depresji obliczono promień zasięgu leja depresyjnego R_e ze wzoru Kusakina:

R=575∙1,52∙√(18,9∙0,00039)=75,04 m

Obliczenie ilości studzien

n= Quj/(α*Qe)

Q_UJ - maksymalna dobowa wydajność ujęcia wody

Q_e - wydajność eksploatacyjna studni

α - współczynnik rezerwy studzien ( 0,6 ÷ 0,9 )

Dla α = 0,6

n= 0,108/(0,6*0,012)=15

Dla α = 0,9

n= 0,108/(0,9*0,012)=10 Przyjmujemy 12 studzien (2x6).

Wybrano następujący schemat układu lewarowego.

Pojedynczy układ składa się z 6 studzien. Odległość między studniami wynosi 55 metrów. Liczba układów lewarowych wynosi 2. Całkowita liczba studzien wynosi 12.

Obliczenie wydajności współdziałających studzien metodą Forchheimera

Zastosowane poniżej wzory zostały zaczerpnięte z [1]. Wielkości promieni zasięgu leja depresji dla danych depresji z Tabeli 3.

h_i =
, m

s_i = H-h_i

Gdzie:

h_i - wzniesienie obniżonego zwierciadła wody w przekroju i-tej studni, m

s_i - depresja wody w i-tej studni, m

H - wzniesienie statyczne zwierciadła wody nad podłożem nieprzepuszczalnym, m

Q_i - wydajność i-tej studni współpracującej z grupą n studzien, m³/s

k_f - współczynnik filtracji, m/s

n - liczba współdziałających studzien

r - promień studni, m

- odległość studni rozpatrywanej od studzien współdziałających, m

R_g - promień zasięgu leja depresyjnego wywołany działaniem grupy studzien, m

R_g = R+R₀

R - promień leja depresyjnego, m

R₀ - zastępczy promień ujęcia grupowego, m

R₀ =

a - odległość skrajnych współdziałających studzien ustawionych w szeregu, m

k_f = 0,00039 m/s

r = 0,3 m

H = 18,9 m

Dla:

s₁ = 1,00 m

R₁ = 49,39m

Q₁ = 0,0088 m³/s

STUDNIA 1 i 6, 2 i 5, 3 i 4:

R₁ < l₁ - brak współpracy studzien

Hi= 18,9- 1= 17,9

Dla:

s₂ = 2,00 m

R₂ = 98,73m

Q₂= 0,0151m³/s

STUDNIA 1 i 6:

Współdziałają ze sobą 2 studnie ( 1 z 2 i 6 z 5)

n=2

a=55

Rg= 98,73 ∙ 55/4 = 112,48

hi= √(18,9² - 0,0151/(1,365∙ 0,0039)∙ (2∙lg(112,48)-lg(0,3*55)))= 16,59m

STUDNIA 2 i 5 oraz 3 i 4:

Współdziałają ze sobą 3 studnie ( 2 z 1 i 3, 5 z 4 i 6, 3 z 2 i 4, 4 z 3 i 5)

n=3

a=110

Rg= 98,73 ∙ 110/4= 126,23

hi= √(18,9² - 0,0151/(1,365∙ 0,0039)∙ (2∙lg(126,23)-lg(0,3*55*55)))= 16,2m

Dla:

s₃ = 3,00 m

R₃ = 148,1m

Q₃ = 0,0206m³/s

STUDNIA 1 i 6:

n=3

a=110

Rg= 148,1∙ 110/4= 175,6

hi= √(18,9² - 0,0206/(1,365∙ 0,0039)∙ (2∙lg(175,6)- lg(0,3*55*55)))= 14,92m

STUDNIA 2 i 5:

n=4

a=165

Rg= 148,1∙ 165/4= 189,35

hi= √(18,9² - 0,0206/(1,365∙ 0,0039)∙ (2∙lg(189,35)- lg(0,3*55*55*110)))= 14,8m

STUDNIA 3 i 4:

n=5

a=220

Rg= 148,1∙ 220/4= 203,1

hi= √(18,9² - 0,0206/(1,365∙ 0,0039)∙ (2∙lg(203,1)- lg(0,3*110*55*55*110)))= 13,78m

Dla:

s₁ = 4,00 m

R₁ = 197,47 m

Q₁ = 0,0255m³/s

STUDNIA 1 i 6:

n=4

a=165

Rg= 197,47∙ 165/4= 238,72

hi= √(18,9² - 0,0255/(1,365∙ 0,0039)∙ (2∙lg(238,72)- lg(0,3*55*110*165)))= 12,8m

STUDNIA 2 i 5:

n=5

a=220

Rg= 197,47∙ 220/4= 252,47

hi= √(18,9² - 0,0255/(1,365∙ 0,0039)∙ (2∙lg(252,47)- lg(0,3*55*55*110*165)))= 11,29m

STUDNIA 3 i 4:

n=6

a=275

Rg= 197,47∙ 275/4= 266,22

hi= √(18,9² - 0,0255/(1,365∙ 0,0039)∙ (2∙lg(266,22)- lg(0,3*110*55*55*110*165)))= 10,18m

Określenie depresji wody wewnątrz poszczególnych studni

Zastosowane wzory zostały zaczerpnięte [2].

Wzór Abramowa:

Δs = 0,01a
, m

s_p = s_i + Δs

a - współczynnik doświadczalny zależny od konstrukcji filtru

(przyjęto wartość dla filtru żwirowego a=20)

Qi - wydajność i-tej studni, m3/s

s_i - depresja wody w i-tej studni, m

d - średnica studni, m

l_f - długość filtru właściwego, m

l_f = H_w - s_e - (l_n+l_p), m

l_n - długość rury nadfiltrowej, m

l_p - długość rury podfiltrowej, m

k_f - współczynnik filtracji, m/s

s_e - depresja eksploatacyjna, m

k_f = 0,00039 m/s

l_f = 14,38 m

Zastosowano metodę kolejnych przybliżeń, w celu zmniejszenia odchyłki
poniżej 5,0 %. W pierwszych przybliżeniach założono Δs równe 15 % wartości s_i.

· 100% ≤ 5,0 %

Dla:

s₁ = 1,00 m

Q₁ = 0,0088m³/s

STUDNIA 1 i 6, 2 i 5, 3 i 4:

I Przybliżenie:

h_1-6 = 17,9

s_1-6 = 18,9 - 17,9 = 1,00 m

Δs _zał. = 0,15·1,0 = 0,15 m

s_p = 1,00 + 0,15 = 1,15 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0088·1,15)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,28

ζ = | (0,15- 0,28)/ 0,28 | · 100% = 46,43% > 5%

II Przybliżenie:

s_1-6 = 18,9 - 17,9 = 1,00 m

Δs _zał. = 0,28 m

s_p = 1,00 + 0,28 = 1,28

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0088·1,28)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,29

ζ = | (0,28- 0,29)/ 0,29 | · 100% = 3,45% < 5%

Dla:

s₂ = 2,00 m

Q₂= 0,0151m³/s

STUDNIA 1 i 6

I Przybliżenie:

h_1,6 = 16,59

s_1,6 = 18,9 - 16,59= 2,31 m

Δs _zał. = 0,15·2,31 = 0,35 m

s_p = 2,31 + 0,35 = 2,66 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0151·2,66)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,55

ζ = | (0,35- 0,55)/ 0,55 | · 100% = 36,36% > 5%

II Przybliżenie:

s_1,6 = 2,31m

Δs _zał. = 0,55 m

s_p = 2,31 + 0,55 = 2,86m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0151·2,86)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,57

ζ = | (0,55- 0,57)/ 0,57 | · 100% = 3,82% < 5%

STUDNIA 2 i 5, 3 i 4

I Przybliżenie:

h_2,5;3,4 = 16,2

s_2,5;3,4 = 18,9 - 16,2= 2,7 m

Δs _zał. = 0,15·2,7 = 0,41 m

s_p = 2,7 + 0,41 = 3,11 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0151·3,11)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,6

ζ = | (0,41- 0,6)/ 0,6 | · 100% = 31,67% > 5%

II Przybliżenie:

s_2,5;3,4 = 2,7m

Δs _zał. = 0,6m

s_p = 2,7 + 0,6 = 3,30m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0151·3,3)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,61

ζ = | (0,56- 0,61)/ 0,61 | · 100% = 2,32% < 5%

Dla:

s₃ = 3,00 m

Q₃ = 0,0206m³/s

STUDNIA 1 i 6

I Przybliżenie:

h_1,6 = 14,92

s_1,6 = 18,9 - 14,29= 3,98 m

Δs _zał. = 0,15·3,98 = 0,6 m

s_p =3,98 + 0,6 = 4,58 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0206·4,58)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,85

ζ = | (0,6- 0,85)/ 0,85 | · 100% = 29,41% > 5%

II Przybliżenie:

s_1,6 = 3,98m

Δs _zał. = 0,85 m

s_p = 3,98 + 0,85 = 4,83m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0206·4,83)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,87

ζ = | (0,85- 0,87)/ 0,87 | · 100% = 2,06% < 5%

STUDNIA 2 i 5

I Przybliżenie:

h_2,5= 14,08m

s_2,5 = 18,9 - 14,08= 4,82 m

Δs _zał. = 0,15·4,82 = 0,72 m

s_p =4,82 + 0,72 = 5,54 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0206·5,54)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,93m

ζ = | (0,72- 0,93)/ 0,93 | · 100% = 22,58% > 5%

II Przybliżenie:

s_2,5= 4,82 m

Δs _zał. = 0,93m

s_p = 4,82 + 0,93= 5,75m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0206·5,75)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,95

ζ = | (0,93- 0,95)/ 0,95 | · 100% = 2,11% < 5%

STUDNIA 3 i 4

I Przybliżenie:

h_3,4 = 13,78

s_3.4 = 18,9 - 13,78= 5,12 m

Δs _zał. = 0,15·5,12 = 0,77 m

s_p =5,12 + 0,77 = 5,89 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0206·5,89)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,96m

ζ = | (0,77- 0,96)/ 0,96 | · 100% = 19,79% > 5%

II Przybliżenie:

s_3,4 = 5,12 m

Δs _zał. = 0,96m

s_p = 5,12 + 0,96= 6,08m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0206·6,08)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=0,97

ζ = | (0,96- 0,97)/ 0,97 | · 100% = 1,03% < 5%

Dla:

s₁ = 4,00 m

Q₁ = 0,0255m³/s

STUDNIA 1 i 6

I Przybliżenie:

h_1,6 = 12,8

s_1,6 = 18,9 - 12,8= 6,10 m

Δs _zał. = 0,15·6,10 = 0,92 m

s_p =6,10 + 0,92 = 7,02 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0255·7,02)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=1,16

ζ = | (0,92- 1,16)/ 1,16 | · 100% = 20,69% > 5%

II Przybliżenie:

s_1,6 = 6,10m

Δs _zał. = 1,16 m

s_p = 6,10 + 1,16 = 7,26m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0255·7,26)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=1,18

ζ = | (1,16- 1,18)/ 1,18 | · 100% = 1,69% < 5%

STUDNIA 2 i 5

I Przybliżenie:

h_2,5 = 11,29

s_2,5= 18,9 - 11,29= 7,61 m

Δs _zał. = 0,15·7,61 = 1,14 m

s_p = 7,61 + 1,14 = 8,75 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0255·8,75)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=1,3

ζ = | (1,14 - 1,3)/ 1,3 | · 100% = 12,31% > 5%

II Przybliżenie:

s_2,5= 7,61m

Δs _zał. = 1,3 m

s_p = 7,61 + 1,4= 8,91m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0255·8,91)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=1,31

ζ = | (1,3- 1,31)/ 1,31 | · 100% = 0,76% < 5%

STUDNIA 2 i 5

I Przybliżenie:

h_3,4= 10,18

s_3,4= 18,9 - 10,18= 8,72 m

Δs _zał. = 0,15·8,72 = 1,31 m

s_p = 8,72 + 1,31 = 10,03 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0255·10,03)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=1,39

ζ = | (1,31 - 1,39)/ 1,39 | · 100% = 5,76% > 5%

II Przybliżenie:

s_3,4= 8,72m

Δs _zał. = 1,39 m

s_p = 8,72 + 1,39= 10,11 m

Δs_obl = 0,01· 20· √((0,0255·10,11)/(Π·0,3·0,00039·14,38))=1,4

ζ = | (1,39- 1,4)/ 1,4 | · 100% = 0,71% < 5%

Na podstawie wyników z powyższych obliczeń sporządzono Tabelę 4.

Tabela 4. Zestawienie wyników obliczeń współdziałania grupy studzien

S zał	Sobl	Δs	sp	Qi
m	m	m	m	m3/s
studnia 1 i 6
1	1,00	1,28	2,28	0,0088
2	2,31	0,57	2,88	0,0151
3	3,98	0,87	4,85	0,0206
4	6,10	1,18	7,28	0,0255
studnia 2 i 5
1	1,00	1,28	2,28	0,0088
2	2,70	0,61	3,31	0,0151
3	4,82	0,95	5,77	0,0206
4	7,61	1,31	8,92	0,0255
studnia 3 i 4
1	1,00	1,28	2,28	0,0088
2	2,70	0,61	3,31	0,0151
3	5,12	0,97	6,09	0,0206
4	8,72	1,40	10,12	0,0255

Depresja obliczeniowa prawie w każdym z przypadków była wyższa od depresji założonej. Wraz ze wzrostem depresji, rośnie uskok hydrauliczny oraz wydajność studni.

Obliczenie współpracy studzien z lewarem metodą analityczno-graficzną

Założono, że każda z przyjętych grup studzien posiada dwa oddzielne przewody lewarowe oraz studnię zbiorczą do której doprowadzona jest ujmowana woda. Obliczenia przeprowadzono dla jednego przewodu lewarowego.

Układ połączeni przewodu lewarowego ze studniami przedstawiono na schemacie:

Przewód lewarowy składa się z następujących odcinków:

- przyłącze P

- odcinek AB

- odcinek BC

- odcinek CD

Zastosowano wzory zaczerpnięte z [2].

l _pion = Z _zw + Z _p + s_e + h_z, m

l _p = l _pion + l _poz, m

Gdzie:

l _pion - długość pionowej części przyłącza, m

l _poz - długość poziomej części przyłącza, m

l _p - całkowita długość przyłącza, m

Z _zw - poziom statycznego zwierciadła wody, m

Z _p - zagłębienie przewodu lewarowego pod powierzchnią terenu, m

s _e - depresja eksploatacyjna, m

h_z - głębokość zanurzenia wlotu do przewodu lewarowego pod zwierciadłem dynamicznym wody gruntowej, m

Z _zw =2,6m

s_e = 1,52 m

Zakładamy wartości:

Z _p = 1,40m

h_z = 1,00 m,

l _poz = 10,0 m

l _pion = 2,6- 1,4+1,52+ 1= 3,72 m

l _p = 3,72 + 10= 13,72m

l _p = 14m (w przybliżeniu do 1m)

Dobór średnic poszczególnych odcinków lewara

Zastosowane poniżej wzory zostały zaczerpnięte z [2].

q _śrst =
, m³/s

Gdzie:

q _śrst - średnia wydajność pojedynczej studni, m³/s

Q_uj - maksymalna dobowa wydajność ujęcia wody, m³/s

n - ilość studni

Q_uj = 9332,5 m3/d = 0,10802 m³/s

n = 12

Zastosowano lewar z rur żeliwnych (żeliwo sferoidalne z wykładziny cementowej), dla których współczynnik chropowatości k=04 mm

d_i =
, m

v_i =
, m/s

Gdzie:

d_i - średnica wewnętrzna rurociągu

Q_i - natężenie przepływu na poszczególnych odcinkach lewara, m³/s

v_i - prędkość przepływu wody w rurze, m/s

Przyjęto V_i = 0,5 - 0,9 m/s, i dla tych skrajnych wartości wyliczono przedział średnic teoretycznych. Na podstawie przedziału zostały dobrane średnice normatywne, pochodzące z „Katalogu rur i kształtek z żeliwa sferoidalnego z wykładziną cementową firmy Buderus”.

q _śrst = 0,10802/ 12 = 0,009 m³/s

Przyłącze p:

Q_p = q _śrst = 0,009 m³/s

d_p1= √((4·0,009)/(3,14·0,9))= 0,113 m

d_p2= √((4·0,009)/(3,14·0,5))= 0,151 m

Przyjęto

d_p= 150 mm

v_p= (4·0,009)/(3,14·0,150²)= 0,51 m/s

Odcinek AB

Q_p = q _śrst = 0,009 m³/s

d_ab1= √((4·0,009)/(3,14·0,9))= 0,113 m

d_ab2= √((4·0,009)/(3,14·0,5))= 0,151 m

Przyjęto

d_ab= 150 mm

v_ab= (4·0,009)/(3,14·0,150²)= 0,51 m/s

Odcinek BC

Q_p = 2· q _śrst = 0,018 m³/s

d_bc1= √((4·0,018)/(3,14·0,9))= 0,16 m

d_bc2= √((4·0,018)/(3,14·0,5))= 0,214 m

Przyjęto

d_bc= 200 mm

v_bc= (4·0,018)/(3,14·0,200²)= 0,57 m/s

Odcinek CD

Q_cd = 3· q _śrst = 0,027 m³/s

d_cd1= √((4·0,027)/(3,14·0,9))= 0,195 m

d_cd2= √((4·0,027)/(3,14·0,5))= 0,262 m

Przyjęto

d_cd= 250 mm

v_cd= (4·0,027)/(3,14·0,25²)= 0,55 m/s

Dla dobranych średnic rur przyjęto wartości współczynników oporności właściwej C oraz współczynnika do obliczeń miejscowych oporów hydraulicznych Sk dla

chropowatości k=0,4 mm [2]. Dobrane średnice i odpowiadające im współczynniki zestawiono w Tabeli 5.

Tabela 5. Wykaz średnic przewodów lewara

Odcinek	Natężenie przepływu Q	Średnica wewnętrzna d	Prędkość przepływu V	Długość l	Wsp. oporności właściwej C	Współczynnik Sk
		m^3/s	mm	m/s	m	s^2/m^6	s^2/m^5
p	0,009	150	0,51	14,00	29,651	163,29
AB	0,009	150	0,51	55,00	29,651	163,29
BC	0,018	200	0,57	55,00	6,4586	51,659
CD	0,027	250	0,55	27,50	1,9837	21,161

Obliczenia współrzędnych charakterystyk przepływu odcinków lewara

Schemat przedstawiający średnicę na poszczególnych odcinkach lewara, niezbędną armaturę sieciową i kształtki:

Do obliczenia wysokości strat ciśnienia wykorzystano wzory z [2]:

Δh = Δhi + Δhm, m

Δh_i = C·l·Q², m

Δh_m = ζ·Sk· Q², m

Δh = (C·l + Σ ζ·Sk)·Q², m

Gdzie:

Δh - strata wysokości ciśnienia na odcinku, m

Δh_i - strata wysokości ciśnienia na długości odcinka, m

Δh_m - strata wysokości ciśnienia na przeszkodzie miejscowej, m

C - współczynnik oporności właściwej, s2/m6

l - długość odcinka przewodu, m

ζ - współczynnik oporu miejscowego, zależny od rodzaju kształtki

Q - natężenie przepływu przez dany odcinek, m3/s

S_k - współczynnik pomocniczy do obliczeń miejscowych strat wysokości ciśnienia, zależny od d, s2/m5

Wymiary kształtek i armatury wraz ze współczynnikami ζ zostały zaczerpnięte z [2, 5]

Przyłącze p:

Założono, że wszystkie przyłącza mają taką samą charakterystykę. Przyłączem reprezentatywnym jest przyłącze drugie, ze względu na największe straty.

Wlot do lewara	ζ = 0,6
Kolanko Ø150mm	ζ = 1,65
Zasuwa w pełni otwarta	ζ = 0,15
Trójnik zbieżny Qo/Q = 0,50	ζo = 0,29
SUMA	Σ ζ =2,64

Odcinek AB:

Rozszerzenie przewodu Dyfuzor Ø150/200 mm	ζ = 0,17
Trójnik zbieżny Qo/Q = 0,50 Ø200mm	ζp = 0,36
SUMA	Σ ζ = 0,43

Dyfuzor 150/200,

D1/d2= 1,33

L= 150

x= (200-150)/2= 25

tg(α/2)= x/ L= 25/150= 0,17

α/2=9.5

α=19

k=0,28

ζ dyfuzora = k[(d2/d1)²-1]² = 0,28*(1,33^2-1)^2=0,17

Odcinek BC:

Rozszerzenie przewodu Dyfuzor Ø200/250 mm	ζ = 0,04
Trójnik zbieżny Qo/Q = 0,33 Ø250mm	ζp = 0,26
SUMA	Σ ζ = 0,273

Dyfuzor 250/200,

D1/d2= 1,25

L= 150

x= (250-200)/2= 25

tg(α/2)= x/ L= 25/150= 0,17

α/2=9.5

α=19

k=0,121

ζ dyfuzora = k[(d2/d1)²-1]² = 0,121*(1,25^2-1)^2=0,04

Odcinek CD:

Kolanko Ø250mm	ζ = 1,95
Trójnik zbieżny Qo/Q=1,00	ζo = 0,92
Wylot lewara zanurzony w wodzie, ze swobodnym wypływem	ζ = 1,00
SUMA	Σ ζ = 3,87

Na podstawie wcześniej przedstawionych wzorów wyznaczono poniżej równania charakterystyki przepływu na poszczególnych odcinkach lewara.

Przyłącze p:

Δh_p =(c₁₅₀ ∙ l + Σ ζ ∙ S_{k 150} ) ∙ Q

Δh _p = (29,651·14,0 + 2,64·163,29)·Q² = 846,2 ·Q² m

Odcinek AB:

Δh_AB =(c₁₅₀ ∙ l + Σ ζ ∙ S_{k 200} ) ∙ Q²

Δh _AB = (29,651·55,0 + 0,53·51,659)·Q²=1658,18 ·Q² m

Odcinek BC:

Δh_BC =(c₂₀₀ ∙ l + Σ ζ ∙ S_{k 250} ) ∙ Q²

Δh _BC = (6,4586·55,0 + 0,3·21,616)·Q² = 361,57·Q² m

Odcinek CD:

Δh_CD =(c₂₅₀ ∙ l + Σ ζ ∙ S_{k 250} ) ∙ Q²

Δh _CD = (1,9837·27,5 + 3,87·21,616)·Q² = 136,44 ·Q² m

Wyniki powyższych obliczeń przedstawiono w Tabeli 6.

Tabela 6. Zestawienie strat wysokości ciśnienia dla przyłącza oraz poszczególnych odcinków lewara.

3.8.3 Określenie rzeczywistych wydajności i depresji wody w studniach metodą graficzną

Na podstawie powyższych (3.8.2) danych wykonano Rysunek 2 - Wykres współpracy studzien z lewarem. Odczytano depresję i wydajności poszczególnych studzien i depresję studni zbiorczej, które zestawiono poniżej.

Studnia 1 Depresja s1 = 1.235 m Wydajność Q1 = 8.47 dm^3/s	Studnia 3 Depresja s3 = 1,43 m Wydajność Q3 = 9.46 dm^3/s
Studnia 2 Depresja s2 = 1,355 m Wydajność Q2 = 9.07 dm^3/s	Studnia zb. Depresja s zb = 1,62 m

Depresja eksploatacyjna studzien s_e = 1,53 m - większa od depresji rzeczywistych.

3.9 Dobór parametrów oraz wymiarów filtra studziennego

W celu doboru parametrów oraz wymiarów filtra studziennego zastosowano wzory z [2].

d₅₀ = 0,46 mm

2r = 0,50 m

Materiał filtracyjny to obsypka podwójna.

Przyjęto rurę okładzinową stalową ze szwem Ø508,0 x 11,0 mm

D_zo = 508,0

D_w =508,0 - 2·11,0 = 486,0 mm

Grubość warstwy obsypki:

Przyjęto rurę filtrową o średnicy d_zf = 203,0 mm, d_w = 5,5 mm

G_ob =
= 76,25 mm

Gdzie:

G _ob - grubość pojedynczej warstwy obsypki, mm

D _zo = 508- średnica zewnętrza rury okładzinowej, mm

d _zf = 203 - średnica zewnętrzna rury filtrowej, mm

x - ilość warstw obsypki (x=2)

Uziarnienie obsypki:

Dla obsypek wykonanych wewnątrz otworu D₅₀/d₅₀ = 5

Dla obsypki wewnętrznej: D'₅₀/d₅₀ = 5 ==> D'₅₀ = 5·d₅₀ = 5·0,46 = 2,3 mm

Przyjęto piasek o uziarnieniu 2,0 ÷ 3,0 mm

Dla obsypki zewnętrznej: D''₅₀/D'₅₀ = 5 ==> D''₅₀ = 5·D'₅₀ = 5· 2,3 = 11,5 mm

Przyjęto żwir o uziarnieniu 8,0 ÷ 12,0 mm

Perforacja rury rdzeniowej:

Założono perforację okrągłą w szachownicę o symetrycznym rozstawie otworów.

Średnica otworów na rurze filtrowej:

Dla piasków jednorodnych (d60/d1 ≤ 2)

do = (2,5 ÷ 3,0)·D''₅₀ = (2,5 ÷ 3,0)·(8,0 ÷ 12,0) = (20,0 ÷ 36,0) mm

Przyjęto do = 23,0 mm aby średnica pojedynczego otworu

domax ≤ 0,1·d_z =20,3

Powierzchnia przekroju pojedynczego otworu:

fo=
= 3,23 · 10^-4 m²

Przyjęto fo = 0,323·10^-3 m²

Rozstaw otworów:

l = (2,3÷2,8)·do = 46,69 ÷ 56,84 mm

Przyjęto rozstaw otworów l = 50 mm

Ilość otworów na obwodzie rury filtrowej:

n =
= 12,75 - po zaokrągleniu do jednego pełnego otworu przyjmujemy 13

Rzeczywisty rozstaw otworów:

l_rz =
= 50 mm

Ilość rzędów na 1 mb rury filtrowej:

m =
= 40

Ilość otworów na 1 mb rury filtrowej:

N = m·n = 40 · 11 = 440

Współczynnik przepuszczalności filtru φ

Przyjęto N = 440 oraz fo = 0,32 · 10^-3 m²

φ =
= 0,1408/0,63742= 0,22 czyli 22 %

Wartość ta mieści się w zakresie pomiędzy 20÷30 %.

4. Obliczenia hydrauliczne sieci wodociągowej

Przedmiotem opracowania jest projekt koncepcyjny dowolnej sieci wodociągowej dla jednostki osadniczej. Dla tego typu sieci obliczenia hydrauliczne należy przeprowadzić za pomocą metody Crossa.

4.1 Obliczenia rozbiorów z węzłów i odcinków

Dane do obliczeń (są wynikiem otrzymanym z pierwszej części projektu)

- średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę Q _{śr d} = 5347,9 m³/d = 61,9 dm³/s

- maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę = Q _{max d} = 9065,1 m3/d = 104,9 dm³/s

- maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę Q _{max h} = 666,5 m3/h = 185,1 dm³/s

- najmniejszy procent z rozbiorów godzinowych %_min = 1,3 %

Minimalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę obliczono za pomocą wzoru [2]:

Q _{min h} = 0,01 · % _min · Q _{śr d} = 0,01 · 1,3 · 5347,9 = 69,52 m³/h = 19,3 dm³/s

Q _{min h} - minimalne zapotrzebowanie na wodę, m³/h

Q _{śr d} - średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę, m³/d

% _min - najmniejszy procent z rozbiorów godzinowych, %

Na podstawie procentowych rozbiorów węzłów i odcinków przedstawionych na schemacie sieci wodociągowej, obliczono rzeczywiste rozbiory wody wyrażone w dm³/s. Wyniki zestawiono w Tab. 7.

Tab. 7 - Zestawienie rozbiorów węzłowych i odcinkowych

węzeł lub odcinek	procent rozbioru	rozbiory przy:
				Qmax h	Qmin h
		%	Dm^3/s	dm^3/s
1	9	16,6	1,6
1-2	8	14,8	1,5
2	9	16,6	1,6
2-3	5	9,3	1
3	4	7,4	0,8
3-4	8	14,7	1,5
4	6	11,1	1,2
4-5	7	13	1,4
5	6	11,1	1,2
5-6	6	11,1	1,2
6	5	9,3	1
6-7	7	13	1,4
7	8	14,8	1,5
7-3	3	5,6	0,6
5-8	4	7,4	0,8
1-5	5	9,3	1
SUMA	100	185,1	19,3

4.2 Obliczenie wydajności pompowni drugiego stopnia oraz zbiornika sieciowego

Czas pracy pompowni II-go stopnia wynosi: Tp = 24 h/d

Średnia wydajność pompowni:

Q _pśr =
= 9065,1/24= 377,71 m³/h = 104,9 dm³/s

Q _pśr - średnia wydajność pompowni II-go stopnia, m³/h

Q _{max d} - maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę, m³/d

Tp - czas pracy, h/d

Maksymalna wydajność pompowni to średnia wydajność zwiększona o 10%

Q _pmax = 1,1 Q pśr = 1,1 · 104,9 = 115,4 dm³/s

Minimalna wydajność pompowni do średnia wydajność zmniejszona o 10%

Q _pmin = 0,9 Q pśr = 0,9 · 104,9 = 94,4 dm³/s

Wydajność zbiornika sieciowego podczas rozbioru maksymalnego godzinowego:

Qz = Q _{max h} - Q _pmax = 185,1 - 115,4 = 69,7dm³/s

Wydajność zbiornika sieciowego podczas rozbioru minimalnego godzinowego:

Qz = Q _pmin - Q _{min h} = 94,4 - 19,3 = 75,1 dm³/s

4.3 Dobór średnic przewodów wodociągowych

Na podstawie obliczeń wykonanych w punkcie 4.2 oraz danych na schemacie sieci wodociągowej obliczono założone przepływy na danych odcinkach sieci wodociągowej. Następnie z nomogramu rur PE SDR 17 [8] odczytano wartości średnic, prędkości i spadki hydrauliczne poszczególnych odcinków. Wyniki zestawiono w Tabeli 8.

Średnice dobrano dla większych przepływów dla przepływów z minimalnego lub maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę. Kierowano się kryterium prędkości ekonomicznej:

v = 0,6 ÷ 0,9 m/s dla < Ø 300 mm

v = 0,9 ÷ 1,5 m/s dla > Ø 300 mm

Długości odcinków zostały odczytane ze schematu sieci wodociągowej .

4.4 Obliczenie pojemności i wymiarów sieciowego zbiornika wodociągowego

Pojemność zbiornika została obliczona ze wzoru [2]:

V_c = V_uż + V_poż + V_m, m³

Gdzie:

V_c - całkowita pojemność sieciowego zbiornika wodociągowego, m³

V_uż - pojemność użytkowa sieciowego zbiornika wodociągowego, m³

V_poż - zapas wody do celów przeciwpożarowych, m3

Pojemność użytkową zbiornika wyznaczono metodą analityczną, dla czasu pracy pompowni II-stopnia Tp = 24 h/d.

Pojemność użytkową sieciowego zbiornika wodociągowego obliczono ze wzoru [2]:

V_uż = 0,01 · %_max · Q_{max d}, m³

V_uż - pojemność użytkowa sieciowego zbiornika wodociągowego, m³

Q_{max d} - maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę, m³/d

%_max - maksymalna pojemność użytkowa jako procent z Q_maxd, %

Na podstawie danych przedstawionych w Tab. 2 stworzono Tab. 9.

Tab. 9 Obliczenia pojemności użytkowej zbiornika wodociągowego.

godz.	Rozbiór wody	Dostawa wody	Przybywa do zbiornika	Ubywa ze zbiornika	Pojemność zbiornika
0-1	1,4	4,17	2,77		4,8
1-2	1,3	4,17	2,87		7,67
2-3	1,3	4,16	2,86		10,53
3-4	1,3	4,17	2,87		13,4
4-5	3,7	4,17	0,47		13,87
5-6	4,2	4,16		0,04	13,83
6-7	6,3	4,17		2,13	11,7
7-8	6,4	4,17		2,23	9,47
8-9	4	4,16	0,16		9,63
9-10	4,2	4,17		0,03	9,6
10-11	4,5	4,17		0,33	9,27
11-12	4,6	4,16		0,44	8,83
12-13	4,5	4,17		0,33	8,5
13-14	4,7	4,17		0,53	7,97
14-15	3,4	4,16	0,76		8,73
15-16	3,1	4,17	1,07		9,8
16-17	3,3	4,17	0,87		10,67
17-18	5,5	4,16		1,34	9,33
18-19	6,5	4,17		2,33	7
19-20	7,4	4,17		3,23	3,77
20-21	7,3	4,16		3,14	0,63
21-22	4,8	4,17		0,63	0
22-23	3,5	4,17	0,67		0,67
23-24	2,8	4,16	1,36		2,03
suma	100	100	16,73	16,73

Z Tab. 9 odczytano wartość %_max = 13,87 % dla godziny 4-5.

V_uż = 0,01 · 13,87 · 9065,1 = 1257,3 m³

Wymiary zbiornika zostały obliczone ze wzoru [2]:

D_zb =
, m

Gdzie:

D_zb - średnica wewnętrzna zbiornika

V_uż - pojemność użytkowa sieciowego zbiornika wodociągowego, m³

H_uż - wysokość warstwy użytkowej, przyjęto H_uż = 5,0 m

D_zb =√((4*1257,3)/(3,14*5))=17,9m

Przyjmujemy D_zb =18m (po zaokrągleniu w górę)

H _{uż rzeczywiste} =
= (4*1257,3)/(18*18*3,14)= 4,94m

Wymaganą ilość wody do celów przeciwpożarowych dla jednostki osadniczej przyjęto wg.: „Rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 24 lipca 2009 w sprawie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę oraz dróg pożarowych” (Dz.U. Nr 124 poz.1030 - Tabela 1) [7].

Odczytano następujące wartości:

- wydajność wodociągu = 20,0 dm³/s

- równoważny zapas wody w zbiorniku = 200,0 m³

Wysokość warstwy przeciwpożarowej obliczono ze wzoru:

H_poż =
, m

Gdzie:

H_poż - wysokość warstwy wody do celów pożarowych, m

V_poż - zapas wody do celów pożarowych, odczytano wartość V_poż = 200,0 m³

D_zb - średnica wewnętrzna zbiornika

H_poż = (4*200)/(3,14*18^2)= 0,78m

Przyjmujemy H_poż =0,8m

V_{poż rzecz} =203m

Wysokość martwej warstwy wody przyjęto H_m = 0,50 m

Pojemność martwą obliczono ze wzoru:

V_m =
· Hm, m³

Gdzie:

V_m - pojemność martwa zbiornika, m³

D_zb - średnica wewnętrzna zbiornika

H_m - wysokość warstwy martwej, m

V_m = (3,14*18^2)/4 * 0,5= 127,17 m³

Sprawdzenie warunku stabilności zbiornika o powyższych wymiarach:

= 0,25 ÷ 0,33

gdzie H_c - wysokość całkowita = H _poż + H _m + H _uż, m

H_c = 6,3 m

= 0,35

V_c = V_uż + V_poż + V_m = 1602, 3m

4.5 Obliczenia hydrauliczne sieci wodociągowej dla maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę (Q_{max h})

Na podstawie Tabeli 7 sporządzono Rysunek 3, przedstawiający schemat obliczeniowy sieci wodociągowej dla przepływu maksymalnego godzinowego - przepływy założone.

Następnie na podstawie danych z Tabeli 7 i Tabeli 8, oraz Rysunku 3 sporządzono Tabelę 10 - Obliczenia sieci wodociągowej metodą Crossa dla minimalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę. Obliczenia przeprowadzano metodą kolejnych przybliżeń, do momentu osiągnięcia odchyłki poniżej maksymalnej dopuszczonej Δh = +/- 0,50 m.

Rzędne terenu odczytano z [3] (użyto metody interpolacji liniowej dla wartości pośrednich).

Na podstawie danych z Tabeli 10 i Tabeli 11 oraz z danych zamieszczonych w wydanym temacie [3] został naszkicowany Rysunek 6 - Wykres linii ciśnienia w sieci wodociągowej dla maksymalnego i minimalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę po trasie pompownia - zbiornik.

Po wyrównaniu przepływów, prędkości rzeczywiste na niektórych odcinkach nie mieszczą się w granicach zalecanych prędkości ekonomicznych. Dla tych odcinków należałoby ponownie wykonać pełną analizę. Wynika to głównie z faktu, że przewody dobrano dla większego z przepływów maksymalnego/minimalnego godzinowego - a one między sobą się znacznie różnią.

5. Dobór pomp w pompowni drugiego stopnia

Na podstawie obliczeń sieci wodociągowej zamieszczonych powyżej dokonano pompowni drugiego stopnia. Pompownia ta ma na celu tłoczenie wody do odbiorców.

Niezbędne dane do obliczeń zostały zaczerpnięte z [3] lub obliczone wcześniej.

Wzory niezbędne do obliczeń zaczerpnięte z [2].

Dane do obliczeń:

- wydajność pompowni przy rozbiorze Q _{max h}: Q _{p max} = 115,4 dm³/s= 415,44 m³/h

- wydajność pompowni przy rozbiorze Q _{min h}: Q _{p min} = 94,4 dm³/s = 339,84 m³/h

- rzędna lini ciśnienia w pompowni przy rozbiorze Q _{max h}: R Q _{max h} = 55,46 m npm

- rzędna lini ciśnienia w pompowni przy rozbiorze Q _{min h}: R Q _{min h} = 61,59 m npm

- rzędna dolnego zwierciadła wody w zbiorniku dolnym R_dzw = 18,4 - 0,54= 17,86 m npm

- rzędna górnego zwierciadła wody w zbiorniku dolnym R_gzw = 18,4 + 1,46 = 19,86 m npm

- strata ciśnienia w pompowni przy Q_{max h}: Δhp _max = 2,68 m słupa wody

Stratę wysokości ciśnienia przy rozbiorze Q min h obliczono z [2]:

Δhp _max = K_p · Q_pmax², m

Gdzie:

Δhp _max = wysokość straty ciśnienia przy rozbiorze Q _{max h}, m

K_p - współczynnik oporności przewodów i armatury w pompowni s²/m²

Q_pmax - wydajność pompowni przy rozbiorze Q _{max h}, dm³/s

Kp =
, s²/m²

Zatem:

Δhp _min =
· Q_pmin² , m

Δhp _min = wysokość straty ciśnienia przy rozbiorze Q _{min h}, m

Q_pmin - wydajność pompowni przy rozbiorze Q _{min h}, dm³/s

Δh_{p min} = 2,68/(115,4^2)* 94,4^2= 1,79 m

Przyjmuje się dobór 3 pomp wirowych - 3 stale pracujące (n = 2) oraz jedna rezerwowa.

Wydajność pojedynczej pompy przy rozbiorze Q _{max h}:

Q _p1max =
= 115,4 /2 = 57,7 dm3/s = 207,72 m³/h

Wydajność pojedynczej pompy przy rozbiorze Q _{min h}:

Q _p1min =
= 94,4 / 2 = 47,2 dm3/s= 169,92 m³/h

Na podstawie powyższych obliczeń został wykonany Rysunek 7 - Wykres doboru pomp pompowni drugiego stopnia. Z katalogu pomp dobrano pompę wirnikową, typ

125 PJM 200. Charakterystyka pojedynczej pompy przechodzi pomiędzy punktami P₁ i P₂.

6. Opis techniczny.

Praca zawiera projekt koncepcyjny ujęcia wody gruntowej oraz sieci wodociągowej dla miasta, które w okresie perspektywicznym będzie liczyć 24932 mieszkańców. Sieć wodociągowa zasilana będzie w wodę przez pompownię drugiego stopnia oraz zbiornik sieciowy końcowy,

6.1 Ujęcie wody.

Maksymalna dobowa wydajność ujęcia wynosi 9332,5 m³/d. Składa się ono z 12 studzien wierconych (o średnicy 2r = 0,60m)., które pobierać będą wodę z warstwy wodonośnej o zwierciadle swobodnym. Miąższość warstwy wodonośnej wynosi 18,9 m. Studnie zlokalizowane zostały w dwóch grupach po 6 studni. Odległość między studniami wynosi 55m. Połączone one będą przewodem lewarowym o średnicy od 150 do 250 mm ze studnią zbiorczą, z której woda będzie dostarczana do Zakładu Uzdatniania Wody. Poziom zwierciadła statycznego wynosi 2,6 m. Uziarnienie gruntu dla d₅₀ = 0,46 mm.

Dla ujęcia wody przewidziano strefy ochronne: bezpośrednią oraz pośrednią. Strefa ochrony bezpośredniej obejmuje grunt, na którym usytuowano studnie oraz otaczający je pas o szerokości 10,0 m od jej obrysu zewnętrznego. Teren ochrony pośredniej objęty jest ograniczeniami w użytkowaniu gruntu, aby zapobiec pogarszaniu jakości wody i warunków zdrowotnych oraz zmniejszeniu wydajności ujęcia.

6.2 Sieć wodociągowa.

Zaprojektowano sieć wodociągową jednostrefową, składającą się z dwóch zamkniętych obwodów. Trasy przewodów magistralnych usytuowano wzdłuż ciągów komunikacyjnych. Obliczenia sieci przeprowadzono metodą Crossa .

Przewody wodociągowe tworzące sieć wodociągową, składać się będą z następujących elementów:

• rur prostych żeliwnych,

• kształtek, stosowanych do: zmiany kierunku przewodów (łuki, kolana), wykonania odgałęzień (trójniki, czwórniki), zmiany średnicy (zwężki),

• uzbrojenia: zasuw, hydrantów pożarowych, odwodnień i odpowietrzeń.

Zasuwy na przewodach rozmieszczono tak, aby spełnione były warunki:

• przewód rozdzielczy oddzielony był zasuwą od przewodu magistralnego,

• przewód o mniejszej średnicy oddzielony był zasuwą od przewodu o średnicy większej,

• w razie awarii danego odcinka zasilanie wodą sąsiednich przewodów rozdzielczych powinno być zapewnione przez właściwe rozmieszczenie zasuw.

Ze względów pożarowych zasuwy rozmieszczono tak, aby dla wyłączenia odcinka nie trzeba było zamykać więcej niż pięciu zasuw, a na wyłączonym odcinku nie było więcej niż 4 hydranty.

Do budowy sieci należy użyć rur żeliwnych kielichowych o następujących średnicach i długościach:

odc	d	l
		mm	m
P-8	400	325
8-5	400	240
1-2	200	365
2-3	160	390
3-4	315	265
4-5	315	320
5-6	180	190
6-7	160	335
7-3	250	325
1-5	280	460
zb-3	315	270

Plan sytuacyjny sieci wodociągowej przedstawiono na rysunku.

6.3 Pompownia drugiego stopnia.

Pompownię drugiego stopnia zlokalizowano na terenie Zakładu Uzdatniania Wody. Ma ona za zadanie tłoczenie wody do sieci wodociągowej. W pompowni zaprojektowano dwie pompy typu 125PJM ø200, połączone równolegle.

6.4 Zbiornik sieciowy.

Zbiornik sieciowy został zlokalizowany w końcowej części miasta w terenie rzędnej 27 m npm. Jego zadaniem będzie wyrównanie nierównomierności między poborem a dostawą wody, zapewnienie odpowiedniego ciśnienia wody w sieci oraz utrzymanie zapasu wody na wypadek pożaru.

Zaprojektowano zbiornik cylindryczny o pojemności użytkowej V_uż=1257,3 m³, średnicy d=18m oraz wysokości użytkowej warstwy wody h_uz=5,0m. Zapas wody na cele pożarowe V_poz=200,0 m³, a wysokość warstwy pożarowej h_poż= 0,8m .

7. Spis tabel

1. Zestawienie średniego (Q _śrd) i maksymalnego (Q _maxd) dobowego zapotrzebowania na wódę

2. Godzinowy rozkład maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę

3. Zestawienie współrzędnych charakterystyki przepływu pojedynczej studni

5. Wykaz średnic przewodów lewara

6. Zestawienie współrzędnych charakterystyk przepływu przyłącza oraz poszczególnych odcinków lewara

7. Zestawienie rozbiorów węzłowych i odcinkowych

8. Zestawienie przepływów obliczeniowych, dobranych średnic oraz spadków hydraulicznych na odcinkach sieci wodociągowej

9. Obliczenia pojemności użytkowej zbiornika wodociągowego

10. Obliczenia sieci wodociągowej metodą Crossa dla maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę (Q _maxh)

11. Obliczenia sieci wodociągowej metodą Crossa dla minimalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę (Q _minh)

12. Zestawienie współrzędnych charakterystyki pompy

8. Spis rysunków

1. Wykres do obliczenia wydajności eksploatacyjnego studni

2. Wykres współpracy studzien z lewarem

3. Projekt koncepcyjny obudowy studni wraz z zarurowaniem

4. Schemat obliczeniowy sieci wodociągowej dla maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę (Q _maxh)- przepływy wyrównane i założone

5. Schemat obliczeniowy sieci wodociągowej dla minimalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę (Q _minh)- przepływy wyrównane i założone

6. Wykres linii ciśnienia w sieci wodociągowej dla maksymalnego (Q _maxh) i minimalnego (Q _minh) godzinowego zapotrzebowania na wodę po trasie pompownia - zbiornik. Skala 1:200 / 5000

7. Wykres doboru pomp w pompowni drugiego stopnia

8. Plan sytuacyjny sieci wodociągowej. Skala 1:5000

, [m³/d]

, [m³/d]

---