(Microsoft Word - wodociagi wyk\263ad 2_podstawy sem 5

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

1/10

Du e zmiany zu ycia wody wyst puj tak e w okresach tygodniowych, dobowych,

godzinowych.

Przy projektowaniu urz dze wodoci gowych stosuje si nast puj ce okre lenia

charakterystycznych zapotrzebowa :

– przewidywane ł czne zapotrzebowanie wody w ci gu roku w [

]

365

- rednie dobowe zapotrzebowanie czyli przeci tna z dobowych

zapotrzebowa wody w ci gu roku w [

/d]

d max

= Q

d r

maksymalne dobowe zapotrzebowanie czyli najwi ksze z

przewidywanych dobowych zapotrzebowa w ci gu roku [

/d]

max

- rednie godzinowe zapotrzebowanie wody w dobie maksymalnego

dobowego rozbioru, czyli przeci tna z godzinowych zapotrzebowa

wody w tej e dobie w [

/h lub dm

/s]

h max

max

maksymalne godzinowe zapotrzebowanie wody, czyli najwi ksze

z godzinowych zapotrzebowa wody w ci gu doby o maksymalnym

zapotrzebowaniu dobowym. Wyra one w [

/h; dm

/s]

d max

– jest podstaw projektowania i analizy wydajno ci takich elementów

wodoci gu jak:

uj cia i urz dzenia do uzdatniania wody

przewody przesyłowe mi dzy uj ciem a stacj uzdatniania

pompownie wody na uj ciu i na stacji uzdatniania

przewody przesyłowe ze stacji uzdatniania do zbiorników (pocz tkowych) wody

czystej

h max

– jest podstaw obliczania pozostałych elementów wodoci gu jak:

pompownie tłocz ce wod do sieci wodoci gowej

sie wodoci gowa główna i rozdzielcza

Skal zmienno ci zapotrzebowania wody w cyklu rocznym charakteryzuj

współczynniki nierównomierno ci:

d max

/ Q

d r

- współczynnik nierównomierno ci rozbiorów dobowych

(maksymalne dobowe zapotrzebowania do redniego dobowego

zapotrzebowania, w dobie o najwi kszym zapotrzebowaniu

wody ci gu roku)

= Q

h max

/ Q

h r

- współczynnik nierównomierno ci godzinowych (maksymalne

godzinowe zapotrzebowania do

redniego godzinowego

zapotrzebowania, w dobie o najwi kszym zapotrzebowaniu

wody w roku).

Podstaw wyj ciow do obliczania zapotrzebowania na wod dla wodoci gu

komunalnego jest ustalenie

wska ników jednostkowych zapotrzebowania na wod

na mieszka ca na dob (

/Md). Liczb mieszka ców, rodzaj zabudowy, standard

wyposa enia mieszka i terenu ustala si na podstawie „Planu Zagospodarowania

przestrzennego”.

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

2/10

O wyborze sposobu obliczenia zapotrzebowania na wod decyduj :

−

stadium opracowania

−

cel opracowania

−

wymagana szczegółowo informacji

−

wymagany stopie dokładno ci oblicze

Do okre lenia wielko ci zapotrzebowania wody wykorzystujemy jednostkowe

wska niki zapotrzebowania na wod , okre laj ce ilo wody w odniesieniu jednego

mieszka ca w mie cie (osiedlu) -

M lub jednego mieszka ca korzystaj cego z

wodoci gu -

i jednostki czasu.

Maksymalne i minimalne godzinowe zapotrzebowanie powinno uwzgl dnia

niejednoczesno wyst powania maksymalnych i minimalnych potrzeb wszystkich

odbiorców wody w ci gu tej samej godziny. Dla ustalenie godziny o maksymalnym

zapotrzebowaniu wody i godziny o minimalnym zapotrzebowaniu w ci gu doby o

maksymalnym zapotrzebowani na wod , nale y ustali

% rozkład godzinowy

rozbioru wody przez poszczególne grupy odbiorców wody w poszczególnych

godzinach doby o maksymalnym zapotrzebowaniu wody.

Warto wska ników zapotrzebowania na wod ustala si na podstawie:

−

wytycznych do programowania zapotrzebowania lub danych literaturowych

−

danych statystycznych zu ycia wody z wodoci gu miejskiego.

W wytycznych podane s warto ci scalonych i szczegółowych wska ników

jednostkowych zu ycia wody w dobie o rednim zapotrzebowaniu wody oraz

współczynniki nierównomierno ci dobowej N

i godzinowej N

dla nast puj cych

potrzeb:

Potrzeby ogólnokomunalne

mieszkalnictwa,

instytucji, zakładów i urz dów usługowych,

na utrzymanie czysto ci ulic i placów,

polewanie ogródków i działek,

polewanie zieleni miejskiej

potrzeby wody dla komunikacji zbiorowej i indywidualnej

Potrzeby przemysłu (przemysł, tereny składowe i zaplecze budownictwa)

Potrzeby technologiczne wodoci gu ł cznie ze stratami na uj ciu i stacji

uzdatniania wody około

3÷5% Q

d r

(na cele ogólnokomunalne i

przemysłowe),

Potrzeby na płukanie sieci wodoci gowej i zbiorników sieciowych wraz ze

stratami w sieci, około

10% Q

d r

(na cele ogólnokomunalne i przemysłowe),

Straty w sieci tranzytowej około

2% Q

d r

(na cele ogólnokomunalne i

przemysłowe),

Zapotrzebowanie na cele przeciwpo arowe (uwzgl dniane wył cznie przy

obliczeniu

hmax

Suma potrzeb poz. od 1 ÷ 6

jest zapotrzebowaniem wody brutto dla jednostki

osadniczej.

Przy ustalaniu wska ników jednostkowych zu ycia wody mo emy posłu y si

równie Rozporz dzenie Ministra Infrastruktury z dnia 14.01.2002 r. w sprawie

okre lania przeci tnych norm zu ycia wody.

Dz. U. z 2002 r. nr 8, poz. 70.

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

3/10

Stosowane do okre lania przeci tnych norm zu ycia wody i ilo ci odprowadzanych

cieków w obiektach

w których jest brak urz dze do pomiaru zu ywanej wody.

Straty w sieci tranzytowej przyjmuje si około

2%Q

d r

(całkowitego redniego

zapotrzebowania na cele ogólnokomunalne i przemysłowe).

Wodoci g powinien zapewni dostarczenie wody do

celów przeciwpo arowych.

Klasyfikacja wód wyst puj cych w przyrodzie

ródłem wody dla wszystkich wodoci gów s zazwyczaj jej naturalne zbiorniki.

Wody opadowe, wody płyn ce, wody jezior, wody zbiorników sztucznych -

zalewów – okre la si jako

ródła powierzchniowe.

Je eli po wod trzeba si ga w gł b ziemi – wówczas mamy do czynienia z

wodami

podziemnymi (wgł bnymi)

Oddzieln grup stanowi

wody ródlane, które wydobywaj si samodzielnie

na powierzchni ziemi dzi ki sprzyjaj cemu układowi podziemnych warstw

gruntu

Wody infiltracyjne

Ad 1.

wody opadowe – pochodz z opadów i taj cego niegu. Nadaje si do spo ycia

po uzdatnieniu i dezynfekcji.

Wody płyn ce – s zazwyczaj mało twarde, posiadaj du e ilo ci zanieczyszcze

mechanicznych i organicznych. Du y wpływ na jako tych wód maj cieki przede

wszystkim przemysłowe odprowadzane do wód otwartych. Temperatura waha si od

+0,3 - +20

C. W zale no ci od pokrycia zlewni zmienia si m tno i barwa. Woda

rzeczna wykorzystywana dla celów bytowo- gospodarczych musi by uzdatniana i

dezynfekowana.

Mo liwo wykorzystania zale y od wielko ci i zmienno ci przepływów, od

warunków hydrogeologicznych, geologicznych, opadów deszczowych w dorzeczu

ilo ci rumowiska uleczonego i unoszonego itp.

Wody stoj ce (jeziora, zbiorniki naturalne i sztuczne) – wody te maja korzystniejsze

cechy ni wody płyn ce. Woda na gł boko ci 15÷20 m jest z reguły klarowna, czysta

o temperaturze mało zmiennej, o małej ilo ci bakterii szkodliwych dla zdrowia.

Przydatno zbiorników naturalnych i sztucznych zale y od ich gł boko ci, rodzaju

dna, stopnia zarybienia, mo liwo ci penetracji promieni słonecznych, ilo ci tlenu w

wodzie, itp.

Strefy jako ciowe wody w zbiorniku wody powierzchniowej pokazuje

rys nr 1

Strefa I

przybrze na (litoralna), oraz strefa II przydenna nie nadaj si do

ujmowania wody. Strefa III

pelagiczna – zawiera wody najbardziej nadaj ce si dla

celów wodoci gowych.

Ad 2.

Wody podziemne – Wody te s zazwyczaj twarde, zawieraj znaczne ilo ci

rozpuszczonych zwi zków mineralnych, du e ilo ci elaza, manganu oraz cz sto s

kwa ne (nadmiar CO

). Woda podziemna uwa ana jest za najlepsz dla celów

wodoci gowych. Z uwagi na du e zanieczyszczenia wód powierzchniowych

zasilaj cych wody gruntowe niekiedy zachodzi potrzeba dezynfekcji wody.

Temperatura wód jest prawie stała

7÷12

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

4/10

Przy uj ciach wód podziemnych bierze si pod uwag głównie: gł boko zalegania

warstwy wodono nej i warunki ci nienia. Dla celów wodoci gowych mog by

ujmowane wody ze strefy saturacji

rys nr 2

. Podział wód poziemnych

tabela nr1

W zale no ci od gł boko ci zalegania rozró nia si :

Wody zaskórne

rys nr 3

- wyst puj ce pod sam powierzchni ziemi pozbawione

warstwy ochronnej i strefy aeracji. Gł boko zalegania od kilkana cie do

kilkudziesi ciu cm pod powierzchni terenu. Jako tych wód jest niska, nie

wykorzystuje si tych wód dla celów wodoci gowych.

Wody podziemne płytkie – czerpane z niezbyt gł boko poło onych warstw

wodono nych (nie płycej jak

3,0 m). Wody te znajduj si w strefie saturacji s

oddzielone od powierzchni ziemi warstw nieprzepuszczaln . Zasilane s

bezpo rednio od powierzchni terenu przez infiltracj wód opadowych.

Rys nr 5

Wody wgł bne- wody pochodz ce z gł biej poło onych warstw wodono nych,

znajduj si w warstwach wodono nych pokrytych utworami nieprzepuszczalnymi.

Wody te prawie wcale nie s wra liwe na zmiany klimatyczne Zasilanie tych wód

odbywa si przez wychodnie albo za po rednictwem innych warstw wodono nych

maj cych poł czenie hydrauliczne z warstw zasilan np. przez szczelin uskokow

lub przez okno hydrogeologiczne

rys 5 i 6

. Zwierciadło wód wgł bnych mo e by

swobodne lub napi te rys. nr 4. Skład chemiczny wód wgł bnych zale y do rodzaju

skał i warstw wodono nych, poprzez które przepływa woda.Temperatura wód jest

zbli ona jest do rednio rocznej temperatury powietrza danego regionu, kierunek

przepływu tych wód zale y od układu warstw wodono nych.

Wody gł binowe – Zalegaj gł boko pod powierzchni ziemi i s odizolowane od

niej wieloma kompleksami utworów nieprzepuszczalnych. Wody te s wysoko

zmineralizowane dla celów wodoci gowych nie nadaj si . S nieodnawialne i nie s

zasilane.

Ad 3. Oddzieln grup wód podziemnych s

wody ródlane, które wydobywaj si

samodzielnie na powierzchni terenu, dzi ki sprzyjaj cemu układowi podziemnych

warstw gruntu. Schemat ródła skupionego

rys nr 7

Główne typy ródeł to:

• ródła warstwowe

rys nr 8

• ródła szczelinowe

rys nr 9

• ródła uskokowe

rys nr 10

• ródła krasowe

rys nr 11

Inaczej ródła mo emy podzieli na:

• ródła zst puj ce (spływaj ce) – woda wydostaje si na powierzchni pod

działaniem sił ci ko ci

• ródła wst puj ce (bij ce) – woda wydostaje si pod ci nieniem górnych

warstw gruntu

Wad ródeł naturalnych jest ich ograniczona wydajno , zalet mała zawarto

bakterii, co pozwala cz sto pobieranie wody bezpo rednio do spo ycia (jako wod

pitna).

Ad 4.

Wody infiltracyjne

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

5/10

Wody infiltracyjne s to po rednie wody miedzy wodami powierzchniowymi a

podziemnymi. S to wody powierzchniowe, które wzbogacaj zasoby wód

gruntowych. Potrzeba stosowania wzbogacania zasobów wód gruntowych wynika z

nast puj cego powodu: pod wpływem zbyt du ego czerpania wody z istniej cych

zbiorników wody gruntowej, powoduj cego systematyczne nast puje obni anie si

zwierciadła wody wód podziemnych wi e si to z zanikaniem podziemnego

zbiornika wody (musimy te niedobory uzupełni ). Proces ten nazywany jest

infiltracj sztuczn

rys 12,13

Okre lenie i klasyfikacja uj wody

Uj cia wody s to zespoły urz dze technicznych wraz z budowlami słu cymi do

pobierania wody powierzchniowej lub podziemnej dla wodoci gu, z ewentualnym

wst pnym oczyszczaniem na poszczególnych urz dzeniach stanowi cych integraln

uj cia (np. kraty, siatki), lecz bez urz dze do podnoszenia wody.

W zale no ci od miejsca poboru (ujmowania) wody uj cia mo emy podzieli na:

Uj cia wód powierzchniowych

. W ród uj wody powierzchniowej mo emy

wyró ni :

1.1.

Uj cia wód opadowych.

1.2.

Uj cia wód powierzchniowych płyn cych

Uj cia wód z rzek rednich i du ych.

Uj cia wód potoków i małych rzek

1.3

Uj cia wód powierzchniowych stoj cych - ze zbiorników naturalnych.

1.4

Uj cia wód powierzchniowych stoj cych - ze zbiorników sztucznych

Uj cia wód podziemnych. Mo emy tutaj wyró ni :

Uj cia płytkich wód podziemnych za pomoc ci gów drena owych.

Uj cia płytkich wód podziemnych za pomoc galerii zbiorczych.

Ujmowanie za pomoc studzien kopanych

Uj cia wód podziemnych za pomoc studni wierconych.

Ujmowanie wód podziemnych za pomoc zespołu studzien.

Uj cia za pomoc studni promienistych

Uj cia wód ze ródeł naturalnych.

Ad1 Ujmowanie wód powierzchniowych

Konstrukcja uj cia wód powierzchniowych zale y od rodzaju wody, jej cech

charakterystycznych, topografii i układu terenu, od wielko ci projektowanego

wodoci gu.

Ujmowanie wód płyn cych:

Uj cia te lokalizuje si w górze rzeki powy ej miasta czy osiedla, najlepiej na brzegu

wkl słym

rys nr 14

gdzie gł boko nurtu i pr dko przepływu wody gwarantuje

utrzymanie koryta w czysto ci, w odró nieniu do brzegu wypukłego gdzie tworz si

odkłady i zamulenie dna koryta oraz wlotu do uj cia. Brzeg wkl sły na odpowiedniej

długo ci powy ej i poni ej uj cia nale y umocni (zabezpieczenie przed

podmyciem). Lokalizacja uj cia nie mo e stanowi przeszkody przy przepływie

wielkich wód powodziowych oraz dla taboru pływaj cego. Na rzekach i potokach

uj cia lokalizujemy na brzegach (niekiedy spi trzamy wod , gdy gł boko jest zbyt

mała). Na wi kszych rzekach, gdy nurt jest odsuni ty od brzegu wlot uj cia sytuuje

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

6/10

si w nurcie. Okna wlotowe uj cia powinny by zabezpieczone przed ry em oraz

lodem dennym i powierzchniowym. Umieszcza si je około

1,0÷1,5 m poni ej

zwierciadła wody przy niskim stanie i

1,0 ÷ 1,5 m ponad dnem rzeki. Lód denny

powstaje wówczas, gdy płyn ca woda z powodu du ej pr dko ci przepływu nie

zamarza na powierzchni, lecz ulega przechłodzeniu (w całej obj to ci). Lód denny

osadza si na wszystkich elementach dennych uj cia np. kraty, betonowe elementy

itp. Przed lodem dennym chronimy si lokalizuj c uj cia np. w zatokach, w których

tworzy si pokrywa lodowa(małe pr dko ci przepływu). Wloty nale y sytuowa

równolegle do strug płyn cej wody lub kierowa go ku dolnej wodzie (inny kierunek

powoduje zatykanie okien wszelkimi zanieczyszczeniami niesionymi przez wod . W

oknach wlotowych umieszcza si kraty rzadkie o prze witach

50 ÷250 mm lub g ste

o prze wicie

10÷25 mm, cz sto podgrzewane par (para odpadowa zakładu

przemysłowego) lub elektrycznie, co zabezpiecza je przed zamarzaniem. Pr dko

wlotowa powinna wynosi

0,1÷0,2 m/s. Wszystkie uj cia musz posiada stref

ochrony sanitarnej.

Wybór rodzaju uj cia zale y od wielko ci cieku, ilo ci pobieranej wody, poło enia

miasta, osiedla, zakładu przemysłowego, stanów charakterystycznych cieku,

gł boko ci cieku przy stanach niskich, warunków geologicznych, hydrologicznych

itp.

Uj cia wód rzek rednich i du ych

Uj cia wody dla rzek rednich i du ych mog by

brzegowe, zatokowe

, nurtowe, i

wie owe.

Uj cia brzegowe

: Uj cia te budowane s dla wodoci gów o wydajno ci q≤ 200

/s, i rzekach uregulowanych nios cych małe ilo ci zawiesin, o pr dko ci

≤ 0,3

m/s.

Rozró niamy uj cia brzegowe:

a. Otwarte

składaj si z kanału lub przewodu wlotowego, przez, który woda płynie

grawitacyjnie do studni zbiorczej lub rozdzielczej usytuowanej na brzegu w pewnym

oddaleniu rys

15, 16

b. Uj cia brzegowe komorowe

rys nr

17, 18

Budowane s najcz ciej przy brzegu z wysuni ciem w koryto rzeki, w kształcie

skrzyni z komor przedzielon wewn trz cian na dwa mniejsze - osadow i

czerpn . Komora osadowa, do której dopływa woda przez okna czerpne jest

zabezpieczona kratami (pierwszy stopie oczyszczania wody) przed dostaniem si

pływaj cych lub zawieszonych w wodzie mechanicznych zanieczyszcze , które

mogłyby zatka lub uszkodzi pompy. Kraty wykonane s z rurek lub pr tów

stalowych o prze wicie od 50 ÷ 200 mm. Komora ta jest jednocze nie osadnikiem dla

drobnych i łatwo opadaj cych zawiesin. Oddzielona jest ona od ródła wody i

komory nast pnej progami (dno komory wlotowej i czerpnej jest obni one ok.

0,5 ÷

1,0 m) dla zatrzymania zawiesin wleczonych po dnie.

W drugiej komorze czerpnej – umieszczone s smoki przewodów ssawnych. Miedzy

komorami w dziel cej je cianie wykonane s okna zasłoni te kratami g stymi o

prze wicie

10 ÷ 25 mm lub siatkami, które stanowi drugi mechaniczny stopie

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

7/10

oczyszczenia wody. Im otwory w siatkach mniejsze tym bardziej musi by

zmechanizowane ich czyszczenie. Kraty mog by czyszczone mechanicznie lub

r cznie. Wszystkie okna musz mie mo liwo szczelnego ich zamkni cia za

pomoc zasuw płytowych lub szandorów (

rys 15,16,17

) czyli bali drewnianych

uszczelnionych i uło onych w specjalnych na ten cel pozostawionych podłu nych,

pionowych wn kach. Okna czerpne mog by usytuowane na ró nych poziomach

dostosowanych do poziomów stanów wody. Okna wlotowe powinny by

umieszczone tak, aby dolna kraw d otworu znajdowała si , co najmniej

0,5÷1,0 m

nad dnem, górna kraw d

0,75÷1,0 m poni ej najni szego poziomu wody (górna

kraw d

0,2÷0,3 m poni ej dolnej powierzchni pokrywy lodowej. Grubo pokrywy

nale y przyj o

1/3 wi ksz od maksymalnej grubo ci lodu w rzece). Otwory

najwy sze powinny by tak rozmieszczone, aby górna kraw d znajdowała si

1,0÷1,25 m poni ej najwy szego stanu wody w rzece.

Uj cia te mog by jedno i wielokomorowe. Dla zabezpieczenia ci gło ci pracy

uj cie powinno mie , co najmniej dwie komory krat, sit i smoków. Przy wi kszej

liczbie komór roboczych procent bezpiecze stwa ruchu powinien by ustalony ze

wzgl du na kategori wodoci gu, jednak nie powinien by mniejszy od

25%. Stacja

pomp mo e znajdowa si w pewnym oddaleniu od uj cia lub w bezpo rednim jego

s siedztwie. Wielko okien czerpnych nale y oblicza uwzgl dniaj c powierzchni

przekroju pr tów kraty. W zale no ci od warunków lokalnych i zanieczyszczenia

wody w obliczeniach nale y uwzgl dni zmniejszenie prze witów kraty wskutek

zatkania, które mo e wynosi

20÷50 %. Przy stałym mechanicznym oczyszczaniu

krat warunek zwi kszenia przepustowo ci kraty mo na pomin . Straty ci nienia na

kracie nie powinny przekracza

0,1 m sł. wody a przy przepływie przez siatki 0,15 ÷

0,3 m sł. wody. Dla zabezpieczenia krat przed oblodzeniem podgrzewa si je za

pomoc pr du elektrycznego, pary lub ciepłej wody.

Konstrukcja uj cia powinna by wykonana z materiałów trwałych i odpornych na

działanie korozyjne wody oraz mrozoodpornych. Ze wzgl du na trwało i opory

hydrauliczne konstrukcja powinna by wodoszczelna z powierzchniami gładkimi i

zabezpieczonymi rodkami wodoszczelnymi. Budowla powinna by zabezpieczona

przed uderzeniami spływaj cego lodu oraz przed naciskiem lodu w czasie od jego

powstania do momentu tajenia. Nale y przewidzie tabor pływaj cy, który umo liwi

kontrole uj cia oraz remont, krat, sit i smoków. W pomieszczeniu uj cia nale y

przewidzie miejsca do oczyszczania krat, sit, sposoby ich wyci gania i czyszczenia

oraz w miar potrzeby zabezpieczenie miejsc pracy balustradami lub osłon od

deszczu, wiatru i mrozu.

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

8/10

Tabela 2. Przykład obliczenia maksymalnego godzinowego i minimalnego godzinowego

zapotrzebowania na wod . Dla okre lenia w/w zapotrzebowa nale y okre li godzinowe rozkłady

zapotrzebowania wody przez poszczególne grupy odbiorców w ci gu doby(kolumny z podanymi

%) Najwi ksza warto w kolumnie

14 i 15 w tabeli 2 odpowiada maksymalnemu godzinowemu

zapotrzebowaniu na wod dla miasta. Najmniejsza warto w kolumnie

14 i15 odpowiada

minimalnemu zapotrzebowaniu na wod . W wierszu dolnym podane s warto ci potrzeb w

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

9/10

poszczególnych grupach odbiorców przyj te z

tabeli 1 ( kolumna maksymalnego dobowego

zapotrzebowania

dmax

)

W y k ł a d 2 P o d s t a w y w o d - k a n _ N S t r o n a

10/10

Tabela 3 Przykładowe obliczenie zapotrzebowania na wod dla osiedla mieszkaniowego o

docelowej liczbie 5900 mieszka ców.